被动采样器是一种不依赖泵、电力或机械装置，通过污染物自身的自然扩散或吸附作用，将其从环境介质中采集到特定吸收介质上的监测工具。由于其采样过程不需要主动动力，故又被称为“无动力扩散采样器”或“自然扩散采样器”。
以下为来自国内外权威机构对被动采样器的定义：
扩散式采样器（diffusive sampler），一种通过气体在静态空气层或多孔材料中的扩散和/或薄膜渗透等物理过程控制采样速率，从而采集环境气体或蒸汽样本，且无需主动气流驱动的装置。
Diffusive sampler，device which is capable of taking samples of gases or vapours from the atmosphere at a rate controlled by a physical process such as gaseous diffusion through a static air layer or a porous material and/or permeation through a membrane, but which does not involve the active movement of air through the device.
2. 美国环保署（US EPA）Compendium of Methods
被动采样器通过扩散或渗透等自然物理过程，从周围环境介质（空气或水）中采集污染物，无需主动泵送驱动。
Passive samplers collect contaminants from the surrounding medium (air or water) using natural physical processes such as diffusion or permeation, without the need for active pumping.
3. 中国文物保护行业标准，《馆藏文物保存环境检测 气体扩散采样测定方法 氨的测定》WW/T 0047—2012
无动力扩散采样 (passive diffusion sampling )指将采样装置或气样捕集介质暴露于环境空气中，不需要抽气动力，依靠环境空气中待测成分的 自然扩散作用而直接采集待测物质的采样方式。
4. 中国环境保护标准，《环境空气质量手工监测技术规范》HJ 194-2017
被动采样法 passive sampling，指将采样装置或气样捕集介质暴露于环境空气中，不需要抽气动力，依靠环境空气中待测污染物分子的自然扩散、迁移、沉降等作用而直接采集污染物的采样方法。
按监测介质分类如下：
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类型 |
典型介质 |
应用场合 |
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空气被动采样器 |
环境空气、大气颗粒物气相组分 |
城市空气监测、厂界污染控制、背景区对照 |
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水体被动采样器 |
地表水、地下水、污水 |
有机污染物、重金属监测 |
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土壤气体采样器 |
土壤孔隙气 |
场地调查、地下挥发性污染物分析 |
特别说明：本文及后续内容将聚焦于大气污染物的被动采样器，尤其以氨气为典型案例进行讲解。
被动采样器虽在近年广泛应用于大气环境监测，但其技术基础与研究探索早已具备悠久历史，以下为环境空气领域中被动采样器发展的关键节点：
被动采样的雏形最早可追溯至19世纪中叶，1853年，研究人员尝试使用碘化钾浸渍滤纸来检测大气中的臭氧（O₃），通过纸张颜色变化实现定性监测。这一做法虽简陋，却为无动力监测提供了最早的实验思路。
Gordon与Lowe提交的一项专利首次提出用无动力装置来半定量采集空气污染物，标志着“被动采样”作为一种独立采样机制的概念成形。
Palmes与Gunnison使用氯化汞溶液作为吸附剂，成功开发出可用于定量分析二氧化硫（SO₂）的被动采样器。随后，基于Palmes被动采样器，又陆续开发出用于二氧化氮（NO₂）与氨气（NH₃）等污染物的采样器，奠定了现代空气污染被动监测的技术基础。
Monn与Hangartner在瑞士开发出新型臭氧（O₃）被动采样器，其最短一周采样周期内检测限可达3 μg/m³，大幅提升了在低浓度污染背景下的监测能力。此时期也出现了更多种类的吸收剂和采样装置形式。
意大利国家研究委员会（CNR）开发出性能稳定、种类丰富的Analyst被动采样器系列，可覆盖多种大气污染物，比如氨气被动采样器，甲醛被动采样器，还包括其他气体如SO₂、NOₓ、O₃、苯、甲苯、二甲苯、硫化氢等，成为欧洲及多个国家区域监测网络的主力设备之一，也在中国多地试点氨气监测中被广泛采用。
1. 原理概述
空气中污染物（如NH₃、NO₂、SO₂等）在浓度梯度驱动下，会自然扩散穿过装置中设定的扩散路径（如滤膜、扩散管），进入内部吸收介质（如酸化滤膜），最终被“捕集”。该过程遵循菲克第一扩散定律（Fick’s First Law）：
J = -D × (dc/dx)
其中：
J：通量（μg/m²/s），D：扩散系数，dc/dx：浓度梯度。
2. 氨气被动采样器工作实例
以氨气（NH₃）监测为例：采样器内含酸性滤膜，吸收空气中NH₃后转化为NH₄⁺离子，再通过离子色谱法测定其浓度，从而反推出空气中氨的浓度：
CNH₃ = m / (Q × t)
其中：
CNH₃：环境空气中氨气浓度（μg/m³）
m：滤膜中测得的氨的质量（μg）
Q：采样器的吸收速率（μg/h）
t：采样时间（小时）
一个被动采样器一般由采样主体外壳、采集介质（吸收膜等）、密封帽和采样盖（防风网筛）组成，而用于室外的被动采样器，通常要遵照一定的要求来做防护，比如使用采样托盘+防护罩。图示为Analyst的PAS06型被动采样器，在调节吸收膜及压环的位置可以改变采样路径，达到调整采样速率的作用，因此有高流速和低流速的被动采样器可选。
被动采样器因部署简便而在环境空气质量研究中广受欢迎——其体积小、重量轻、无运行噪音，且无需电力或现场校准。这一特性使其能够应用于偏远或高风险环境，同时降低设备损坏或被盗的可能性。非专业人员亦可轻松部署，从而实现对环境空气数据的时空连续性采集。
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特点 |
说明 |
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无需动力 |
适用于农村、无电区域 |
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成本低 |
适合大规模布点 |
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操作简便 |
基层人员即可操作 |
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采样连续 |
可采集7–30天平均浓度 |
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数据可靠 |
已被多个权威机构广泛应用 |
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应用环境 |
使用目的 |
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畜禽养殖场厂界 |
评估氨排放，政策成效对比 |
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农村乡镇 |
背景值评估，区域对照 |
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城市边缘区 |
城乡交界氨迁移研究 |
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区域对比监测 |
与自动站数据联动分析 |
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政策评估 |
服务国家生态环境试点任务 |
被动采样器作为一种无动力、低成本、高效稳定的环境监测工具，已成为氨气等污染物长期趋势监测的重要手段。尤其在畜禽养殖污染控制政策推进背景下，其在京津冀及全国的应用正不断扩大。了解其原理、结构与使用方式，将有助于各级机构科学开展环境空气质量监测工作。
上海博测环境长期致力于被动采样技术在环境空气监测中的推广应用，欢迎联系我们获取定制化解决方案与最新案例分享。
