การสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟเป็น เทคนิค การเฝ้าระวังสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับการใช้ตัวกลางในการเก็บรวบรวม เช่น อุปกรณ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นหรือสิ่งมี ชีวิต เพื่อสะสมสารมลพิษ ทางเคมี ในสิ่งแวดล้อมเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งแตกต่างจากการสุ่มตัวอย่างแบบหยิบ (grab sampling ) ที่เกี่ยวข้องกับการเก็บตัวอย่างโดยตรงจากตัวกลางที่สนใจ ณ จุดเวลาใดเวลาหนึ่ง ในการสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟ จะคำนวณความเข้มข้นของสารเคมีโดยเฉลี่ยตลอดระยะเวลาการใช้งานของอุปกรณ์ ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการไปที่จุดเก็บตัวอย่างหลายครั้งเพื่อเก็บตัวอย่างที่เป็นตัวแทนหลายตัวอย่าง^{[ 1 ]}ปัจจุบันมีการพัฒนาและใช้งานเครื่องสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟเพื่อตรวจจับโลหะมีพิษ สารกำจัดศัตรูพืชยา สาร กัมมันตรังสี โพ ลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (PAHs) โพลี คลอริเนเตดไบฟีนิล (PCBs) และสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ ในน้ำ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}ในขณะที่เครื่องสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟบางชนิดสามารถตรวจจับสารอันตรายในอากาศได้^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

หลักการพื้นฐานของการสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟคือการไหลของโมเลกุลหรือไอออนของสารปนเปื้อนจากตัวกลางการสุ่มตัวอย่าง (อากาศหรือน้ำ) ไปยังตัวกลางการเก็บ (ตัวสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟ) เนื่องมาจากกฎการแพร่ของฟิกข้อที่หนึ่งและขึ้นอยู่กับตัวสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟความสามารถในการจับตัวของสารปนเปื้อนกับตัวกลางการเก็บจะมากกว่าเมื่อเทียบกับตัวกลางการสุ่มตัวอย่าง ส่งผลให้สารปนเปื้อนมีความเข้มข้นบนตัวกลางการเก็บมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปจนกระทั่งถึงจุดสมดุลกับตัวกลางโดยรอบ การใช้การสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟจะให้ความเข้มข้นเฉลี่ยของสารปนเปื้อนตลอดช่วงเวลาการใช้งานตัวสุ่ม^{[ 1 ]}

สิ่งสำคัญคือต้องแยกแยะการสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟออกจากการสุ่มตัวอย่างแบบแอคทีฟซึ่งมีหลักการพื้นฐานเดียวกัน แต่ใช้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ เช่น ปั๊ม เพื่อบังคับให้ตัวกลางการสุ่มตัวอย่างไปยังตัวกลางการเก็บรวบรวม^{[ 9 ]}การสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟอาศัยการแพร่กระจายของโมเลกุล และการดูดซับหรือการจับตัวของสารปนเปื้อนกับตัวแทนในเครื่องสุ่มตัวอย่าง ^{เท่านั้น}ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟจึงเรียกว่าการสุ่มตัวอย่างแบบแพร่กระจาย [ ^{6 ]}

การสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟนั้นแตกต่างจากการสุ่มตัวอย่างแบบจับต้อง ซึ่งเป็นการเก็บตัวอย่างอากาศ น้ำ หรือดิน เพื่อนำไปวิเคราะห์หาปริมาณสารปนเปื้อนโดยตรง ตัวอย่างเหล่านี้แสดงถึงข้อมูล ณ จุดเวลาใดจุดหนึ่ง และให้ข้อมูลเกี่ยวกับความเข้มข้นของสารปนเปื้อน ณ จุดเวลาใดจุดหนึ่งเท่านั้น ซึ่งแตกต่างจากอุปกรณ์หรือสิ่งมีชีวิตที่ใช้ในการสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟ

มีการพัฒนาเครื่องมือเก็บตัวอย่างแบบพาสซีฟหลายประเภท และสามารถเก็บตัวอย่างสารปนเปื้อนได้หลากหลายชนิด รวมถึง:

• ยาปฏิชีวนะ^{[ 10 ]}
• บิสฟีนอล^{[ 10 ]}
• ไดออกซิน^{[ 5 ]}
• สารหน่วงไฟ^{[ 5 ]}
• ฟิวแรนส์^{[ 5 ]}
• อนุภาคนาโน^{[ 10 ]}
• ออกซิแอนไอออนเช่นฟอสเฟต^{[ 10 ]}
• โพลีโบรมีเนตไดฟีนิลอีเทอร์ (PBDEs) ^{[ 5 ]}
• ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกหลายวง (PAHs) ^{[ 5 ]}
• โพลีคลอริเนเตดไบฟีนิล (PCBs) ^{[ 5 ]}
• สารกำจัดศัตรูพืช^{[ 5 ]}
• เภสัชภัณฑ์^{[ 5 ]}
• สารกัมมันตรังสี^{[ 2 ] [ 3 ]}
• โลหะที่เป็น พิษ (เช่นทองแดงสังกะสีและตะกั่ว ) ^{[ 4 ] [ 10 ]}

มีอุปกรณ์เก็บตัวอย่างแบบพาสซีฟหลายชนิดสำหรับการตรวจสอบมลพิษที่มีอยู่ในน้ำ นอกจากอุปกรณ์เหล่านี้แล้ว สิ่งมีชีวิต เช่นหอยแมลงภู่ที่อาศัยอยู่ในสิ่งแวดล้อมยังสามารถ "เก็บตัวอย่าง" สารปนเปื้อนแบบพาสซีฟ ( การสะสมทางชีวภาพ ) และสามารถใช้ในการตรวจสอบมลพิษทางน้ำ ( การตรวจสอบทางชีวภาพ ) ได้อีกด้วย^{[ 11 ]}

Chemcatcher สามารถเก็บตัวอย่าง สารมลพิษ อนินทรีย์ (โลหะ) และสารมลพิษ อินทรีย์ ได้ หลากหลายชนิด โดยไม่ต้องอาศัยการกระตุ้น ประกอบด้วยแผ่นดิสก์แบบใช้ครั้งเดียว โดยมีหรือไม่มีเมมเบรนปิดผนึกไว้ในตัวรองรับพลาสติก ชนิดของเฟสรับและเมมเบรนจะแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับสารเคมีเป้าหมายที่จะเก็บตัวอย่าง สามารถกำหนดความเข้มข้นเฉลี่ยของสารมลพิษทางเคมีหลายชนิดในน้ำได้ ตราบใดที่ทราบอัตราการเก็บตัวอย่างและอัตราการไหลของน้ำ^{[ 2 ] [ 3 ]}

เครื่องเก็บตัวอย่างแบบ DGT (Diffusive gradient in thin films) เก็บตัวอย่าง โลหะ หนักไอ ออนิก รวมถึงยาปฏิชีวนะ ออก ซิแอ นไอออน บิสฟีนอลและอนุภาคนาโนในรูปแบบต่างๆ ได้อย่างไม่ใช้พลังงาน ประกอบด้วยลูกสูบและฝาปิดพลาสติก พร้อมหน้าต่างที่เผยให้เห็นเจลยึดเกาะ เจลแพร่กระจาย และเยื่อกรองกับน้ำที่เก็บตัวอย่าง สามารถใช้ได้ทั้งในสภาพแวดล้อมน้ำจืดและน้ำทะเล รวมถึงน้ำที่อยู่ระหว่างอนุภาคตะกอน น้ำจืดและน้ำทะเล ซึ่งเรียกว่า น้ำในรูพรุนหรือน้ำแทรกซึมเมื่อทราบมวลของสารปนเปื้อนที่สะสมบนเครื่องเก็บตัวอย่าง DGT แล้ว สามารถใช้สมการ DGT (ตามกฎของฟิก ) ในการคำนวณความเข้มข้นของสารปนเปื้อนในน้ำโดยเฉลี่ยตามเวลาได้^{[ 10 ]}

ท่อโพลีเอทิลีนที่มีรูพรุนขนาดเล็ก (MPT) พยายามลดการพึ่งพาการไหลของตัวอย่างแบบพาสซีฟจลนศาสตร์อื่นๆ เช่น Chemcatcher และ POCIS โดยการนำเมมเบรนที่หนากว่ามาใช้^{[ 12 ]}ชั้นโพลีเอทิลีนที่แพร่กระจายจะป้องกันไม่ให้ความหนาของชั้นขอบเขตน้ำ (ซึ่งได้รับผลกระทบจากการไหล) ครอบงำการแพร่กระจาย^{[ 13 ]}ท่อนี้บรรจุด้วยสารดูดซับขึ้นอยู่กับสารเคมีหรือกลุ่มสารเคมีที่กำลังเก็บตัวอย่าง และได้รับการใช้งานอย่างประสบความสำเร็จในการเก็บตัวอย่างไกลโฟเสต, AMPA, ยาเสพติดผิดกฎหมาย และยาและผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคล^{[ 13 ] [ 14 ]}

Peepers คือ เครื่องมือเก็บตัวอย่าง แบบแพร่กระจาย แบบพาสซีฟ ที่ใช้สำหรับโลหะในน้ำในรูพรุนของตะกอน น้ำจืดและน้ำทะเล ดังนั้นจึงสามารถใช้เพื่อค้นหาพื้นที่ที่อาจมีตะกอนปนเปื้อนโลหะได้ Peepers เป็นภาชนะพลาสติกที่บรรจุน้ำสะอาดและหุ้มด้วย เยื่อไดอะไลซิสซึ่งช่วยให้โลหะในน้ำในรูพรุนของตะกอนเข้าสู่น้ำภายใน Peeper ได้^{[ 15 ]}โดยปกติจะวางไว้ในตะกอนลึกพอที่จะอยู่ใน สภาพแวดล้อม ที่ปราศจากออกซิเจนซึ่งโลหะจะละลายได้มากพอที่จะเก็บตัวอย่างได้^{[ 16 ]}หาก Peepers ถูกใช้งานนานพอจนกระทั่งน้ำในรูพรุนของตะกอนและน้ำใน Peeper ถึงสภาวะสมดุล ก็จะสามารถให้ความเข้มข้นของโลหะในน้ำในรูพรุนของตะกอนที่เก็บตัวอย่างได้อย่างแม่นยำ^{[ 15 ]}

เครื่องเก็บตัวอย่างสารเคมีอินทรีย์แบบขั้ว (POCIS) เก็บตัวอย่าง สารปนเปื้อนอินทรีย์ แบบขั้วที่มี ค่า สัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนระหว่างออกทานอลกับน้ำ (K _ow ) น้อยกว่า 3 ตัวอย่างของสารเคมีประเภทนี้ ได้แก่ สารกำจัดศัตรูพืชแบบขั้ว ยายาเสพติดสารหน่วงไฟและเมตาบอไลต์ ของยา POCIS ประกอบด้วยแผ่นดูดซับของแข็งจำนวนต่างๆ ที่ติดอยู่กับแท่งรองรับและหุ้มด้วยกรงโลหะ และมีการกำหนดค่าตัวดูดซับที่เป็นไปได้สองแบบ คือ POCIS สำหรับสารกำจัดศัตรูพืชและ POCIS สำหรับยา ตราบใดที่ทราบปริมาณน้ำที่ไหลผ่านเครื่องเก็บตัวอย่าง ก็สามารถคำนวณความเข้มข้นของสารปนเปื้อนอินทรีย์แบบขั้วในน้ำได้หลังจากสกัดสารปนเปื้อนที่ดูดซับจาก POCIS ^{[ 5 ]}

อุปกรณ์เมมเบรนกึ่งซึมผ่านได้ (SPMDs) เก็บตัวอย่าง สารปนเปื้อนอินทรีย์ ที่ไม่เป็นขั้วโดยวิธีพาสซีฟ โดยมีค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนระหว่างออกทานอลกับน้ำ (Kow ₎มากกว่า 3 ตัวอย่างของสารเคมีประเภทนี้ ได้แก่โพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (PAHs), โพลีคลอริเนเตด ไบฟีนิล (PCBs), โพลีโบร มีเนเตดไดฟีนิลอีเทอร์ (PBDEs), สารกำจัดศัตรูพืชที่มีคลอรีน, ได ออกซินและฟิวแรน SPMDs ประกอบด้วยท่อพลาสติกปิดผนึกที่บรรจุด้วยไตรโอเลอินซึ่งสารอินทรีย์ที่ไม่เป็นขั้วละลายได้ดีมาก และทำหน้าที่เป็นตัวแทนของเนื้อเยื่อไขมันของสิ่งมีชีวิตในน้ำ จากนั้นท่อจะถูกสานระหว่างแท่งโลหะและปิดล้อมด้วยกรงโลหะ เครื่องเก็บตัวอย่างสามารถทำได้โดยใช้ท่อที่มีความยาวแตกต่างกันสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน เนื่องจากอัตราการเก็บตัวอย่างขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของท่อที่สัมผัสกับน้ำ ตราบใดที่ทราบปริมาณน้ำที่ไหลผ่านเครื่องเก็บตัวอย่าง ก็สามารถคำนวณความเข้มข้นของสารปนเปื้อนอินทรีย์ที่ไม่เป็นขั้วในน้ำได้หลังจากสกัดสารปนเปื้อนออกจาก SPMD ^{[ 5 ]}

อุปกรณ์เมมเบรนเหลวแบบเสถียร (SLMD) สุ่มตัวอย่าง โลหะ ไอออนในน้ำจืดแบบพาสซีฟ อุปกรณ์เหล่านี้ทำจากท่อพลาสติกโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ ที่ปิดผนึกทั้งสองด้านและบรรจุด้วยส่วนผสมของ กรดโอเลอิกและสารคีเลต โลหะในปริมาณเท่ากัน หลักการทำงานคือการโต้ตอบกับไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียมในน้ำจืด ซึ่งจะสร้างฟิล์มที่ไม่ชอบน้ำบนด้านนอกของเมมเบรนพลาสติก SLMD ซึ่งสารคีเลตสามารถจับกับโลหะในน้ำที่สุ่มตัวอย่างได้^{[ 4 ]}มีการใช้งานอุปกรณ์เหล่านี้ในภาคสนามได้นานถึงหนึ่งเดือน ทั้งแบบเดี่ยวๆ หรือคลุมด้วยท่อพลาสติกเพื่อควบคุมการไหลของน้ำ^{[ 16 ]}สามารถคำนวณน้ำหนักโลหะที่สะสมโดย SLMD ในช่วงเวลาการใช้งานและหารด้วยเวลาการใช้งาน SLMD เพื่อให้ได้น้ำหนักโลหะเฉลี่ยที่สะสมต่อหน่วยเวลา แต่ปัจจุบันยังไม่มีวิธีการใดที่พัฒนาขึ้นมาเพื่อแปลงค่านี้เป็นความเข้มข้นของโลหะเฉลี่ย นอกจากนี้ อัตราการสุ่มตัวอย่างของ SLMD จะแตกต่างกันอย่างมากตามอัตราการไหลของน้ำ ซึ่งสามารถใช้ท่อพลาสติกในการควบคุมได้^{[ 4 ] [ 16 ]}

การสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟสามารถทำได้สำหรับสารปนเปื้อนในอากาศ รวมถึงอนุภาคในอากาศ ไอระเหย และก๊าซที่เป็นอันตราย ซึ่งสามารถทำได้ด้วยอุปกรณ์ที่มนุษย์สร้างขึ้นหรือด้วยสิ่งมีชีวิตที่ใช้ในการตรวจสอบทางชีวภาพ เช่นไลเคน^{[ 7 ] [ 17 ]}

หลอดดูดซับเป็นเครื่องมือเก็บตัวอย่างแบบพาสซีฟสำหรับสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) โดยเป็นหลอดแก้วที่บรรจุวัสดุดูดซับ เช่นถ่านหรือซิลิกาเจลซึ่งอากาศที่จะเก็บตัวอย่างจะไหลผ่าน วัสดุดูดซับจะกำจัด VOCs ออกจากอากาศที่ไหลผ่าน และสามารถปลดปล่อย VOCs ออกมาวิเคราะห์ได้ ความเข้มข้นของอากาศสามารถคำนวณได้โดยใช้ปริมาณอากาศที่ไหลผ่านหลอดดูดซับและปริมาณสารปนเปื้อนที่ถูกปลดปล่อยออกมา^{[ 8 ]}

ความเข้มข้นของสารปนเปื้อนจากการสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟสะท้อนถึงการปนเปื้อนโดยเฉลี่ยตลอดช่วงเวลาการติดตั้งเครื่องเก็บตัวอย่าง ซึ่งหมายความว่าตัวอย่างจะบันทึกความผันผวนของความเข้มข้นของสารปนเปื้อนตลอดช่วงเวลาการติดตั้งทั้งหมด การสุ่มตัวอย่างแบบหยิบจับแบบดั้งเดิมไม่สามารถทำเช่นนี้ได้ เนื่องจากตัวอย่างที่เก็บรวบรวมได้แสดงถึงเพียงช่วงเวลาเดียวเท่านั้น และต้องเก็บตัวอย่างแบบหยิบจับหลายครั้งเพื่อสังเกตความแปรผันของความเข้มข้นของสารปนเปื้อนเมื่อเวลา ผ่านไป ^{[ 1 ]}วิธีการสุ่มตัวอย่างแบบบูรณาการนี้ยังสามารถส่งผลให้ตรวจพบสารเคมีที่มีความเข้มข้นต่ำมากจนตรวจไม่พบในตัวอย่างแบบหยิบจับ เนื่องจากความเข้มข้นของสารเคมีบนเครื่องเก็บตัวอย่างเมื่อเวลาผ่านไป ด้วยเหตุนี้ การสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟจึงมีศักยภาพที่จะเป็นวิธีการเก็บตัวอย่างที่ใช้เวลาน้อยกว่า ค่าใช้จ่ายน้อยกว่า และแม่นยำกว่าการสุ่มตัวอย่างแบบหยิบจับ

นอกจากนี้ เครื่องเก็บตัวอย่างแบบพาสซีฟมักใช้งานและติดตั้งได้ง่าย ไม่มีปั๊มหรือชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ และไม่จำเป็นต้องใช้ไฟฟ้า เนื่องจากอาศัยการแพร่กระจายของโมเลกุลของสารปนเปื้อนหรือการจับตัวของสารปนเปื้อนกับตัวแทนภายในเครื่องเก็บตัวอย่าง ซึ่งแตกต่างจากการเก็บตัวอย่างแบบแอคทีฟ^{[ ​​6 ]}นอกจากนี้ยังอาจมีราคาไม่แพงและสร้างได้ง่าย เช่น SLMD ซึ่งต้องการเพียงท่อพลาสติกปิดผนึกและส่วนประกอบทางเคมีสองชนิด^{[ 4 ]}

การสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟอาจสะท้อนความเข้มข้นของโลหะที่สิ่งมีชีวิต สามารถดูดซึมได้แม่นยำกว่าวิธีการสุ่มตัวอย่างอื่นๆ ตัวอย่างเช่น เครื่องสุ่มตัวอย่าง SPMDใช้เยื่อกึ่งซึมผ่านได้และไตรโอเลอิน ( ไตรกลีเซอไรด์ ) ซึ่งทั้งสองอย่างเลียนแบบ การดูด ซึมสารพิษโดยเนื้อเยื่อไขมันของสิ่งมีชีวิต^{[ 5 ]}อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟที่ใช้ เนื่องจากเครื่องสุ่มตัวอย่างบางชนิด เช่น peepers อาศัยการแพร่กระจายของโมเลกุลเพียงอย่างเดียว^{[ 15 ]}ซึ่งอาจง่ายเกินไปที่จะสะท้อนกระบวนการที่ซับซ้อนของการดูดซึมสารปนเปื้อนในสิ่งมีชีวิต

เนื่องจากการสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟให้ข้อมูลเกี่ยวกับความเข้มข้นเฉลี่ยของสารปนเปื้อน ดังนั้นความเข้มข้นที่เป็นไปได้ทั้งหมดตลอดระยะเวลาการติดตั้งเครื่องสุ่มตัวอย่างจึงรวมอยู่ในค่าเฉลี่ยนี้ อย่างไรก็ตาม ไม่มีวิธีใดที่จะหาช่วงความเข้มข้นของสารปนเปื้อนทั้งหมดตลอดระยะเวลาการติดตั้ง ณ สถานที่เดียวได้ด้วยการสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟเพียงอย่างเดียว^{[ 1 ]}หากต้องการความเข้มข้นสูงและต่ำของสารปนเปื้อนตลอดช่วงเวลาการสุ่มตัวอย่าง ควรใช้วิธีการสุ่มตัวอย่างอื่นร่วมกับการสุ่มตัวอย่างแบบพาสซีฟ

เครื่องเก็บตัวอย่างแบบพาสซีฟไม่ได้มีวิธีการแปลงมวลสารปนเปื้อนที่สะสมเป็นความเข้มข้นในน้ำอย่างแม่นยำเสมอไป ซึ่งใช้ในการควบคุมของรัฐบาล เช่นพระราชบัญญัติว่าด้วยน้ำสะอาดของสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา^{[ 18 ]} สำหรับเครื่องเก็บตัวอย่างบางชนิด เช่น DGT สามารถทำได้โดยใช้สมการที่พัฒนาขึ้นสำหรับเครื่องเก็บตัวอย่าง แต่ไม่ใช่เครื่องเก็บตัวอย่างทุกชนิดจะมีสมการเหล่านี้ ระยะเวลาการใช้งานเครื่องเก็บตัวอย่างแบบพาสซีฟก็มีข้อจำกัดเช่นกัน ขึ้นอยู่กับความจุของเครื่องเก็บตัวอย่าง ตัวอย่างเช่น SLMD สามารถใช้งานได้นานหลายเดือน แต่อาจถึงจุดอิ่มตัวและหยุดการเก็บตัวอย่างเร็วกว่านั้นมาก หากความเข้มข้นของโลหะและอัตราการไหลของน้ำสูงพอ^{[ 4 ]}อย่างไรก็ตาม ปัญหานี้สามารถหลีกเลี่ยงได้หากมีการตรวจสอบเอกสารเกี่ยวกับเครื่องเก็บตัวอย่างแบบพาสซีฟที่เกี่ยวข้องเพื่อหาข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับความจุของเครื่องเก็บตัวอย่างและเวลาการใช้งานที่เหมาะสมก่อนการใช้งาน