專利名稱：一種pm2.5單級大氣采樣切割器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及環(huán)境大氣采集與監(jiān)測領域，尤其涉及一種PM2. 5單級大氣采樣切割器。
背景技術：
大氣環(huán)境對人們的生活及健康有著至關重要的影響，因此對于大氣環(huán)境中的顆粒物的監(jiān)控也尤為重要。一段時期以來，PMlO可吸入顆粒物一直是大氣環(huán)境的監(jiān)測的重點， 而PM2. 5細顆粒物主要被采集用于科學研究，因此目前常規(guī)使用的細顆粒物采樣器都是小流量的。但是隨著科研的深入，人們對細顆粒物的理化特性有了進一步的了解以后，發(fā)現(xiàn)這些空氣動力學直徑小于2. 5 μ m的顆粒物對人體呼吸系統(tǒng)的影響更大。由于懸浮在空氣中的細顆粒物往往吸附著一些對人們身體健康產(chǎn)生影響的物質(zhì)如細菌、病毒、有害化學物質(zhì)等，而且體積小，自然沉降的速度慢，通過呼吸直接被吸入并沉積于肺泡中的幾率很大。研究表明，根據(jù)對美國東部6個城市長達8年的研究，這些城市的每日死亡率與空氣中的小于 IOym (PMlO)和小于2. 5 μ m (PM2. 5)的氣溶膠粒子溶度密切相關，尤其是與PM2. 5的細粒子相關度最高，如PM2. 5粒子的平均溶度在兩天內(nèi)僅僅增加10 μ g/m3，就將導致死亡率增加 1. 5% ；對于心血管病人和心臟病人，死亡率增加更快，分別為3. 3%和2. 1%。在我國廣州、武漢、蘭州、重慶等城市的細顆粒物進行調(diào)查和監(jiān)測結(jié)果也證實，對人體健康影響最大的是空氣中細小顆粒物污染。因此，研發(fā)大流量的細顆粒物采樣器是開展大氣顆粒物監(jiān)測的迫切要求。大氣顆粒物的分級采集技術中最主要采用的是沖擊切割技術，即利用慣性沖擊原理對顆粒物進行分級采樣，同時采集PM2. 5以及氣態(tài)POPs，就需要采用多功能采樣器。由于我國對氣溶膠顆粒的研究起步比較晚，國內(nèi)環(huán)保部門使用的氣溶膠顆粒的采樣設備大都靠國外的引進，國內(nèi)設計和生產(chǎn)氣溶膠采集設備的能力較弱，尚無較強的競爭能力。在國際上較常用的MOUDIMMI、Andersen八級沖擊采樣器、Sioutas Cascade Impactor (SKC)，其流量僅為9L/min-90L/min，而且體積較小，遠遠不能滿足顆粒態(tài)POPs分析所要求的樣品量。此外，這些采樣器也都不能同時采集氣態(tài)POPs。而在大氣PCffs研究中較為常用的大流量采樣器，如Tisch Environmental、Thermo Scientific和Digitel等，雖然能夠同時采集顆粒態(tài)和氣態(tài)污染物，但是其采集的顆粒物也基本為總懸浮顆粒物(TSP)，實現(xiàn)不了顆粒物的分級采集。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題在于，提供一種PM2. 5單級大氣采樣切割器。可同時地有效采集空氣中的PM2. 5氣溶膠和環(huán)境空氣中農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯和多環(huán)芳香烴等物質(zhì)，實現(xiàn)顆粒物的分級采集。為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種PM2. 5單級大氣采樣切割器，所述PM2. 5單級大氣采樣切割器為圓柱形，直徑為39(T410 mm ；所述PM2. 5單級大氣采樣切割
4器包括切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、顆粒物收集層、氣態(tài)有機污染物收集層及出氣層， 所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、顆粒物收集層、氣態(tài)POPs收集層及出氣層依次密封串接；所述沖擊咀層包括沖擊咀及沖擊咀板，所述沖擊咀等距排列并垂直插入所述沖擊咀板形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀數(shù)量為6、個，所述沖擊咀內(nèi)部設有倒圓錐形通孔，所述通孔頂部內(nèi)徑為纊10 mm，底部內(nèi)徑為5飛mm，高為72 73 mm ；所述沖擊板層設有沖擊板，所述沖擊板為環(huán)形凹槽，所述凹槽高為58 60 mm,外徑為348 352 mm,內(nèi)徑為218 222 mm ；所述沖擊咀底部與所述沖擊板底部的距離為2 3 mm。作為上述方案的改進，所述切割口蓋層為球面結(jié)構(gòu)。作為上述方案的改進，所述顆粒物收集層內(nèi)設有石英濾膜及用于支撐所述濾膜的濾篩網(wǎng)。作為上述方案的改進，所述氣態(tài)POPs收集層內(nèi)設有用于收集氣態(tài)POPs的吸附體； 所述吸附體設有三層，由上至下分別為聚氨酯泡沫、吸附樹脂、聚氨酯泡沫。作為上述方案的改進，所述沖擊咀板上設有第一環(huán)形凹槽及第二環(huán)形凹槽，所述第一環(huán)形凹槽、第二環(huán)形凹槽及沖擊咀板同軸，所述第一環(huán)形凹槽直徑為348 352 mm，寬為 7、mm,所述第二環(huán)形凹槽直徑為198 202 mm,寬為3(T31 mm ；所述沖擊咀形成的環(huán)狀圈與所述沖擊咀板同軸，直徑為278 283 mm ；距離所述沖擊咀板中心4(T50 mm處設有三個用于連接所述切割口蓋層和沖擊板層的連接口，所述連接口成等邊三角形分布，直徑為5 7 mm。作為上述方案的改進，所述沖擊咀包括連接部件及沖擊部件；所述連接部件為圓柱形，高為11 13 IM，外徑為16 20 mm ；所述沖擊部件的上部為高20 23 mm，外徑15 16 mm的圓柱體，下部呈倒圓錐形，所述圓錐形底部外徑為6、mm ；所述連接部件與所述沖擊部件的連接處設有一 4飛mm的倒角。作為上述方案的改進，所述沖擊板層還設有支架，所述支架包括三個位于同一水平高度的卡口及用于支撐所述沖擊板的水平墊板；所述卡口設于所述沖擊板內(nèi)壁并通過螺母與所述水平墊板固定連接；所述水平墊板為空心圓柱體，外徑為33(T348rnm，內(nèi)徑為 222^250 腿。作為上述方案的改進，所述出氣層底部設有與采樣器連接的連接孔。作為上述方案的改進，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、顆粒物收集層、氣態(tài) POPs收集層及出氣層之間分別通過箱扣密封串接。實施本實用新型的有益效果在于突破了以往空氣采樣器均為中小流量的特點， 300L/min中的流量設計標準可以滿足PCffs采樣需求。氣體沿所述切口蓋層回旋進入所述大氣采樣切割器，并通過所述沖擊咀層的沖擊咀，形成穩(wěn)定均勻的氣流。氣流自所述沖擊咀流出，沖向所述沖擊板層的沖擊板上，由于不同粒徑段的顆粒物質(zhì)量不同，粒徑不同，各種顆粒物的沖擊速度與沖擊距離各異，粒徑小的顆粒物沖擊速度高，而粒徑大的顆粒物沖擊速度低，因此顆粒物撞擊在沖擊板底部時，粒徑小的顆粒物經(jīng)反彈后離開沖擊板，而粒徑大的顆粒物則滯留在沖擊板內(nèi)。此時粒徑小的顆粒物繼續(xù)保持與氣流的流向一致穿過所述沖擊板層。隨后氣流進入所述顆粒物收集層，粒徑小的顆粒物會截留在所述濾膜上，實現(xiàn)顆粒物的分級采集。氣流離開所述顆粒物收集層后進入氣態(tài)POPs收集層，氣流中的氣態(tài)POPs 經(jīng)所述氣態(tài)POPs收集層的吸附物吸附后實現(xiàn)了氣態(tài)污染物的有效分離。最后，氣流沿所述出氣層流出，完成分離過程，使得切割粒徑更加精確，空氣中的目標顆粒物在慣性沖擊力切
5割下達到精確的分層。
圖1是本實用新型一種PM2. 5單級大氣采樣切割器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型一種PM2. 5單級大氣采樣切割器中沖擊咀層2的俯視圖；圖3是本實用新型一種PM2. 5單級大氣采樣切割器中沖擊咀層2的沖擊咀21的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是經(jīng)本實用新型一種PM2. 5單級大氣采樣切割器采樣切割后其捕集的平均效率測試數(shù)據(jù)的圖表。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步地詳細描述。如圖1所示，所述PM2. 5單級大氣采樣切割器大致為圓柱形，直徑為39(T410 mm。 所述PM2. 5單級大氣采樣切割器包括切割口蓋層1、沖擊咀層2、沖擊板層3、顆粒物收集層 4、氣態(tài)有機污染物收集層5及出氣層6，所述切割口蓋層1、沖擊咀層2、沖擊板層3、顆粒物收集層4、氣態(tài)POPs收集層5及出氣層6依次密封串接。氣體沿所述切割口蓋層1進入后， 依次進入所述沖擊咀層2、沖擊板層3、顆粒物收集層4及氣態(tài)有機污染物收集層5，經(jīng)分級采樣切割后由出氣層6排出。由于本實用新型所述顆粒物和溶膠細粒子的界限為PM2. 5，因此氣流中大于或等于2. 5 μ m的顆粒物和溶膠細粒子會留在沖擊板層3，小于2. 5 μ m的顆粒物和溶膠細粒子則留在顆粒物收集層4，而氣態(tài)POPs最后會被氣態(tài)POPs收集層5所吸附收集。 所述沖擊板層3設有沖擊板31，所述沖擊板31為環(huán)形凹槽，所述凹槽高58飛0 mm, 外徑為348 352 mm,內(nèi)徑為218 222 mm。優(yōu)選地，所述外徑為350 mm，所述內(nèi)徑為220 mm。如圖2和圖3所示，所述沖擊咀層2包括沖擊咀21及沖擊咀板22，所述沖擊咀21 等距排列并垂直插入所述沖擊咀板22形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀21數(shù)量為6、個，所述沖擊咀21內(nèi)部設有倒圓錐形通孔，所述通孔頂部內(nèi)徑為纊10 mm，底部內(nèi)徑為5飛mm，高為72 73 mm。所述沖擊咀21內(nèi)通孔的圓錐形設計及高度能有限地使氣流加速，保證氣流的沖擊力。 優(yōu)選地，所述沖擊咀21數(shù)量為6個，所述通孔高為72. 5 mm。所述沖擊咀21底部與所述沖擊板31底部的距離為2 3 mm。需要說明的是，本實用新型采集所述顆粒物和溶膠細粒子的界限為PM2. 5，因此， 所述沖擊咀21底部與所述沖擊板31底部的距離為2 3 mm之間時，符合氣體的切割粒徑符合設計要求。同時，所述沖擊板31高58 60 mm，外徑為348 352 mm,內(nèi)徑為218 222 mm，這實現(xiàn)了所述顆粒物和溶膠細粒子的有效分離，防止了反彈帶來的影響。氣流自所述沖擊咀 21流出，沖向所述沖擊板31上，由于不同粒徑段的顆粒物質(zhì)量不同，粒徑不同，各種顆粒物的沖擊速度與沖擊距離各異，粒徑小于2. 5μπι的顆粒物沖擊速度高，而粒徑大于或等于 2. 5 μ m的顆粒物沖擊速度低，因此顆粒物撞擊在沖擊板31底部時，粒徑小于2. 5 μ m的顆粒物經(jīng)反彈后離開沖擊板31，而粒徑大于或等于2. 5 μ m的顆粒物則滯留在沖擊板31內(nèi)。更佳地，所述顆粒物收集層4內(nèi)設有石英濾膜41及用于支撐所述濾膜41的濾篩網(wǎng)42。所述濾篩網(wǎng)42用于支撐設置于其上的濾膜41，所述濾膜41能有效收集經(jīng)所述沖擊板31反彈后粒徑小于2. 5 μ m的顆粒物，實現(xiàn)顆粒物的分級采樣。優(yōu)選地，所述石英濾膜可以為圓形、方形，孔徑為Ium左右。更佳地，所述氣態(tài)PCPs收集層5內(nèi)設有用于收集氣態(tài)POPs的吸附體。所述吸附體設有三層，由上至下分別為聚氨酯泡沫(Polyurethane Foam，簡稱PUF)、吸附樹脂、聚氨酯泡沫(PUF)。需要說明的是，上層的所述聚氨酯泡沫(PUF)能有效地吸附氣態(tài)POPs，而下層的所述聚氨酯泡沫(PUF)能對氣態(tài)POPs做進一步的檢查及再次吸附。更佳地，所述出氣層6底部設有與采樣器連接的連接孔61。所述連接孔61便于連接采樣器的傳感裝置或讓氣體進入其它采樣渠道。優(yōu)選地，所述連接孔61孔徑為50 mm。例如，氣體沿所述切口蓋層1進入所述大氣采樣切割器，并通過所述沖擊咀21， 形成穩(wěn)定均勻的氣流。氣流自所述沖擊咀21流出，沖向所述沖擊板31上，此時，粒徑小于 2. 5 μ m的顆粒物經(jīng)反彈后離開沖擊板31，而粒徑大于或等于2. 5 μ m的顆粒物則滯留在沖擊板31內(nèi)。粒徑小于2. 5μπι的顆粒物繼續(xù)保持與氣流的流向一致穿過所述沖擊板層3。 隨后氣流進入所述顆粒物收集層4，顆粒物截留在所述濾膜41上，實現(xiàn)顆粒物的分級采集。 氣流離開所述顆粒物收集層4后進入氣態(tài)POPs收集層5，氣流中的氣態(tài)POPs經(jīng)所述氣態(tài) POPs收集層5的吸附物吸附后實現(xiàn)了氣態(tài)污染物的有效分離。最后，氣流沿所述出氣層6 上的連接孔61流出，完成分離過程，使得切割粒徑更加精確，空氣中的目標顆粒物在慣性沖擊力切割下達到精確的分層。需要說明的是，所述切割口蓋層1為球面結(jié)構(gòu)。所述球面結(jié)構(gòu)使氣體回旋進入切割口蓋層，讓采集的氣流更更穩(wěn)定、均勻。另外所述球面結(jié)構(gòu)能有效阻止雨水及空氣中的樹葉、昆蟲等比較大的漂浮物進入切割器。 如圖2所示，所述沖擊咀板22上設有第一環(huán)形凹槽221及第二環(huán)形凹槽222，所述第一環(huán)形凹槽221、第二環(huán)形凹槽222及沖擊咀板22同軸，所述第一環(huán)形凹槽221直徑為 348 352 mm,寬為7 9 mm，所述第二環(huán)形凹槽222直徑為198 202 mm,寬為30 31 mm ；所述沖擊咀21形成的環(huán)狀圈與所述沖擊咀板22同軸，直徑為278 283 mm。距離所述沖擊咀板22 中心4(T50 mm處設有三個用于連接所述切割口蓋層1和沖擊板層3的連接口，所述連接口成等邊三角形分布，直徑為5 7mm。優(yōu)選地，所述第一環(huán)形凹槽221直徑為350 mm，寬為8 mm,所述第二環(huán)形凹槽222 直徑為200 mm,寬為30 mm ；所述沖擊咀21形成的環(huán)狀圈直徑為280 mm。進一步，所述連接口可通過螺母連接所述切割口蓋層1、沖擊咀層2及沖擊板層3。需要說明的是，粒徑小于2. 5μπι的顆粒物沿所述沖擊板層3的沖擊板31上反彈出去后，部分顆粒物由于速度高，會反彈至所述沖擊咀層2底部，顆粒物撞擊至所述沖擊咀板22的第一環(huán)形凹槽221及第二環(huán)形凹槽222的底部，再一次被反彈，最終落入所述顆粒物收集層4。因此所述第一環(huán)形凹槽221及第二環(huán)形凹槽222能有效防止所述顆粒物粘附在所述沖擊咀板22底部，更好地采集顆粒物。如圖3所示，所述沖擊咀21包括連接部件211及沖擊部件212。所述連接部件211 為圓柱形，高為11 13 ΙΜ，外徑為16 20 mm。所述沖擊部件212的上部為高20 23 mm，外徑 15 16 mm的圓柱體，下部大致呈倒圓錐形，所述圓錐形底部外徑為6、mm。所述連接部件與所述沖擊部件的連接處設有一 4飛mm的倒角。優(yōu)選地，所述沖擊部件212的外徑為16 mm。需要說明的是，所述連接部件211用于垂直插入所述沖擊咀板22，使所述沖擊咀 21與所述沖擊咀板22固定連接。所述沖擊部件212外徑逐漸減小，方便所述沖擊咀21插入所沖擊咀板22上的預留孔。進一步，所述沖擊板層3還設有支架，所述支架包括三個位于同一水平高度的卡口及用于支撐所述沖擊板3的水平墊板；所述卡口設于所述沖擊板31內(nèi)壁并通過螺母與所述水平墊板固定連接；所述水平墊板為空心圓柱體，外徑為33(T348mm，內(nèi)徑為222 250 mm。 所述水平墊板的外徑小于所述沖擊板31的外徑且所述水平墊板的內(nèi)徑大于所述沖擊板31 的內(nèi)徑，這有效地保障所述沖擊板31能在水平墊板的支撐下保持水平，同時不影響顆粒物的分離效果。優(yōu)選地，所述卡口呈等邊三角形分布，所述水平墊板外徑為340 mm，內(nèi)徑為240 mm。進一步，所述切割口蓋層1、沖擊咀層2、沖擊板層3、顆粒物收集層4、氣態(tài)POPs收集層6及出氣層6之間分別通過箱扣密封串接。用戶拆裝時直接口上或打開箱扣即可，不需要使用任何輔助工具，方便快捷。下面通過實施例來更詳細地描述本實用新型。實施例1本實施例選取通過單分散氣溶膠發(fā)生器發(fā)生特定粒徑粒子單分散氣溶膠作為樣品，采樣流量為300L/min，經(jīng)本實用新型采樣切割后其捕集平均效率測試數(shù)據(jù)如表1所示。表 權(quán)利要求1.一種PM2. 5單級大氣采樣切割器，其特征在于，所述PM2. 5單級大氣采樣切割器為圓柱形，直徑為390 410mm ；所述PM2. 5單級大氣采樣切割器包括切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、顆粒物收集層、氣態(tài)有機污染物收集層及出氣層，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、顆粒物收集層、氣態(tài)POPs收集層及出氣層依次密封串接；所述沖擊咀層包括沖擊咀及沖擊咀板，所述沖擊咀等距排列并垂直插入所述沖擊咀板形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀數(shù)量為6、個，所述沖擊咀內(nèi)部設有倒圓錐形通孔，所述通孔頂部內(nèi)徑為8 10 mm，底部內(nèi)徑為5 6 mm，高為72 73 mm ；所述沖擊板層設有沖擊板，所述沖擊板為環(huán)形凹槽，所述凹槽高為58飛0 mm,外徑為 348 352 mm,內(nèi)徑為 218 222 mm ；所述沖擊咀底部與所述沖擊板底部的距離為2 3 mm。
2.如權(quán)利要求1所述的PM2.5單級大氣采樣切割器，其特征在于，所述切割口蓋層為球面結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的PM2.5單級大氣采樣切割器，其特征在于，所述顆粒物收集層內(nèi)設有石英濾膜及用于支撐所述濾膜的濾篩網(wǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述的PM2.5單級大氣采樣切割器，其特征在于，所述氣態(tài)POPs收集層內(nèi)設有用于收集氣態(tài)POPs的吸附體；所述吸附體設有三層，由上至下分別為聚氨酯泡沫、吸附樹脂、聚氨酯泡沫。
5.如權(quán)利要求1所述的PM2.5單級大氣采樣切割器，其特征在于，所述沖擊咀板上設有第一環(huán)形凹槽及第二環(huán)形凹槽，所述第一環(huán)形凹槽、第二環(huán)形凹槽及沖擊咀板同軸，所述第一環(huán)形凹槽直徑為348 352 mm,寬為7 9 mm,所述第二環(huán)形凹槽直徑為198 202 mm,寬為 30 31 mm ；所述沖擊咀形成的環(huán)狀圈與所述沖擊咀板同軸，直徑為278 283 mm ；距離所述沖擊咀板中心4(T50 mm處設有三個用于連接所述切割口蓋層和沖擊板層的連接口，所述連接口成等邊三角形分布，直徑為5 7 mm。
6.如權(quán)利要求1所述的PM2.5單級大氣采樣切割器，其特征在于，所述沖擊咀包括連接部件及沖擊部件；所述連接部件為圓柱形，高為1廣13mm，外徑為16 20 mm ；所述沖擊部件的上部為高2(T23 mm，外徑15 16 mm的圓柱體，下部呈倒圓錐形，所述圓錐形底部外徑為6、mm ；所述連接部件與所述沖擊部件的連接處設有一 4飛mm的倒角。
7.如權(quán)利要求1所述的PM2.5單級大氣采樣切割器，其特征在于，所述沖擊板層還設有支架，所述支架包括三個位于同一水平高度的卡口及用于支撐所述沖擊板的水平墊板；所述卡口設于所述沖擊板內(nèi)壁并通過螺母與所述水平墊板固定連接；所述水平墊板為空心圓柱體，外徑為330 348 mm,內(nèi)徑為222 250 mm。
8.如權(quán)利要求1所述的PM2.5單級大氣采樣切割器，其特征在于，所述出氣層底部設有與采樣器連接的連接孔。
9.如權(quán)利要求1、任一項所述的PM2.5單級大氣采樣切割器，其特征在于，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、顆粒物收集層、氣態(tài)POPs收集層及出氣層之間分別通過箱扣密封串接。
專利摘要本實用新型公開了一種PM2.5單級大氣采樣切割器，所述PM2.5單級大氣采樣切割器大致為圓柱形；所述PM2.5單級大氣采樣切割器包括切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、顆粒物收集層、氣態(tài)有機污染物收集層及出氣層，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、顆粒物收集層、氣態(tài)POPs收集層及出氣層依次密封串接；所述沖擊咀層包括沖擊咀及沖擊咀板，所述沖擊咀等距排列并垂直插入所述沖擊咀板形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀內(nèi)部設有倒圓錐形通孔；所述沖擊板層設有沖擊板，所述沖擊板為環(huán)形凹槽。本實用新型，突破了以往空氣采樣器均為中小流量的特點，300L/min的流量設計標準可以滿足POPs采樣需求，使得切割器的切割粒徑更加精確，目標顆粒物在慣性沖擊力切割下達到精確分層的目標。
文檔編號G01N1/22GK202141615SQ20112016554
公開日2012年2月8日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者張干, 李軍, 鄒世春 申請人:張干, 李軍, 鄒世春