一種大氣氣溶膠細粒子及氣態前體物的採集裝置的製作方法

2023-12-05 08:36:21 2

專利名稱：一種大氣氣溶膠細粒子及氣態前體物的採集裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種大氣氣溶膠細粒子質量濃度和化學成分以及氣態前體物的採集裝置，特別涉及一種採集氣態前體物的擴散管。
背景技術：
近年來，關於大氣氣溶膠細粒子質量濃度及其化學成分，以及大氣中鹼性氣體NH3和酸性氣體H2S04、HNO3> HONO和HCl的採集裝置已經有了極大的改進，比如李力爭在1992年擴散管技術在大氣採樣中的應用(分析化學，20 (2) :226-236)中詳細描述了圓形擴散管、環形擴散管的製作及其在大氣採樣中的應用。C Perrino等在2001年發表的Monitoringacidic air pollutants near Rome by means oi diffusion lines: development of aspecific quality control procedure (Atmospheric Environment,35(2):331-341)中認為環形擴散管-層疊膜是非常有效的同時採集氣態和顆粒態汙染物的方法。環形擴散管-層疊膜法是以質量流量控制器來控制採樣流速，在恆定流速下，氣團首先流經兩個串聯的擴散管，除去大氣中鹼性氣體NH3和酸性氣體H2S04、HNO3、H0N0和HC1，然後依次流經特氟龍膜、尼龍膜和浸潰纖維膜，分別採集顆粒物、顆粒物分解產生的HNO3和NH3。擴散管和層疊膜採樣時沿垂直方向放置，來減少顆粒物重力沉降的影響。該方法有效地解決了大氣中氣溶膠細粒子及氣態前體物的採集問題，但還存在不足之處1、大氣進氣ロ沒有作相關的切割處理，將所有的氣溶膠和氣體全部通入環形管，而不同粒徑的氣溶膠粒子在同一流速下的擴散係數不同，因此不能保證環形管所採集完全為氣體；2、環形管塗層時在外環形表面也有塗層，這將影響環形管實際採集效率的計算；3、所用環形管在連續採樣期間需整根進行更換。此外，該方法目前還沒有簡便實用的成品採集裝置。

發明內容
解決的技術問題本發明提供的ー種大氣氣溶膠細粒子和氣態前體物的採集裝置，在大氣進氣ロ設置了銳切氣旋分離器過濾大粒子，將環形擴散管內管設置為可抽插式，減少了採樣誤差，簡化了採樣過程，提高了採集效率。技術方案ー種大氣氣溶膠細粒子和氣態前體物的採集裝置，它包括前期過濾裝置、氣體收集裝置、氣溶膠收集裝置、流量控制裝置和動カ裝置五個部分；前期過濾裝置為ー個銳切氣旋分離器；氣體收集裝置為兩個串聯的環形擴散管採集鹼性氣體環形擴散管和採集酸性氣體環形擴散管；氣溶膠收集裝置為ー個氣溶膠撞擊器；流量控制裝置為ー個流量控制器；動力裝置為ー個抽氣泵；各裝置間用連接管順序連接；
所述環形擴散管由玻璃材質製成，包括外管和內管內管為可抽插式，為兩端封閉的玻璃管，頭部成錐形狀，尾部通過活塞與外管磨砂連接，活塞外側設有把手；內管分為出氣段、採樣段和進氣段，出氣段和進氣段作光滑處理，採樣段作磨砂處理；外管頭部設有錐形進氣ロ，出氣ロ位於內管出氣段相対的外管管壁上。所述氣溶膠撞擊器包括第一層撞擊器、第二層撞擊器和第三層撞擊器，第一層撞擊器和第三層撞擊器為流線型錐體結構，三層撞擊器之間通過螺紋固定連接，並使用O型膠圈密封，姆層撞擊器都設有米集板，米集板上均勻分布噴ロ，氣體從第一層撞擊器進入，從第三層撞擊器流出。有益效果(I)本發明裝置在大氣進氣ロ設置了銳切氣旋分離器，可以將大氣中較大粒徑的氣溶膠粒子從樣品中過濾掉，以防止大粒子在採集過程中影響採集結果。(2)本發明裝置的環形擴散管內管為可抽插式，使用時只需將內管採樣部分進行塗層收集氣體，且在連續採樣時只需更換內管即可。與傳統環形擴散管相比，減少了塗層時外管非採樣部分也被塗層造成的誤差。傳統環形擴散管在連續採樣期間需要整根更換環形擴散管，即需將氣體採集裝置整個取下，不便於長時間大量採樣。環形擴散管內管中氣體層流和湍流相互轉換的過渡區作光滑處理，避免氣溶膠顆粒物在湍流環境下的慣性作用吸附在採樣區對測量結果造成誤差。(3)本發明裝置結構簡單，製造成本低，採集精度高，氣體收集和氣溶膠收集裝置可以拆開使用，還可以加到其它觀測儀器中，並且不受觀測場地及觀測環境的限制。


圖1為採集裝置的結構示意 圖2為環形擴散管結構示意 圖3為氣溶膠撞擊器結構示意圖。其中，11-銳切氣旋分離器，12-採集鹼性氣體環形擴散管，13-採集酸性氣體環形擴散管，14-氣溶膠撞擊器，15-連接管，16-流量控制器，17-抽氣泵；21_外管，22-內管，211-進氣ロ，212-出氣ロ，221-活塞，222-把手，223-出氣段，224-採樣段，225-進氣段；31-第一層撞擊器，32-第二層撞擊器,33-第三層撞擊器,34-米集板,35-噴ロ。
具體實施例方式實施例1
本發明提供的ー種大氣氣溶膠細粒子和氣態前體物的採集裝置包括前期過濾裝置、氣體收集裝置、氣溶膠收集裝置、流量控制裝置和動カ裝置五個部分；前期過濾裝置為ー個銳切氣旋分離器11 ;氣體收集裝置為兩個串聯的環形擴散管採集鹼性氣體環形擴散管12和採集酸性氣體環形擴散管13 ;氣溶膠收集裝置為ー個氣溶膠撞擊器14 ;流量控制裝置為一個流量控制器16 ;動力裝置為ー個抽氣泵17 ;各裝置間用連接管15順序連接。所述環形擴散管由玻璃材質製成，包括外管21和內管22 :內管22為可抽插式，為兩端封閉的玻璃管，頭部成錐形狀，尾部通過活塞221與外管21磨砂連接，活塞221外側設有把手222 ;內管22分為出氣段223、採樣段224和進氣段225，出氣段223和進氣段225作光滑處理，採樣段224作磨砂處理；外管21頭部設有錐形進氣ロ 211，出氣ロ 212位於內管22出氣段223相対的外管管壁上。所述氣溶膠撞擊器包括第一層撞擊器31、第二層撞擊器32和第三層撞擊器33，第一層撞擊器31和第三層撞擊器33為流線型錐體結構，三層撞擊器之間通過螺紋固定連接，並使用0型膠圈密封，每層撞擊器都設有採集板34，採集板上均勻分布噴ロ 35，氣體從第一層撞擊器31進入，從第三層撞擊器33流出。
所述銳切氣旋分離器11生產廠家為美國BGI Incorporated公司，型號為SCCA-PM2.5，應用於連續顆粒監測儀進氣ロ、室內空氣品質採樣進氣ロ、空氣中有毒物質的分離採樣和實驗室氣溶膠分離研究等領域，清洗一次可以連續30天24小時採樣，可以幹採樣(無油條件下)，銳切迴旋設計使其具有更好的滲透性和切割性能，清洗過程簡單，並且PM2.5的採樣通過了美國EPA的認證。實施例2
採樣時抽氣泵17抽氣讓大氣中的氣溶膠顆粒經銳切氣旋分離器11，對大顆粒進行過濾；然後剩餘的顆粒物和氣體進入環形擴散管，通過環形擴散管時，氣流為層流，由於氣體分子在層流中的擴散係數遠大於顆粒物的擴散係數，因此氣態汙染物通過擴散過程被收集，而氣溶膠顆粒物則隨採樣氣流一起進入下一裝置。不同的化合物對不同氣體的吸附效率相差較大，因此可通過在採樣段224用不同的化合物進行塗層來收集不同的氣態汙染物。在採集鹼性氣體環形擴散管12和採集鹼性氣體環形擴散管13分別採用檸檬酸和Na2CO3作為吸收氣體的塗層物質，通過該塗層吸附大氣中的鹼性氣體NH3和酸性氣體H2S04、HNO3>HONO和HCl ;然後剩餘氣溶膠顆粒物隨採樣氣流進入氣溶膠撞擊器14中進行收集，在採集板34上分別放置微孔濾膜，當採樣氣體透過濾膜時，顆粒物由於慣性作用撞擊到濾膜上從而被收集，氣體分子由於分子直徑遠小於濾膜微孔，因此大多透過濾膜很少被吸附，但是不同材質的濾膜氣體分子的吸附作用不同。特氟隆濾膜對顆粒物透過捕集效率高、空白低、不吸收氣體；尼龍膜對HNO3的吸收效率超過95% ;浸潰纖維膜是採集NH3常用的方法，具有簡單、方便、採集效率和選擇性高等特點。第一層膜採集的硝酸鹽和銨鹽的揮發以及氣體的作用會造成HNO3和NH3的損失，因此分別在第一層撞擊器31、第二層撞擊器32和第三層撞擊器33上放置特氟隆濾膜、尼龍膜、浸潰纖維膜，依次採集顆粒物、顆粒物分解產生的HNO3和NH3,第二層撞擊器32和第三層撞擊器33所採集的HNO3和NH3用來校正第一層撞擊器31中所採集顆粒物的數據；整個採樣過程通過流量控制器16進行流量控制，該過程可以是間隔的亦可以是連續的；最後環形擴散管採集的氣體成分和氣溶膠撞擊器14收集的氣溶膠濾膜可以在實驗室中通過天平進行稱重以及化學成分分析。本裝置使用塗 潰l%Na2C03水溶液的環形擴散管同時採集H2SO4, HNO3> HONO和HCl的24h平均吸收效率分別為95. 3%,95. 9%,87. 3%和91. 4%，使用塗潰5%檸檬酸溶液的環形擴散管採集NH3的24h平均吸收效率達到96. 4%。對塗潰備用的擴散管和濾膜的空白值分別進行了 7次測定，本裝置設置採樣流速為101/min，連續採集3h，分別採集得到了 7組氣體數據和氣溶膠數據，本裝置所用擴散管對氣態 H2S04、HNO3> HONO, HCl 和 NH3 檢出限(3 o )分別為 0. 01lPg/m3、0. 02lPg/m3、0. 018lVm3、0. 013Pg/m3和0. 04mg/m3,對顆粒物質量濃度、顆粒物分解產生的HNO3和NH3的檢出限(3 O )分別為 0. 23叫g/m3、0. 042l^g/m3 和 0. 07叫g/m3。
權利要求
1.一種大氣氣溶膠細粒子和氣態前體物的採集裝置，其特徵在於它包括前期過濾裝置、氣體收集裝置、氣溶膠收集裝置、流量控制裝置和動力裝置；前期過濾裝置為一個銳切氣旋分離器(11);氣體收集裝置為兩個串聯的環形擴散管採集鹼性氣體環形擴散管(12)和採集酸性氣體環形擴散管(13);氣溶膠收集裝置為一個氣溶膠撞擊器(14);流量控制裝置為一個流量控制器(16);動力裝置為一個抽氣泵(17);各裝置間用連接管(15)順序連接。
2.一種大氣氣溶膠細粒子和氣態前體物的採集裝置，其特徵在於所述環形擴散管由玻璃材質製成，包括外管(21)和內管(22):內管(22)為可抽插式，為兩端封閉的玻璃管，頭部成錐形狀，尾部通過活塞(221)與外管(21)磨砂連接，活塞(221)外側設有把手(222);內管(22)分為出氣段(223)、採樣段(224)和進氣段(225)，出氣段(223)和進氣段(225)作光滑處理，採樣段(224)作磨砂處理；外管(21)頭部設有錐形進氣口(211)，出氣口(212)位於內管(22)出氣段(223)相對的外管管壁上。
3.一種大氣氣溶膠細粒子和氣態前體物的採集裝置，其特徵在於所述氣溶膠撞擊器包括第一層撞擊器(31)、第二層撞擊器(32)和第三層撞擊器(33),第一層撞擊器(31)和第三層撞擊器(33)為流線型錐體結構，三層撞擊器之間通過螺紋固定連接，並使用O型膠圈密封，每層撞擊器都設有米集板(34),米集板上均勻分布噴口(35),氣體從第一層撞擊器(31)進入，從第三層撞擊器(33)流出。
全文摘要
本發明公開了一種大氣氣溶膠細粒子及氣態前體物的採集裝置，在大氣進氣口設置了一個銳切氣旋分離器，可以將大氣中較大粒徑的氣溶膠粒子從樣品中過濾掉，以防止大粒子在採集過程中影響採集結果；該裝置環形擴散管內管為可抽插式，減少了傳統環形擴散管塗層時外管也被塗層造成的誤差，提高了採集效率。該裝置實用方便、成本低、採集效率高，可同時收集氣態汙染物和氣溶膠顆粒。
文檔編號G01N1/24GK103033400SQ20121054514
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者朱彬, 王紅磊, 張澤鋒, 沈利娟 申請人:南京信息工程大學