一種納米氣溶膠粒譜檢測分析儀的製作方法
2023-06-16 16:23:26
專利名稱：一種納米氣溶膠粒譜檢測分析儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及納米氣溶膠粒子的檢測，是應用電場和流場的基本原理對帶電氣溶膠的粒徑濃度進行檢測的納米氣溶膠粒譜檢測分析儀。
背景技術：
離子的遷移率K在弱電場中為常數，離子的質量和電荷數決定了遷移率數值的大小，離子在弱電場中運動時，離子的速度正比於電場強度，且ν = KE，不同遷移率的離子由於其遷移率的不同而具有不同的速度，在高壓板與收集極之間電場力的作用下，被收集極收集，從而可以對不同遷移率的離子進行檢測。小粒子的帶電機率很小，1.6 7. 5nm之間的粒子每立方釐米通常只有幾十個， 使用標準的凝聚核粒子計數法(CPC)，無法測量很小的納米粒子。可以測量亞納米粒子 (0. 5 5nm)的CPC，無法用於日常的長期監測，小於3nm的粒子通常用收集粒子電流來測量，電流信號較小，收集電流遠遠小於一般儀器的噪聲，因此對測量儀器提出了新的要求 設計結構特殊的新裝置，減小噪聲，增加收集粒子的數量，提高靈敏度。氣溶膠的測量方法是氣溶膠科學歷史的重要部分，因此測量不同氣溶膠的粒徑分布濃度具有重要的意義，本裝置的發明對推動氣溶膠科學的發展具有重要的意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種納米氣溶膠粒譜檢測分析儀，實現大氣氣溶膠粒子的尺寸濃度的檢測。為實現上述目的，本發明檢測裝置設計了一種納米氣溶膠粒譜檢測分析儀，包括二個相互平行的、並列排布的、用於帶電粒子飛行的筒狀分析器，電離源，離子門，高壓板， 收集極，吸氣裝置，信號採集和處理系統。離子門位於筒狀分析器的進口端，離子門由依次平行、按筒狀分析器徑向交替排布的長金屬板和短金屬板構成，長金屬板和短金屬板之間設置有間隙；長金屬板接地，處於兩個筒狀分析器內的短金屬板分別接直流的正電壓或負電壓，並可在正負電壓和0電壓之間切換。本發明檢測裝置與電離源相結合，電離源置於筒狀分析器的帶電粒子進口端外側，於二個筒狀分析器內分別對稱平行地設置有高壓板、收集極，高壓板、收集極與分析器的軸向相平行，收集極與信號採集和處理系統相連接；處於兩個筒狀分析器內的高壓板分別與直流電源的正極和負極相連。在筒狀分析器內、遠離帶電粒子進口端一側設置有氣體出口，氣體出口與一吸氣裝置的進氣口相連。所述直流電源為充電後的電容器；通過電容放電來改變高壓電極與收集極之間的電壓；所述離子門中長金屬板和短金屬板之間等間距設置。所述電離源為放射源、VUV燈電離源或電噴霧式電離源。
所述信號採集和處理系統包括信號放大器、A/D轉換器、單片機、電腦，收集極通過導線與信號放大器相連，信號放大器通過導線與A/D轉換器相連，A/D轉換器通過導線與單片機相連，單片機與電腦相連。所述處於二個筒狀分析器內的長金屬板分別為3 11塊；其長、寬尺寸範圍為 50 300mm ；短金屬板分別為4 12塊，其長、寬尺寸範圍為50 200mm，長、短金屬板厚度範圍均為0. 1 2mm。所述每個筒狀分析器內，在靠近於筒狀分析器中心軸線處的2塊短金屬板分別接正電壓或負電壓，且它們可在正負電壓和0電壓之間進行切換；其餘的短金屬板接400 800V的恆定正高壓或負高壓。所述高壓板與收集極間距為10 50mm，收集極遠離帶電粒子進口端一側至離子門間的區域為粒子遷移區，遷移區長度為50 200mm ；收集極為金屬材質，長、寬尺寸範圍均在5 50_，厚度範圍為0. 2 2_。高壓板為金屬合金材質，長、寬尺寸範圍均在100 300mm，厚度範圍為5 20mm。吸氣裝置位於筒狀分析器正後方，通過吸氣的方法使粒子進入筒狀分析器內。本發明可對粒徑範圍為0. 5nm 5nm的氣溶膠粒子進行連續性監測，並獲得大氣氣溶膠粒子的尺寸濃度。本發明具有如下優點本發明裝置中離子門，遷移區設計尺寸合理，電路控制操控方便，增加了收集粒子數量，減小了噪聲，裝置可以對帶電氣溶膠粒子進行連續、快速、準確、實時地監測，並獲得不同遷移率帶電粒子的尺寸濃度。
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明的實施方案描述如下一種納米氣溶膠粒譜檢測分析儀，包括二個相互平行的、並列排布的、用於帶電粒子飛行的筒狀分析器，電離源1，離子門，高壓板4，收集極5，吸氣裝置6，信號採集和處理系統7。離子門位於筒狀分析器的進口端，離子門由依次平行、按筒狀分析器徑向交替排布的長金屬板3和短金屬板2構成，長金屬板3和短金屬板2之間設置有間隙，長金屬板全部接地。在左分析器中，靠近於筒狀分析器中心軸線處的2塊短金屬板在正電壓和0電壓之間切換，其餘的短金屬板接恆定正高壓；在右分析器中，靠近於筒狀分析器中心軸線處的 2塊短金屬板在負電壓和0電壓之間切換，其餘的短金屬板接負高壓。電離源1置於筒狀分析器的帶電粒子進口端外側，於二個筒狀分析器內分別對稱平行地設置有高壓板4、收集極5。高壓板4、收集極5與分析器的軸向相平行，收集極5與信號採集和處理系統7相連接；處於兩個筒狀分析器內的高壓板4分別與直流電源的正極和負極相連。在筒狀分析器內、遠離帶電粒子進口端一側設置有氣體出口，氣體出口與吸氣裝置6的進氣口相連。
所述直流電源為充電後的電容器；通過電容放電來改變高壓電極與收集極之間的電壓。所述離子門中長金屬板和短金屬板之間等間距設置。所述吸氣裝置是風扇。所述電離源為放射源、電噴霧式電離源。所述信號採集和處理系統包括信號放大器、A/D轉換器、單片機、電腦，收集極通過導線與信號放大器相連，信號放大器通過導線與A/D轉換器相連，A/D轉換器通過導線與單片機相連，單片機與電腦相連。實施例1每個筒狀分析器內有7塊長金屬板和8塊短金屬板；長金屬板長MOmm、寬尺寸為 80mm,厚度為0. 5mm,短板金屬板8長MOmm、寬尺寸為60mm，厚度為0. 5mm,金屬材質為鋁合金。在左分析器中，靠近於筒狀分析器中心軸線處的2塊短金屬板在250V正電壓和O電壓之間切換，其餘的短金屬板接恆定500V正高壓；在右分析器中，靠近於筒狀分析器中心軸線處的2塊短金屬板在-250V負電壓和O電壓之間切換；其餘的短金屬板接-500V負高壓。高壓板為金屬合金材質，長為MOmm、寬為140mm，厚度為10mm。收集極為金屬鋁材質，長為160mm、寬為25mm，厚度為2mm，通過電路板上的電容放電來改變高壓電極與收集極之間的電壓，左分析器中的高壓板電壓變化範圍在O -2500V，右分析器中的高壓板電壓變化範圍在O 2500V。用風扇來作吸氣裝置，風扇處於工作狀態下，粒子經電離源後，通過離子門，在遷移區內高壓板與收集極電場的作用下，被收集極接收。信號被採集卡採集輸入到計算機中。如圖1所示，氣溶膠粒子在離子源1區被電離產生帶電氣溶膠，帶電氣溶膠經離子門進入高壓板4與收集極5之間的遷移區，其中離子門由長金屬板3和短金屬板2構成。長金屬板全部接地，當中間兩個短金屬板上有電壓存在時，通過中間四個通道的帶電粒子在電場的作用下被排斥到金屬板上，不會被收集極收集，可以有效的攔截離子通過離子門；當中間兩個短金屬板上沒有電壓存在時，中間四個通道內沒有電場，帶電粒子可通過。其餘兩側的六個短極板上分別施加恆定的電壓，使得帶電粒子無法從這些通道通過，通過這些通道的氣體充當鞘流氣，通過控制電路板來控制電壓通斷和切換。某一遷移率的帶電粒子進入遷移區以後，在高壓極板與收集極之間電場力的作用下，其將按一定軌跡向收集極方向飛行，只有滿足特定條件的帶電氣粒子才能夠被收集極檢測。儀器尺寸的設計使通過離子門的某一遷移率帶電粒子全部可被收集極收集。經過信號採集和處理系統，獲得不同遷移率帶電粒子的尺寸濃度。
權利要求
1.一種納米氣溶膠粒譜分析儀，其特徵在於包括二個相互平行的、並列排布的、用於帶電粒子飛行的筒狀分析器，電離源(1)，離子門，高壓板(4)，收集極(5)，吸氣裝置(6)，信號採集和處理系統(7)；離子門位於筒狀分析器的進口端，離子門由依次平行、按筒狀分析器徑向交替排布的長金屬板⑶和短金屬板⑵構成，長金屬板⑶和短金屬板⑵之間設置有間隙；長金屬板(3)接地，短金屬板(2)分別接直流的正電壓或負電壓，並可在正負電壓和0電壓之間切換；電離源(1)置於筒狀分析器的帶電粒子進口端外側，於二個筒狀分析器內分別對稱平行地設置有高壓板G)、收集極(5)，高壓板G)、收集極(5)與分析器的軸向相平行，收集極(5)與信號採集系統(7)相連接；處於兩個筒狀分析器內的高壓板(4)分別與直流電源的正極和負極相連；在每個筒狀分析器內、遠離帶電粒子進口端一側設置有氣體出口，氣體出口與吸氣裝置(6)的進氣口相連。
2.根據權利要求1所述分析儀，其特徵在於所述直流電源為充電後的電容器；通過電容放電來改變高壓板與收集極之間的電壓。
3.根據權利要求1所述分析儀，其特徵在於所述離子門中長金屬板(3)和短金屬板(2)之間等間距設置。
4.根據權利要求1所述分析儀，其特徵在於所述吸氣裝置可以是風扇或抽氣泵。
5.根據權利要求1所述分析儀，其特徵在於所述電離源為放射源、VUV燈電離源或電噴霧式電離源。
6.根據權利要求1所述分析儀，其特徵在於所述信號採集和處理系統(7)包括信號放大器、A/D轉換器、單片機、電腦，收集極( 通過導線與信號放大器相連，信號放大器通過導線與A/D轉換器相連，A/D轉換器通過導線與單片機相連，單片機與電腦相連。
7.根據權利要求1所述分析儀，其特徵在於所述處於兩個筒狀分析器內的長金屬板(3)分別為3 11塊；其長、寬尺寸範圍為50 300mm;短金屬板⑵分別為4 12塊，其長、寬尺寸範圍為50 200mm ；長、短金屬板厚度範圍均為0. 1 2mm。
8.根據權利要求1所述分析儀，其特徵在於所述每個筒狀分析器內，在靠近於筒狀分析器中心軸線處的2塊短金屬板分別接正電壓或負電壓，且它們可在正負電壓和0電壓之間進行切換；其餘的短金屬板接400 800V的恆定正高壓或負高壓。
9.根據權利要求1所述分析儀，其特徵在於其中高壓板與收集極間距為10 50mm， 收集極遠離帶電粒子進口端一側至離子門間的區域為粒子遷移區，遷移區長度為50 200mm ；收集極為金屬材質，長、寬尺寸範圍在5 50mm，厚度範圍為0. 2 2mm。
10.根據權利要求1所述分析儀，其特徵在於高壓板為金屬合金材質，長、寬尺寸範圍在100 300mm，厚度範圍為5 20mm。
全文摘要
一種新型納米氣溶膠粒譜檢測裝置，裝置主要包括離子門、遷移區、吸氣裝置、信號採集和處理系統，以及其它輔助器件。離子門由長、短金屬板構成，長金屬板全部接地，中間兩個短金屬板上的電壓可在正負電壓和0電壓之間切換，遷移區由高壓板和收集極構成，通過高壓電路板上的電容放電來改變高壓板與收集極之間的電壓，吸氣裝置使帶電粒子經過離子門進入遷移區，在高壓板和收集極之間的電場力的作用下，被收集極收集，實現了對帶電氣溶膠粒子的連續監測，並獲得不同遷移率帶電粒子的尺寸濃度。
文檔編號G01N15/06GK102478491SQ20101056668
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者劉小翠, 李海洋, 王衛國, 陳文東, 韓豐磊 申請人:中國科學院大連化學物理研究所