[发明专利]一种灰霾成分在线监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种灰霾成分在线监测装置，属于空气质量监测领域，

技术背景

PM2.5也称为可入肺颗粒物，是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，主要来源于燃烧过程排放的残留物。呼吸过程中，直径在2.5微米以下的细颗粒物不易被阻挡，被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发各种疾病。这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。近年来，我国对空气质量的重视程度越来越高，自2012年开始，京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和各个省会城市均开展了PM2.5的监测工作。从发布的数据来看，目前监测的主要是PM2.5的小时浓度数据，而没有关于PM2.5成分的实时监测数据。

传统的气溶胶化学成分检测方法需要经过收集、提取、分析等过程，分析周期一般为几天，实时性非常差。利用PILS-IC-VA技术可实现气溶胶中阴阳离子、重金属的同时自动测量，其中离子成分的检测由离子色谱完成，重金属由VA完成。这种技术的采样周期一般在数分钟，在很大程度上提高了大气样品的时间分别率，但实时性也不强。质谱技术可实现气溶胶中多种化学成分和含量的同步实时测量，在多个领域均有应用，但其也存在些缺点和不足。以飞行时间质谱仪为例，因缺乏串极功能，限制其进一步的定性能力。

综上所述，现有技术或因分析周期较长、时间分辨率差，或因定性分析能力不足，使它们无法用于灰霾成分的实时在线监测。从我们的调研结果看，目前国内外尚未有与本发明相似的专利或文章发表。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种用于灰霾成分在线监测的装置，这种设备将光学势阱技术与激光诱导击穿光谱技术相结合，实时监测空气中灰霾的成分变化。

本发明技术解决方案如下：一种灰霾成分在线监测装置，包括：灰霾收集单元、信号激发单元、信号收集单元、灰霾状态监测单元和计算机32；所述灰霾收集单元包括灰霾收集腔1、粒径选择器3、势阱激光器8、具有扩束和准直功能的组合透镜12、斩光器14、高倍聚焦镜头18、漏斗形气流约束器19、鞘流管28和抽气泵30；所述信号激发单元包括脉冲激光器22、第一连接光纤21和激发光束聚焦探头20，脉冲激光器22和激发光束聚焦探头20间通过第一连接光纤21相连；所述信号收集单元包括信号收集探头26、第二连接光纤27和光谱仪31，其中信号收集探头26通过第二连接光纤27与光谱仪31相连，光谱仪31与计算机32相连；所述灰霾状态监测单元由灰霾状态监测探头23、CCD探测器24和USB连接线25组成，CCD探测器24与计算机32通过USB连接线25连接；粒径选择器3位于灰霾收集腔1前端面的进样口上，粒径选择器3后部装有势阱激光器8，势阱激光器8固定于第一光学调整架9上，并通过第一支架10固定于灰霾收集腔1内的底板5上；具有扩束和准直功能的组合透镜12固定于势阱激光器8后部的第二光学调整架11上，第二光学调整架11通过第二支架13与灰霾收集腔1内的底板5相连；具有扩束和准直功能的组合透镜12之后是斩光器14，斩光器14通过第三支架15固定于灰霾收集腔1内的底板5上；高倍聚焦镜头18安装于斩光器14后部的第三光学调整架16上，并通过第四支架17与灰霾收集腔1内的底板5相连。漏斗形气流约束器19紧邻灰霾收集腔1内底板5的后端面安装，且口径较大的一端朝向进样口方向；灰霾收集腔1的轴心线、势阱激光器8的轴心线、具有扩束和准直功能的组合透镜12的光轴方向、高倍聚焦镜头18的光轴方向和漏斗形气流约束器19的轴心线均重合；灰霾收集腔1的后端面外侧的轴心线位置处装有鞘流管28，鞘流管28的尾端通过软管29与抽气泵30相连；灰霾收集腔1后端面前部的灰霾收集腔1侧壁上开有3个螺纹孔，分别用于固定激发光束聚焦探头20、信号收集探头26和灰霾状态监测探头23，势阱光束焦点、激发光束聚焦探头20焦点、信号收集探头26焦点和灰霾状态监测探头23焦点均重合于一点，激发光束聚焦探头20的轴心线、信号收集探头26的轴心线和灰霾状态监测探头23的轴心线在同一平面内，且与灰霾收集腔1的轴心线垂直，灰霾状态监测探头23位于灰霾收集腔1径向剖面的正上方，激发光束聚焦探头20和信号收集探头26对称分布于灰霾状态监测探头23的两侧，激发光束聚焦探头20和信号收集探头26的轴心线夹角为90度；