專利名稱：一種大氣氣溶膠細(xì)粒子及氣態(tài)前體物的采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種大氣氣溶膠細(xì)粒子質(zhì)量濃度和化學(xué)成分以及氣態(tài)前體物的采集裝置，特別涉及一種采集氣態(tài)前體物的擴(kuò)散管。
背景技術(shù)：
近年來，關(guān)于大氣氣溶膠細(xì)粒子質(zhì)量濃度及其化學(xué)成分，以及大氣中堿性氣體NH3和酸性氣體H2S04、HNO3> HONO和HCl的采集裝置已經(jīng)有了極大的改進(jìn)，比如李力爭(zhēng)在1992年擴(kuò)散管技術(shù)在大氣采樣中的應(yīng)用(分析化學(xué)，20 (2):226-236)中詳細(xì)描述了圓形擴(kuò)散管、環(huán)形擴(kuò)散管的制作及其在大氣采樣中的應(yīng)用。C Perrino等在2001年發(fā)表的Monitoringacidic air pollutants near Rome by means of diffusion lines: development of aspecific quality control procedure (Atmospheric Environment,35(2):331-341)中認(rèn)為環(huán)形擴(kuò)散管-層疊膜是非常有效的同時(shí)采集氣態(tài)和顆粒態(tài)污染物的方法。環(huán)形擴(kuò)散管-層疊膜法是以質(zhì)量流量控制器來控制采樣流速，在恒定流速下，氣團(tuán)首先流經(jīng)兩個(gè)串聯(lián)的擴(kuò)散管，除去大氣中堿性氣體NH3和酸性氣體H2S04、HNO3、Η0Ν0和HC1，然后依次流經(jīng)特氟龍膜、尼龍膜和浸潰纖維膜，分別采集顆粒物、顆粒物分解產(chǎn)生的HNO3和NH3。擴(kuò)散管和層疊膜采樣時(shí)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(xì)粒子及氣態(tài)前體物的采集問題，但還存在不足之處:1、大氣進(jìn)氣口沒有作相關(guān)的切割處理，將所有的氣溶膠和氣體全部通入環(huán)形管，而不同粒徑的氣溶膠粒子在同一流速下的擴(kuò)散系數(shù)不同，因此不能保證環(huán)形管所采集完全為氣體；2、環(huán)形管涂層時(shí)在外環(huán)形表面也有涂層，這將影響環(huán)形管實(shí)際采集效率的計(jì)算；3、所用環(huán)形管在連續(xù)采樣期間需整根進(jìn)行更換。此外，該方法目前還沒有簡(jiǎn)便實(shí)用的成品采集裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容解決的技術(shù)問題:本實(shí)用新型提供的一種大氣氣溶膠細(xì)粒子和氣態(tài)前體物的采集裝置，在大氣進(jìn)氣口設(shè)置了銳切氣旋分離器過濾大粒子，將環(huán)形擴(kuò)散管內(nèi)管設(shè)置為可抽插式，減少了采樣誤差，簡(jiǎn)化了采樣過程，提高了采集效率。技術(shù)方案:一種大氣氣溶膠細(xì)粒子和氣態(tài)前體物的采集裝置，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(dòng)力裝置五個(gè)部分；前期過濾裝置為一個(gè)銳切氣旋分離器；氣體收集裝置為兩個(gè)串聯(lián)的環(huán)形擴(kuò)散管:采集堿性氣體環(huán)形擴(kuò)散管和采集酸性氣體環(huán)形擴(kuò)散管；氣溶膠收集裝置為一個(gè)氣溶膠撞擊器；流量控制裝置為一個(gè)流量控制器；動(dòng)力裝置為一個(gè)抽氣泵；各裝置間用連接管順序連接；所述環(huán)形擴(kuò)散管包括外管和內(nèi)管:內(nèi)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(cè)設(shè)有把手；內(nèi)管分為出氣段、采樣段和進(jìn)氣段，出氣段和進(jìn)氣段作光滑處理，采樣段作磨砂處理；外管頭部設(shè)有錐形進(jìn)氣口，出氣口位于內(nèi)管出氣段相對(duì)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(jié)構(gòu)，三層撞擊器之間通過螺紋固定連接，并使用O型膠圈密封，每層撞擊器都設(shè)有米集板，米集板上均勻分布噴口，氣體從第一層撞擊器進(jìn)入，從第三層撞擊器流出。有益效果:(1)本實(shí)用新型在大氣進(jìn)氣口設(shè)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，以防止大粒子在采集過程中影響采集結(jié)果。(2)本實(shí)用新型的環(huán)形擴(kuò)散管內(nèi)管為可抽插式，使用時(shí)只需將內(nèi)管采樣部分進(jìn)行涂層收集氣體，且在連續(xù)采樣時(shí)只需更換內(nèi)管即可。與傳統(tǒng)環(huán)形擴(kuò)散管相比，減少了涂層時(shí)外管非采樣部分也被涂層造成的誤差。傳統(tǒng)環(huán)形擴(kuò)散管在連續(xù)采樣期間需要整根更換環(huán)形擴(kuò)散管，即需將氣體采集裝置整個(gè)取下，不便于長時(shí)間大量采樣。環(huán)形擴(kuò)散管內(nèi)管中氣體層流和湍流相互轉(zhuǎn)換的過渡區(qū)作光滑處理，避免氣溶膠顆粒物在湍流環(huán)境下的慣性作用吸附在采樣區(qū)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成誤差。(3)本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，采集精度高，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(cè)儀器中，并且不受觀測(cè)場(chǎng)地及觀測(cè)環(huán)境的限制。

圖1為采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為環(huán)形擴(kuò)散管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為氣溶膠撞擊器結(jié)構(gòu)示意圖。其中，11-銳切氣旋分離器，12-采集堿性氣體環(huán)形擴(kuò)散管，13-采集酸性氣體環(huán)形擴(kuò)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(nèi)管，211-進(jìn)氣口，212-出氣口，221-活塞，222-把手，223-出氣段，224-采樣段，225-進(jìn)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-噴口。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本實(shí)用新型提供的一種大氣氣溶膠細(xì)粒子和氣態(tài)前體物的采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(dòng)力裝置五個(gè)部分；前期過濾裝置為一個(gè)銳切氣旋分離器11;氣體收集裝置為兩個(gè)串聯(lián)的環(huán)形擴(kuò)散管:采集堿性氣體環(huán)形擴(kuò)散管12和采集酸性氣體環(huán)形擴(kuò)散管13 ;氣溶膠收集裝置為一個(gè)氣溶膠撞擊器14 ;流量控制裝置為一個(gè)流量控制器16 ;動(dòng)力裝置為一個(gè)抽氣泵17 ;各裝置間用連接管15順序連接。所述環(huán)形擴(kuò)散管包括外管21和內(nèi)管22:內(nèi)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(cè)設(shè)有把手222 ;內(nèi)管22分為出氣段223、采樣段224和進(jìn)氣段225，出氣段223和進(jìn)氣段225作光滑處理，采樣段224作磨砂處理；外管21頭部設(shè)有錐形進(jìn)氣口 211，出氣口 212位于內(nèi)管22出氣段223相對(duì)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(jié)構(gòu)，三層撞擊器之間通過螺紋固定連接，并使用O型膠圈密封，每層撞擊器都設(shè)有采集板34，采集板上均勻分布噴口 35，氣體從第一層撞擊器31進(jìn)入，從第三層撞擊器33流出。所述銳切氣旋分離器11生產(chǎn)廠家為美國BGI Incorporated公司，型號(hào)為SCCA-PM2.5，應(yīng)用于連續(xù)顆粒監(jiān)測(cè)儀進(jìn)氣口、室內(nèi)空氣質(zhì)量采樣進(jìn)氣口、空氣中有毒物質(zhì)的分離采樣和實(shí)驗(yàn)室氣溶膠分離研究等領(lǐng)域，清洗一次可以連續(xù)30天24小時(shí)采樣，可以干采樣(無油條件下)，銳切回旋設(shè)計(jì)使其具有更好的滲透性和切割性能，清洗過程簡(jiǎn)單，并且PM2.5的采樣通過了美國EPA的認(rèn)證。實(shí)施例2采樣時(shí)抽氣泵17抽氣讓大氣中的氣溶膠顆粒經(jīng)銳切氣旋分離器11，對(duì)大顆粒進(jìn)行過濾；然后剩余的顆粒物和氣體進(jìn)入環(huán)形擴(kuò)散管，通過環(huán)形擴(kuò)散管時(shí)，氣流為層流，由于氣體分子在層流中的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于顆粒物的擴(kuò)散系數(shù)，因此氣態(tài)污染物通過擴(kuò)散過程被收集，而氣溶膠顆粒物則隨采樣氣流一起進(jìn)入下一裝置。不同的化合物對(duì)不同氣體的吸附效率相差較大，因此可通過在采樣段224用不同的化合物進(jìn)行涂層來收集不同的氣態(tài)污染物。在采集堿性氣體環(huán)形擴(kuò)散管12和采集堿性氣體環(huán)形擴(kuò)散管13分別采用檸檬酸和Na2CO3作為吸收氣體的涂層物質(zhì)，通過該涂層吸附大氣中的堿性氣體NH3和酸性氣體H2S04、HNO3>HONO和HCl ;然后剩余氣溶膠顆粒物隨采樣氣流進(jìn)入氣溶膠撞擊器14中進(jìn)行收集，在采集板34上分別放置微孔濾膜，當(dāng)采樣氣體透過濾膜時(shí)，顆粒物由于慣性作用撞擊到濾膜上從而被收集，氣體分子由于分子直徑遠(yuǎn)小于濾膜微孔，因此大多透過濾膜很少被吸附，但是不同材質(zhì)的濾膜氣體分子的吸附作用不同。特氟隆濾膜對(duì)顆粒物透過捕集效率高、空白低、不吸收氣體；尼龍膜對(duì)HNO3的吸收效率超過95% ;浸潰纖維膜是采集NH3常用的方法，具有簡(jiǎn)單、方便、采集效率和選擇性高等特點(diǎn)。第一層膜采集的硝酸鹽和銨鹽的揮發(fā)以及氣體的作用會(huì)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，依次采集顆粒物、顆粒物分解產(chǎn)生的HNO3和NH3,第二層撞擊器32和第三層撞擊器33所采集的HNO3和NH3用來校正第一層撞擊器31中所采集顆粒物的數(shù)據(jù)；整個(gè)采樣 過程通過流量控制器16進(jìn)行流量控制，該過程可以是間隔的亦可以是連續(xù)的；最后環(huán)形擴(kuò)散管采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(shí)驗(yàn)室中通過天平進(jìn)行稱重以及化學(xué)成分分析。本裝置使用涂潰l%Na2C03水溶液的環(huán)形擴(kuò)散管同時(shí)采集H2S04、HNO3> HONO和HCl的24h平均吸收效率分別為95.3%,95.9%,87.3%和91.4%，使用涂潰5%檸檬酸溶液的環(huán)形擴(kuò)散管采集NH3的24h平均吸收效率達(dá)到96.4%。對(duì)涂潰備用的擴(kuò)散管和濾膜的空白值分別進(jìn)行了 7次測(cè)定，本裝置設(shè)置采樣流速為101/min，連續(xù)采集3h，分別采集得到了 7組氣體數(shù)據(jù)和氣溶膠數(shù)據(jù)，本裝置所用擴(kuò)散管對(duì)氣態(tài) H2S04、HNO3> HONO, HCl 和 NH3 檢出限(3 σ )分別為 0.01lPg/m3、0.02lPg/m3、0.018Pg/m3、0.013μδ/πι3和0.04 μδ/πι3,對(duì)顆粒物質(zhì)量濃度、顆粒物分解產(chǎn)生的HNO3和NH3的檢出限(3 σ )分別為 0.239μδ/πι\0.042μδ/πι3 和 0.079Pg/m3。
權(quán)利要求1.一種大氣氣溶膠細(xì)粒子和氣態(tài)前體物的采集裝置，其特征在于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(dòng)力裝置；前期過濾裝置為一個(gè)銳切氣旋分離器(11);氣體收集裝置為兩個(gè)串聯(lián)的環(huán)形擴(kuò)散管:采集堿性氣體環(huán)形擴(kuò)散管(12)和采集酸性氣體環(huán)形擴(kuò)散管(13);氣溶膠收集裝置為一個(gè)氣溶膠撞擊器(14);流量控制裝置為一個(gè)流量控制器(16);動(dòng)力裝置為一個(gè)抽氣泵(17);各裝置間用連接管(15)順序連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大氣氣溶膠細(xì)粒子和氣態(tài)前體物的采集裝置，其特征是所述環(huán)形擴(kuò)散管包括外管(21)和內(nèi)管(22):內(nèi)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(cè)設(shè)有把手(222);內(nèi)管(22)分為出氣段(223)、采樣段(224)和進(jìn)氣段(225)，出氣段(223)和進(jìn)氣段(225)作光滑處理，采樣段(224)作磨砂處理；外管(21)頭部設(shè)有錐形進(jìn)氣口(211)，出氣口(212)位于內(nèi)管(22)出氣段(223)相對(duì)的外管管壁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大氣氣溶膠細(xì)粒子和氣態(tài)前體物的采集裝置，其特征是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(jié)構(gòu)，三層撞擊器之間通過螺紋固定連接，并使用O型膠圈密封，每層撞擊器都設(shè)有采集板(34)，采集板上均勻分布噴口(35)，氣體從第一層撞擊器(31)進(jìn)入，從第三層撞擊器(33)流出。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大氣氣溶膠細(xì)粒子及氣態(tài)前體物的采集裝置，在大氣進(jìn)氣口設(shè)置了一個(gè)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，以防止大粒子在采集過程中影響采集結(jié)果；該裝置環(huán)形擴(kuò)散管內(nèi)管為可抽插式，減少了傳統(tǒng)環(huán)形擴(kuò)散管涂層時(shí)外管也被涂層造成的誤差，提高了采集效率。該裝置實(shí)用方便、成本低、采集效率高，可同時(shí)收集氣態(tài)污染物和氣溶膠顆粒。
文檔編號(hào)G01N1/24GK203037514SQ20122069379
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者朱彬, 王紅磊, 張澤鋒, 沈利娟 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)