[发明专利]自动测量大气气溶胶中有机碳/元素碳质量浓度的设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及环保检测领域，是一种自动测量大气气溶胶中有机碳/元素碳质 量浓度的设备及方法。

背景技术

有机碳和元素碳作为气溶胶的重要组成部分，危害人类健康、降低城市能见 度、破坏地球辐射平衡影响全球气候，从而成为气溶胶领域的重点研究方向。目 前有机碳和元素碳的分析方法主要分为热学法和光学法两大类。

热学分析法基本原理是根据有机碳、元素碳的挥发性不同，在不同的温度下 逸出率不同而对两者加以区分，挥发、热解和氧化的碳经过催化剂的作用转化为 CO2，再用NDIR仪器检测CO2。热学法设备简单，容易操作，但是热学分析法 一直无法解决热分析过程中有机碳向元素碳的炭化的问题，同时也不能保证在分 析元素碳之前有机碳已经完全氧化。这些都给测量带来极大的不准确性。

光学测定法较热学法先进之处在于可以做到实时在线检测，光学法的测量原 理是：单位面积膜上的元素碳的沉积量M_EC与光学衰减量A呈线性关系：

A＝In(I₀/I)＝σ·M_EC

式中：I₀——为透过滤膜前的光强；

I——为透过滤膜后的光强；

M_EC——是单位面积采样膜上的EC质量，单位g·m^-2

σ——EC质量衰减系数，即单位面积的滤膜上沉积有单位质量EC时的衰 减，单位m²g^-1。

所以可以通过测量透过滤膜前后的光强来推算滤膜上元素碳的沉积量。光学 测定法的缺点在于只能测量对光吸收较强的元素碳，而对光吸收较弱的有机碳成 分就无法测定了。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动测量大气气溶胶中有机碳/元素碳质量浓度的 设备及方法，以解决传统技术中热学分析法不准确性大，以及光学测定法无法测 定有机碳的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

自动测量大气气溶胶中有机碳/元素碳质量浓度的设备，其特征在于：包括 有石英炉，所述石英炉包括一体化的相互联通呈直线排列的的燃烧炉、氧化炉， 燃烧炉内固定有一石英滤膜，燃烧炉前端有一进光口，所述的进光口上安装有透 光窗片，所述的透光窗片前方安装有激光器，所述燃烧炉前端分别联通有氦气进 气管道与氦、氧混合气进气管道，氦气进气管道与氦、氧气混合气进气管道中分 别安装有电磁阀门，氦气和氦、氧混合气的混合气体通过电磁阀门及管道由燃烧 炉进入氧化炉；氧化炉后端安装有透光视窗，透光视窗后端光路中安装有激光探 测器，所述的氧化炉后端联通CO₂溢出管通向NDIR检测模块，所述CO₂溢出 管中也安装有电磁阀门。

所述的自动测量大气气溶胶中有机碳/元素碳质量浓度的设备，其特征在于： 燃烧炉和氧化炉内都安装有热电偶，用于测量炉内温度。

自动测量大气气溶胶中有机碳/元素碳质量浓度的方法，其特征在于：

(1)、设置石英炉，石英炉包括一体化的燃烧炉和氧化炉，燃烧炉和氧化炉 内分别安装热电偶测量炉内温度；待测石英滤膜置于燃烧炉内；在透明的燃烧炉 外，滤膜的两侧，分别安装激光器和激光探测器；He/O2、He、He/CH4等分析 气通过阀控网络由燃烧炉进入石英炉；氧化炉的出气端通往基于NDIR原理的 CO2检测模块。

(2)、第一阶段阀控网络往石英炉内注入He，程序控制燃烧炉升温到850度， 在这个过程中，一部分有机碳挥发并逸出，没有逸出的有机碳被高温碳化为元素 碳；逸出的有机碳通过管道进入填充MnO2催化剂的氧化炉，被转化为CO2， CO2通过阀控网络进入NDIR检测模块，被量化检测；检测完毕后，燃烧炉温度 降到600度，该阶段氧化炉始终保持850度；

(3)、第二阶段阀控网络往石英炉内注入He/O2混和气，第二次升温开始，将 燃烧炉加热到850度，在这个过程中，在O2的氧化作用下，元素碳和步骤(2) 中被碳化的有机碳被氧化为CO2并逸出，逸出的CO2通过管道入NDIR检测模 块，被量化检测，该阶段氧化炉始终保持850度；