[发明专利]一种用于在线直测的细颗粒采集装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气环境监测及气溶胶颗粒观测技术领域，尤其涉及高效、高时间分辨率、高转化率的适用于气溶胶颗粒可溶性组分直接测量的在线直测细颗粒采集装置及方法。

背景技术

大气细颗粒物已经成为我国城市的首要污染物，特别是近来雾霾污染频发，引起了政府和公众的广泛关注，对细颗粒的研究也不断的深入。大气颗粒物采样器是进行大气细颗粒物研究和分析的基本设备和技术，随着技术的发展和研究需要的提升，细颗粒物的采样和观测方法也发生了巨大的变化，以满足不同观测的需要。

目前细颗粒物采样装置和方法，主要是通过滤膜采样器中安装的滤膜对颗粒物的捕集，通过配备不同的切割头实现对颗粒物的分级采样，将采集后的滤膜样品进行冷藏保持并带回实验室分析，该方法俗称离线采样分析方法。滤膜采样器目前已有较成熟的技术，公开的技术如专利CN1808095A设计了一种多通道PM2.5颗粒物采样器，该采样器能同时进行多种滤膜的大气颗粒物样品采集，但设计的采样流量小，采样时间长；专利CN2586967Y设计了一种中流量大气细颗粒物采样器；专利CN201707249U公开了一种利用分流器进行三通道大气颗粒物采样器，可对不同粒极的大气颗粒物进行采集。离线采样分析方法，采样时间长，时间分辨率很低，并且采样与分析时间间隔很长，样品在保存及运输过程中，细颗粒的化学组分容易遭到破坏，且分析样品受人为因素的影响很大、分析需要花费大量的人力物力。因此，离线采样分析方法越来越难以满足细颗粒观测研究的需求。开发新的在线气溶胶颗粒采样和分析装置和方法已经成为大气细颗粒物研究的关键。然而要实现颗粒物的在线连续测量，首先要解决的问题是如何获取可用于在线分析的颗粒物样品。传统的细颗粒采样方法，包括撞击式采样方法和滤膜式采样方法均需要复杂的前处理过程才能用于后续的分析，无法获得可用于直接测量的细颗粒物样品。

发明内容

本发明的目的是针对现有细颗粒物采样器无法用于细颗粒的直接在线测量，细颗粒采集和转化效率低，低浓度下细颗粒难以直接测量等问题，提供可实现细颗粒的高效捕集与转化，可用于连续直接测量细颗粒样品，实现颗粒物在线连续自动采样和直测分析的一种用于在线直测的细颗粒采集装置。

本发明的另一目的在于提供采用所述用于在线直测的细颗粒采集装置进行细颗粒采集的方法。

所述用于在线直测的细颗粒采集装置设有蒸汽发生器、细颗粒凝结室、空气动力学装置、撞击盘、超声换能器、流量泵、电动三通阀、液体分流再循环装置、蠕动泵、水汽分离器、真空泵、温湿度传感器、控制电路；

蠕动泵的纯水出口接蒸汽发生器，蒸汽发生器上设有回转式蒸汽喷嘴，回转式蒸汽喷嘴和温湿度传感器设于细颗粒凝结室的入口，蒸汽与采样空气混合进入细颗粒凝结室，在细颗粒凝结室的外壁面设有恒温制冷片，在细颗粒凝结室的内壁面设有低表面能涂层，细颗粒凝结室的出口与空气动力学捕集装置连接，撞击盘设在空气动力学装置的透镜孔外，撞击盘捕集通过空气动力学装置的颗粒物，撞击盘与超声换能器连接；电动三通阀的吸收液入口外接吸收液出口，电动三通阀的循环液入口接液体分流再循环装置的循环液出口，电动三通阀的吸收液出口接流量泵的进口，流量泵的出口将吸收液分布在撞击盘的表面，撞击盘的待测液经液体分流再循环装置的待测液进口进入液体分流再循环装置，液体分流再循环装置的待测液出口外接离子色谱检测仪，液体分流再循环装置的废液出口接蠕动泵并由蠕动泵排出废液；水汽分离器的出口接真空泵的进气口，真空泵的出气口排放空气；水汽分离器的进口接空气动力学装置的气体出口，空气动力学装置的废液出口经蠕动泵排放废液；蒸汽发生器、超声换能器、流量泵、电动三通阀、蠕动泵、真空泵、恒温制冷片和温湿度传感器与控制电路的控制信号输出端连接。

本发明在气体样品入口处设有回转式蒸汽喷嘴，蒸汽与气体样品混合后进入细颗粒凝结室，并在细颗粒凝结室内降温形成过饱和蒸汽环境，过饱和蒸汽在细颗粒表面凝结长大成液滴，并通过设置在细颗粒凝结室外壁的恒温制冷片控制凝结室内的过饱和环境，凝结长大后的液滴通过空气动力学装置撞击在撞击盘上，并被撞击盘捕获，吸收液通过流量泵均匀分散于撞击盘表面，将被撞击盘捕获的细颗粒收集并溶解。撞击盘一端与超声换能器相连接，利用超声波将撞击盘上的细颗粒均匀分散于吸收液中，并使细颗粒中的可溶组分迅速溶解于吸收液中。吸收后的吸收液进入到液体分流再循环装置，该装置的三个出口分别与三通阀、检测器和蠕动泵相连接，并采用了独特的压力式排空方法将残留液的量降低到最低。采样后的气体经冷凝除水后由真空泵排放。