專利名稱：用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米檢測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
正如20世紀(jì)微米科技的發(fā)展給人類帶來的進(jìn)步一樣，納米科技預(yù)計(jì)也將導(dǎo)致人類未來生產(chǎn)和生活方式的革命性變化，因而已經(jīng)成為當(dāng)前發(fā)達(dá)國家投入最多，發(fā)展最快的科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域之一。就在人們逐漸認(rèn)識(shí)納米科學(xué)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和其潛在的巨大市場(chǎng)的同時(shí)，一個(gè)新的科學(xué)問題暨社會(huì)問題——納米生物效應(yīng)與安全性，近來引起了科學(xué)界和各國政府的高度重視。隨著納米材料和技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們今后將有許多機(jī)會(huì)接觸納米材料，納米材料的超微性提醒我們關(guān)注納米材料對(duì)人體的潛在影響。因?yàn)榧{米材料甚小，它們能夠進(jìn)入人體中那些大顆粒材料所不能抵達(dá)的區(qū)域。并且由于納米科學(xué)只有十幾年的歷史，人們對(duì)其的認(rèn)識(shí)還不完全，尤其納米材料由于顆粒尺寸達(dá)到納米量級(jí)會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)材料所不具備的特性如量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、介電限域效應(yīng)。因此過去宏觀物質(zhì)的安全性評(píng)價(jià)結(jié)果有可能不適用納米材料。現(xiàn)在的檢測(cè)機(jī)構(gòu)并沒有對(duì)納米產(chǎn)品的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)而采用常規(guī)的方法。
氣溶膠(aerosols)是指懸浮在大氣中的顆粒物質(zhì)，是空氣污染的主要物質(zhì)之一。世界上由空氣中顆粒物質(zhì)所導(dǎo)致的心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率和死亡率都呈上升趨勢(shì)，估計(jì)每年導(dǎo)致50萬人的死亡。這些液體或者固體的顆粒主要來源于煙囪和柴油車的排放物、垃圾燃燒的煙霧、道路的灰塵以及森林大火、火山噴發(fā)、海水飛沫等。顆粒的尺寸、表面積和化學(xué)組成決定其對(duì)身體的危害性。一般按尺寸大小將其分為粗顆粒(直徑＞2.5μm)、細(xì)顆粒(直徑在0.1-2.5μm之間)和超細(xì)顆粒(直徑＜0.1μm)，其中細(xì)顆粒和超細(xì)顆粒主要來源于石油產(chǎn)品的燃燒，目前對(duì)它們特別是超細(xì)顆粒的監(jiān)控還缺乏有利的手段。而研究表明，正是這些直徑小于0.1μm的超細(xì)顆粒對(duì)人的身體危害最大。大鼠肺部毒性研究證明在等質(zhì)量濃度時(shí)，超細(xì)(ultrafine)或納米顆粒(nanoparticles)比相同材料的更大粒徑顆粒引起更嚴(yán)重的肺部炎癥反應(yīng)。納米顆粒表面特性(特別是表面積)及顆粒與細(xì)胞相互作用時(shí)產(chǎn)生的自由基對(duì)納米顆粒的毒性產(chǎn)生有重要作用。造成這一影響的原因是吸入單一納米顆粒時(shí)可在肺中引起高沉積量，而團(tuán)聚的顆粒則不會(huì)。一些證據(jù)提示吸入超細(xì)或納米顆粒，可沉積于肺中其中大部分可逃脫巨噬細(xì)胞的監(jiān)視作用而進(jìn)入肺間質(zhì)，而肺間質(zhì)是一個(gè)易受侵犯的解剖部位。從有限的毒理學(xué)資料庫初步得出這一概念納米顆粒是有毒的。
目前，對(duì)空氣中顆粒物質(zhì)的檢測(cè)可分為在線檢測(cè)和取樣檢測(cè)兩種方法。取樣檢測(cè)是利用空氣采樣器、微孔均勻沉降沖擊器(micro-orifice uniformdeposit impactor；MOUDI)等設(shè)備對(duì)大氣中的顆粒物質(zhì)進(jìn)行采樣，然后再對(duì)樣品采用實(shí)驗(yàn)室的儀器進(jìn)行分析測(cè)試，如采用電子顯微鏡、激光粒度儀、X-射線散射法、電超聲粒度分析法等手段分析。對(duì)空氣中顆粒物質(zhì)的在線檢測(cè)則主要根據(jù)光散射原理和吸收光譜原理，吸收光譜的方法可以分析空氣中氣溶膠的化學(xué)成分，中科院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所一直從事環(huán)境空氣質(zhì)量的檢測(cè)，它們的SO2自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀就是采用紫外光譜光度吸收法檢測(cè)城市中煙囪或者汽車尾氣排放的SO2是否超標(biāo)，這種方法不能區(qū)分顆粒物質(zhì)的粒徑大小。激光后向散射雷達(dá)一直是國際上檢測(cè)空氣質(zhì)量的主要手段，可以檢測(cè)空氣中氣溶膠的粒徑分布和濃度，但粒徑小于0.1μm的超細(xì)顆粒超出了其檢測(cè)范圍。美國MSP公司的產(chǎn)品寬范圍顆粒攝譜儀可以在線檢測(cè)10nm～10μm的粒徑分布和濃度，其專利技術(shù)(US6639671B1)主要是差分遷移分離器(differential mobility analyzer，DMA)技術(shù)和濃縮顆粒計(jì)數(shù)器(Condensation Particle Counter，CPC)技術(shù)，MSP公司將兩項(xiàng)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，大大提高了其產(chǎn)品的檢測(cè)范圍，但是這套儀器的成本很高，只適合從事科學(xué)研究使用，并不適用于日常生活中空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，而且它并不能區(qū)分空氣中顆粒的種類?？諝庵械募{米顆粒攜帶不同的化學(xué)基團(tuán)和金屬離子，而這些基團(tuán)和離子決定了納米顆粒對(duì)人體的危害性，所以，檢測(cè)納米顆粒的種類對(duì)納米安全性的研究和空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)都非常重要。
離子遷移譜技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的在線檢測(cè)技術(shù)，讓離子在一弱電場(chǎng)中產(chǎn)生漂移，并測(cè)量出離子通過電場(chǎng)所用的時(shí)間，進(jìn)而根據(jù)離子所用的遷移時(shí)間可以計(jì)算出離子的遷移率。由于在一定的條件下，各種物質(zhì)離子的遷移率互不相同，因而也就導(dǎo)致不同的離子通過電場(chǎng)的漂移時(shí)間各不相同，根據(jù)遷移時(shí)間的測(cè)量來間接達(dá)到對(duì)被測(cè)離子種類的檢測(cè)，廣泛用于毒品、爆炸物的檢測(cè)。近年來也被應(yīng)用與大氣氣溶膠的檢測(cè)，能夠快速準(zhǔn)確的分析氣溶膠的成分含量，但是并不能區(qū)分氣溶膠顆粒的大小。Turner R等人在專利WO9728444A1使用微米級(jí)的針尖作為電離源，提高了離子遷移譜的靈敏度，但是，針尖的電壓不是可調(diào)的，所以將氣體全部電離，后處理非常復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
基于克服現(xiàn)有技術(shù)中氣體檢測(cè)裝置的不足之處，本發(fā)明的目的是提出一種能夠同時(shí)在線檢測(cè)空氣中有害納米顆粒種類、濃度和粒徑分布的系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)環(huán)境中的空氣質(zhì)量，同時(shí)為納米毒理學(xué)的研究提供有力的工具。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒的系統(tǒng)，包括與計(jì)算機(jī)依次電連接的電離裝置、分離裝置、檢測(cè)裝置。
由電離裝置電離的納米顆粒經(jīng)過分離裝置按照不同的粒徑范圍先后進(jìn)入檢測(cè)裝置，同一粒徑范圍的納米顆粒根據(jù)其在檢測(cè)裝置中不同的遷移速率來區(qū)分納米顆粒的種類，由計(jì)算機(jī)顯示檢測(cè)結(jié)果。
所述的電離裝置由外殼、一維納米材料陣列、電極環(huán)組成，電離裝置采用一維納米材料陣列作為電離源，加在一維納米材料陣列上的電壓-1000～1000V連續(xù)可調(diào)，由計(jì)算機(jī)控制。電離裝置中均勻、同心地分布著大小相同的電極環(huán)，產(chǎn)生均勻的方向可調(diào)的電場(chǎng)，由計(jì)算機(jī)控制。由于一維納米材料的小尺寸效應(yīng)，有效地降低了電離源的電離電壓，從而提高了儀器的穩(wěn)定性和安全性。從-1000～1000V連續(xù)可調(diào)的電壓確?？諝庵械谋粶y(cè)納米顆粒都會(huì)被電離，在檢測(cè)過程中，由計(jì)算機(jī)控制根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的電離能逐級(jí)地升高電離電壓，使得被測(cè)納米顆粒分五次被電離檢測(cè)，而不是同時(shí)被電離，從而降低了檢測(cè)的復(fù)雜性。
所述的分離裝置由外殼、內(nèi)電極、外電極、狹縫出口、過濾器和氣路管組成，內(nèi)電極與外電極之間的電壓可調(diào)，由計(jì)算機(jī)控制。分離裝置是采用差分遷移分離器DMA技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制內(nèi)電極和外電極之間的電壓，使得空氣中的納米顆粒離子在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，只有特定粒徑的納米顆粒離子能夠通過狹縫出口進(jìn)入檢測(cè)裝置，調(diào)節(jié)內(nèi)外電極之間的電壓就可以控制被檢測(cè)納米顆粒離子的粒徑區(qū)間，其它粒徑的納米顆粒離子隨著氣流進(jìn)入過濾器被吸附，從過濾器出來的干凈氣體通過氣路管再回到分離裝置的入口處作為載氣循環(huán)使用，分離裝置可以分離10nm～1000nm的顆粒離子，分成64通道，即64個(gè)粒徑區(qū)間，每次分離一個(gè)通道的納米顆粒離子進(jìn)入檢測(cè)裝置，完成64個(gè)通道的分離和檢測(cè)即是完成一個(gè)檢測(cè)周期。
所述的檢測(cè)裝置由外殼、離子門、電極環(huán)、格柵、收集板組成，檢測(cè)裝置中均勻、同心地分布著大小相同的電極環(huán)，產(chǎn)生均勻的方向可調(diào)的電場(chǎng)，由計(jì)算機(jī)控制電場(chǎng)的強(qiáng)度和方向，漂移氣體從檢測(cè)裝置的尾部吹入與檢測(cè)離子反方向流動(dòng)。檢測(cè)裝置采用離子遷移譜技術(shù)，根據(jù)對(duì)不同離子遷移時(shí)間的測(cè)量來間接檢測(cè)被測(cè)納米顆粒的種類。檢測(cè)裝置的前端置有離子門，被測(cè)離子并不能直接進(jìn)入遷移區(qū)域，而是聚集在離子門前，離子門打開即檢測(cè)裝置開始檢測(cè)，檢測(cè)裝置尾部吹來的漂移氣體與檢測(cè)離子反方向流動(dòng)，漂移氣體一方面可以把一些雜質(zhì)氣體去掉，另一方面可以阻止多余的中性樣品分子進(jìn)入遷移區(qū)域后繼續(xù)產(chǎn)生離化反應(yīng)，避免了由于繼續(xù)反應(yīng)導(dǎo)致的譜線變寬，從而提高了儀器的靈敏度和分辨率，在收集板前端置有格柵，防止電荷的堆積，提高探測(cè)效率，并可以屏蔽由于離子門開啟和關(guān)閉時(shí)電壓脈沖所造成的噪聲。由于遷移率的不同，不同的離子先后到達(dá)收集板，計(jì)算機(jī)根據(jù)收集板的信號(hào)判斷離子的種類，進(jìn)而判斷被測(cè)納米顆粒的種類。
所述的計(jì)算機(jī)與電離裝置和檢測(cè)裝置的電極環(huán)電連接，控制電離裝置和檢測(cè)裝置的電場(chǎng)強(qiáng)度和方向；與分離裝置的內(nèi)電極和外電極電連接，控制內(nèi)外電極間的電場(chǎng)強(qiáng)度和方向；與檢測(cè)裝置中的離子門和收集板電連接，控制離子門的開關(guān)和采集收集板的信號(hào)，分析數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果。
本發(fā)明的有益效果是現(xiàn)有技術(shù)中，US6639671B1專利技術(shù)主要是差分遷移分離DMA技術(shù)和濃縮顆粒計(jì)數(shù)技術(shù)，MSP公司將兩項(xiàng)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，提高了其產(chǎn)品的檢測(cè)范圍，但是這套儀器的成本高，只適合從事科學(xué)研究使用，并不適用于日常生活中空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，而且它并不能區(qū)分空氣中納米顆粒的種類，不能為納米毒理學(xué)研究提供在線的分析手段；離子遷移譜技術(shù)根據(jù)對(duì)遷移時(shí)間的測(cè)量來間接檢測(cè)被測(cè)離子的種類。廣泛用于毒品、爆炸物的檢測(cè)，近年來也被應(yīng)用于大氣氣溶膠的檢測(cè)，能夠快速準(zhǔn)確的分析氣溶膠的成分含量，但是并不能區(qū)分氣溶膠顆粒的大?。粚＠鸚O9728444A1使用微米級(jí)的針尖作為電離源，提高了離子遷移譜的靈敏度，但是，針尖的電壓不是可調(diào)的，所以將氣體全部電離，后處理非常復(fù)雜，而且微米級(jí)的針尖需要電離電壓非常高，不利于儀器的穩(wěn)定性和安全性。
本發(fā)明的用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒的系統(tǒng)，包括與計(jì)算機(jī)依次電連接并控制的電離裝置、分離裝置、檢測(cè)裝置。被測(cè)氣體從氣體入口進(jìn)入，流過電離裝置時(shí)被電離源電離，電離裝置采用一維納米材料陣列作為電離源，從-1000～1000V連續(xù)可調(diào)的電壓確?？諝庵械谋粶y(cè)納米顆粒被逐級(jí)電離；分離裝置將可以分離的納米顆粒分成64通道，每次分離一個(gè)通道的納米顆粒進(jìn)入所述的檢測(cè)裝置，即完成64個(gè)通道的分離和檢測(cè)；檢測(cè)裝置根據(jù)對(duì)不同離子遷移時(shí)間的測(cè)量來間接檢測(cè)，計(jì)算機(jī)與檢測(cè)裝置中的離子門和收集板電連接，控制離子門的開關(guān)和采集收集板的信號(hào)，分析數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果。
該發(fā)明系統(tǒng)中分離裝置能夠分離的納米顆粒直徑為10nm～1000nm，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明系統(tǒng)融合了差分遷移分離技術(shù)和離子遷移技術(shù)，同時(shí)在線檢測(cè)空氣中有害納米顆粒種類、濃度和粒徑分布，既可以區(qū)分氣溶膠顆粒的大小，又可以區(qū)分氣溶膠的種類，同時(shí)電離時(shí)的電壓連續(xù)分級(jí)可調(diào)。該發(fā)明系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)環(huán)境中的空氣質(zhì)量，同時(shí)為納米毒理學(xué)的研究提供了有力的工具。


圖1是用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明分離裝置中64個(gè)通道示意圖；圖3是用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒系統(tǒng)的檢測(cè)流程圖。
在圖1中系統(tǒng)由電離裝置、分離裝置、檢測(cè)裝置和計(jì)算機(jī)四部分組成，整個(gè)系統(tǒng)都被外殼包裹。電離裝置和檢測(cè)裝置中均勻、同心地分布著大小相同的電極環(huán)，產(chǎn)生均勻的方向可調(diào)的電場(chǎng)，由計(jì)算機(jī)控制電場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。被測(cè)氣體從氣體入口進(jìn)入，流過電離裝置時(shí)被電離源電離，采用一維納米材料陣列作為電離源，加在一維納米材料陣列上的電壓-1000～1000V連續(xù)可調(diào)，由計(jì)算機(jī)控制。在檢測(cè)過程中，計(jì)算機(jī)根據(jù)需要逐級(jí)地升高電離電壓，使得被測(cè)納米顆粒離子分五次被電離檢測(cè)，而不是同時(shí)被電離。
電離的氣體進(jìn)入分離裝置，在分離裝置中，計(jì)算機(jī)控制內(nèi)電極和外電極之間的電壓，使得空氣中的納米顆粒離子在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，只有特定粒徑的納米顆粒離子能夠通過狹縫出口進(jìn)入檢測(cè)裝置，調(diào)節(jié)內(nèi)外電極之間的電壓就可以控制被檢測(cè)納米顆粒離子的粒徑范圍，其它粒徑的納米顆粒離子隨著氣流進(jìn)入過濾器被吸附，從過濾器出來的干凈氣體通過氣路管再回到分離裝置的入口處作為載氣循環(huán)使用。
分離的納米顆粒離子進(jìn)入檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置的前端置有離子門，被測(cè)離子并不能直接進(jìn)入遷移區(qū)域，而是聚集在離子門前，離子門打開即檢測(cè)裝置開始檢測(cè)，檢測(cè)裝置尾部吹來的漂移氣體與檢測(cè)離子反方向流動(dòng)，漂移氣體一方面可以把一些雜質(zhì)氣體去掉，另一方面可以阻止多余的中性樣品分子進(jìn)入遷移區(qū)域后繼續(xù)產(chǎn)生離化反應(yīng)，避免了由于繼續(xù)反應(yīng)導(dǎo)致的譜線變寬，從而提高了儀器的靈敏度和分辨率，在收集板前端置有格柵，防止電荷的堆積，提高探測(cè)效率，并可以屏蔽由于離子門開啟和關(guān)閉時(shí)電壓脈沖所造成的噪聲，由于遷移率的不同，不同的離子先后到達(dá)收集板，計(jì)算機(jī)根據(jù)收集板的信號(hào)判斷離子的種類，進(jìn)而判斷被測(cè)納米顆粒的種類。
圖2是本發(fā)明分離裝置中64個(gè)通道示意圖；
在圖2中，分離裝置在10～1000nm的檢測(cè)范圍內(nèi)非均勻的劃分出64個(gè)通道作為每次檢測(cè)的粒徑區(qū)間，分離裝置每次作單通道分離，只分離特定粒徑范圍的納米顆粒離子。
圖3是用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒系統(tǒng)的檢測(cè)流程圖首先啟動(dòng)系統(tǒng)(步驟100)，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)(步驟110)，包括設(shè)置離子源電壓和電極環(huán)電壓，其中，電極環(huán)電壓是一固定值，只是符號(hào)根據(jù)需要改變，即在檢測(cè)負(fù)離子時(shí)用負(fù)電壓，檢測(cè)正離子時(shí)用正電壓，而電離電壓升高過程分成五步，即按電離能的高低分五次電離出被測(cè)離子，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的初始化(步驟120)，開始檢測(cè)(步驟130)，被測(cè)氣體進(jìn)入電離裝置被電離源電離(步驟140)，電離源從設(shè)置的低電壓向高電壓逐級(jí)升高，被電離的納米顆粒離子進(jìn)入分離裝置，分離裝置可以分離10nm～1000nm的顆粒離子，分成64通道，即64個(gè)粒徑區(qū)間，每次分離一個(gè)通道的納米顆粒離子進(jìn)入檢測(cè)裝置，完成64個(gè)通道的分離和檢測(cè)即是完成一個(gè)檢測(cè)周期。分離裝置每次分離一個(gè)通道的納米顆粒離子進(jìn)入檢測(cè)裝置檢測(cè)，即進(jìn)行單通道分離(步驟150)，進(jìn)入檢測(cè)裝置的納米顆粒離子在離子門前聚集(步驟160)，脈沖電壓控制離子門打開并迅速關(guān)閉(步驟170)，納米顆粒離子進(jìn)入檢測(cè)裝置在電場(chǎng)作用下發(fā)生遷移先后到達(dá)收集板，收集板收集信號(hào)(步驟180)，計(jì)算機(jī)采集收集板的信號(hào)(步驟190)，然后判斷是否完成一個(gè)檢測(cè)周期(步驟200)，“否”則重復(fù)單通分離(步驟150)，如果“是”則進(jìn)而判斷電離源是否繼續(xù)升高電離電壓(步驟210)，如果“是”則繼續(xù)檢測(cè)，回到電離步驟(步驟140)，如果“否”則計(jì)算機(jī)則進(jìn)行綜合分析(步驟220)，最后顯示分析結(jié)果(步驟230)，檢測(cè)結(jié)束。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒系統(tǒng)的檢測(cè)，首先啟動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，包括離子源電壓和電極環(huán)電壓，其中，電極環(huán)電壓是一固定值，只是符號(hào)根據(jù)需要改變，即在檢測(cè)負(fù)離子時(shí)用負(fù)電壓，檢測(cè)正離子時(shí)用正電壓，而電離電壓升高過程分成五步，即按電離能的高低分五次電離出被測(cè)離子，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的初始化；開始檢測(cè)，被測(cè)氣體進(jìn)入電離裝置被電離源電離，電離源從設(shè)置的低電壓向高電壓逐級(jí)升高，被電離的納米顆粒離子進(jìn)入分離裝置；分離裝置可以分離10nm～1000nm的顆粒離子，分成64通道，即64個(gè)粒徑區(qū)間，每次分離一個(gè)通道的納米顆粒進(jìn)入檢測(cè)裝置，完成64個(gè)通道的分離和檢測(cè)即是完成一個(gè)檢測(cè)周期，分離裝置每次分離一個(gè)通道的納米顆粒離子進(jìn)入檢測(cè)裝置檢測(cè)，即進(jìn)行單通道分離；進(jìn)入檢測(cè)裝置的納米顆粒離子在離子門前聚集，脈沖電壓控制離子門打開并迅速關(guān)閉，納米顆粒離子進(jìn)入檢測(cè)裝置在電場(chǎng)作用下發(fā)生遷移先后到達(dá)收集板，收集板收集信號(hào)，計(jì)算機(jī)采集收集板的信號(hào)，然后判斷是否完成一個(gè)檢測(cè)周期，“否”則重復(fù)單通分離，如果“是”則進(jìn)而判斷電離源是否繼續(xù)升高電離電壓，如果“是”則繼續(xù)檢測(cè)，回到電離步驟，如果“否”則計(jì)算機(jī)則進(jìn)行綜合分析，最后顯示分析結(jié)果。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒系統(tǒng)進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒的系統(tǒng)，包括與計(jì)算機(jī)依次電連接并控制的電離裝置、分離裝置、檢測(cè)裝置，其特征在于所述的電離裝置由外殼、電極環(huán)、電離源組成，被測(cè)氣體從氣體入口進(jìn)入，流過電離裝置時(shí)被所述電離源電離，電離源采用一維納米材料陣列，加在一維納米材料陣列上的電壓連續(xù)可調(diào)，由計(jì)算機(jī)控制電離裝置并根據(jù)被檢測(cè)納米顆粒的電離能逐級(jí)地升高電離電壓，確保一維納米材料陣列將空氣中的被測(cè)納米顆粒電離；所述的分離裝置由外殼、外電極、內(nèi)電極、狹縫出口、過濾器和氣路管組成，計(jì)算機(jī)控制所述外電極和內(nèi)電極之間的電壓，使得空氣中的納米顆粒離子在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，特定粒徑的納米顆粒離子能夠通過所述狹縫出口進(jìn)入檢測(cè)裝置，其它粒徑的納米顆粒離子隨著氣流進(jìn)入所述過濾器被吸附，從過濾器出來的氣體通過氣路管再回到分離裝置的入口處作為載氣循環(huán)使用，分離裝置將分離的納米顆粒離子分成64通道，即64個(gè)粒徑區(qū)間，每次分離一個(gè)通道的納米顆粒離子進(jìn)入所述的檢測(cè)裝置，完成64個(gè)通道的分離和檢測(cè)即是完成一個(gè)檢測(cè)周期；所述的檢測(cè)裝置由外殼、離子門、電極環(huán)、格柵、收集板組成，檢測(cè)裝置的前端置有所述離子門，被測(cè)離子不能直接進(jìn)入遷移區(qū)域，而是聚集在離子門前，離子門打開即檢測(cè)裝置開始檢測(cè)，檢測(cè)裝置尾部吹來的漂移氣體與檢測(cè)離子反方向流動(dòng)，在所述收集板前端置有防止電荷堆積的所述格柵，屏蔽由于離子門開啟和關(guān)閉時(shí)電壓脈沖所造成的噪聲，檢測(cè)裝置根據(jù)對(duì)不同離子遷移時(shí)間的測(cè)量來間接檢測(cè)被測(cè)納米顆粒的種類，由于遷移率的不同，不同的離子先后到達(dá)所述收集板，計(jì)算機(jī)根據(jù)收集板的信號(hào)判斷被測(cè)納米顆粒的種類；所述的計(jì)算機(jī)與所述電離裝置和檢測(cè)裝置的電極環(huán)電連接，所述電離裝置和檢測(cè)裝置中均勻、同心地分布著大小相同的電極環(huán)，產(chǎn)生均勻的方向可調(diào)的電場(chǎng)，由計(jì)算機(jī)控制電場(chǎng)的強(qiáng)度和方向，所述的計(jì)算機(jī)與所述分離裝置的內(nèi)電極和外電極電連接，控制內(nèi)電極和外電極間的電場(chǎng)強(qiáng)度和方向，所述的計(jì)算機(jī)與所述檢測(cè)裝置中的離子門和收集板電連接，控制離子門的開關(guān)和采集收集板的信號(hào)分析數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒的系統(tǒng)，其特征是所述的電離裝置中電離源加在一維納米材料陣列上的電壓是從-1000～1000V連續(xù)可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒的系統(tǒng)，其特征是所述電離裝置由計(jì)算機(jī)控制根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的電離能逐級(jí)地升高電離電壓，即按電離能的高低分五次電離出被測(cè)離子，而不是同時(shí)被電離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒的系統(tǒng)，其特征是所述的分離裝置能夠分離的納米顆粒離子直徑為10nm～1000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒的系統(tǒng)，其特征是所述的系統(tǒng)融合了差分遷移分離技術(shù)和離子遷移技術(shù)，能夠同時(shí)在線檢測(cè)空氣中有害納米顆粒種類、濃度和粒徑分布。
全文摘要
用于檢測(cè)空氣中有害納米顆粒的系統(tǒng)，包括與計(jì)算機(jī)依次電連接并控制的電離裝置、分離裝置、檢測(cè)裝置。被測(cè)氣體從氣體入口進(jìn)入，流過電離裝置時(shí)被電離源電離，分離裝置中分離的納米顆粒直徑為10nm～1000nm，其納米顆粒通過狹縫出口進(jìn)入檢測(cè)裝置，其它粒徑的納米顆粒隨著氣流進(jìn)入過濾器被吸附，從過濾器出來的氣體通過氣路管再回到分離裝置入口處作為載氣循環(huán)使用。檢測(cè)裝置根據(jù)對(duì)不同離子遷移時(shí)間的測(cè)量來間接檢測(cè)，由于遷移率的不同，不同的離子先后到達(dá)收集板，計(jì)算機(jī)根據(jù)收集板的信號(hào)判斷被測(cè)納米顆粒的種類。該系統(tǒng)融合了差分遷移分離技術(shù)和離子遷移技術(shù)，能夠同時(shí)在線檢測(cè)空氣中有害納米顆粒種類、濃度和粒徑分布。
文檔編號(hào)G01N15/02GK1869648SQ20061008593
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者劉錦淮, 孟凡利, 李民強(qiáng), 陳星 , 郭正 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院