一種霧霾二次顆粒物的直接測定方法與流程

2023-05-04 04:16:15 5

本發明屬於環境分析技術領域，特別涉及一種霧霾二次顆粒物的直接測定方法。

背景技術：

近些年，大氣霧霾已成為全國範圍內的重大民生問題，不僅造成能見度下降，也對人體健康造成累積性負面影響。自2013年1月北京出現重霧霾事件以來，PM2.5汙染即成為當今我國最嚴重的環境問題之一。目前常用的顆粒物分析方法為膜採樣-離子色譜及在線觀測手段，通過定量後的質量濃度與排放、氣象等參數條件，推測其可能的形成機理。此方法缺少對顆粒物形成過程的直接觀測，無法衡量氣相反應、液相反應、非均相反應以及碰並吸附、吸溼增長等化學物理作用對硫酸鹽生成的影響程度。因此，探索快速高效的顆粒物單顆粒檢測方法已成為當今環境分析領域的重要研究方向之一。

當前單顆粒分析方法包括顆粒物形貌研究的掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和基於官能團分析的拉曼光譜等。表面增強拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering，SERS)光譜的出現為大氣顆粒物的理化特徵及成因分析提供了新方法。SERS現象是由粗糙表面引起的拉曼信號增強效應，到1997年SERS效應實現了單分子檢測。通過觀察分子在基底材料表面的SERS信號，可確定待測物的物質組成和結構。該技術在化學、材料等領域的應用很廣，但在大氣汙染方面應用較少。SERS技術可以對顆粒物有機物的官能團和化學鍵進行定性判別，從而為二次顆粒物形成機制提供更有力、更直觀的證據，是對基於色譜、質譜等技術所獲得的化學信息的有力補充，因此在PM2.5及霧霾成因方面的應用潛力巨大。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種霧霾二次顆粒物的直接測定方法，首先使用分級採樣器在Ag膜上捕集單分散的大氣顆粒物，此時顆粒物靠近Ag膜表面，產生表面增強拉曼散射現象，利用共聚焦顯微拉曼光譜儀可以快速實現單顆粒大氣顆粒物的組分檢測。

為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是：

一種霧霾二次顆粒物的直接測定方法，取多片Ag膜作為大氣顆粒物採集膜，分別安裝在分級採樣器每一級的膜託上，在恆定的氣體流量下捕集一定時間，然後將已捕集顆粒物的Ag膜切取合適尺寸，固定在載玻片上，利用共聚焦顯微拉曼光譜儀實現顆粒物的信號採集。

本發明中，採集時間根據空氣品質指數(AQI)進行調整，當AQI小於50，採樣時間15-20min；當AQI在50-100之間時，採樣時間為10-15min；AQI在100-150間，採樣時間為8-10min；AQI在150-200間，採樣時間為6-8min；AQI在200-250間，採樣時間為4-6min；AQI>250時，採樣時間為2-4min。

與現有技術相比，本發明採用Ag膜作為分級採樣的膜，對北京霧霾天氣的顆粒物進行捕集，利用Ag膜對顆粒物的SERS作用，實現了二次大氣顆粒物組分的拉曼檢測。

附圖說明

圖1為本發明捕集到Ag膜上顆粒物的在共聚焦拉曼儀上的白光顯微圖。

圖2為常規石英膜上顆粒物的拉曼譜圖。

圖3是本發明捕集到Ag膜上大氣顆粒物的SERS譜圖。

圖4為本發明捕集到Ag膜上大氣顆粒物的SERS譜圖分析。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。

汙染指數為300時顆粒物採集：切取直徑為25mm的圓形Ag膜作為樣品採集膜，取13個Ag膜，分別安裝在分級採樣器每一級的膜託上，在10L/min的氣體流量下，捕集5min。將樣品雙層密封於自封袋內，單顆粒分析前在4℃條件下保存。

顆粒物制樣及檢測：將含有樣品的Ag膜切取0.5×0.5cm，用銅導電膠固定在載玻片上，利用共聚焦顯微拉曼光譜儀實現顆粒物的信號採集。其中雷射波長532nm，掃描曝光時間10s。

本發明中，Ag膜的厚度最好為10μm。分級採樣器採用大氣顆粒物分級碰撞採樣器(Low Pressure Impactor，DLPI)。

如圖1所示，可以明顯看出，本發明採集到的顆粒物呈單分散狀態，圖2的檢測結果說明石英膜上直接檢測到顆粒物的拉曼信號低，並且特徵峰少，圖3的譜圖說明本發明使用的方法可以得到更多大氣顆粒物的物質特徵峰，並且強度比常規石英膜上的樣品明顯提高，圖4的譜圖分析則可以說明本發明使用的方法可以檢測顆粒物上的氧化石墨，硝酸鋁和硫酸銨。