當空氣中被測組分濃度較高，或所用的分析方法靈敏度很高時，可選用直接采取少量氣體樣品的采樣法。用該方法測得的結果是瞬時或者短時間內的平均濃度，而且可以比較快的得到分析結果。直接采樣法常用的容器有以下幾種。
（1）注射器采樣
用100ml的注射器直接連接一個三通活塞。采樣時，先用現場空氣或廢氣抽洗注射器3～5次，然后抽樣，密封進樣口，將注射器進氣口朝下，垂直放置，使注射器的內壓略大于大氣壓。要注意樣品存放時間不宜太長，一般要當天分析完。此外，所用的注射器要作磨口密封性的檢查，有時需要對注射器的刻度進行校準。
（2）塑料袋采欄
常用的塑料袋有聚乙烯，聚氯乙烯和聚四氟乙烯袋等，用金屬襯里（鋁箔等）的袋子采樣，能防止樣品的滲透。為了檢驗對樣品的吸附或滲透，建議事先對塑料袋進行樣品穩定性實驗。穩定性較差的，用已知濃度的待測物在與樣品相同的條件下保存，計算出吸附損失后，對分析結果進行校正。
使用前要作氣密性檢查：充足氣后，密封進氣口，將其置于水中，不應氣泡。使用時用現場氣樣沖洗3～5次后，再充進樣品，夾封袋口，帶回實驗室分析。
（3）固定容器法采樣
固定容器法也是采集小量氣體樣品的方法，常用的設備有兩類。一是用耐壓的玻璃瓶或不銹鋼瓶，采樣前抽至真空。采樣時打開瓶塞，被測空氣自行充進瓶中。真空采樣瓶要注意的是必須要進行嚴格的漏氣檢查和清洗。另一種是以置換法充進被測空氣的采樣管，采樣管的兩端有活塞。在現場用二聯球打氣，使通過采氣管的被測氣體量至少為管體積的6～10倍，充分置換掉原有的空氣，然后封閉兩端管口。采樣體積即為采氣管的容積。