[发明专利]一种用于检测大气中酸性超细微粒子的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及大气采样领域，具体涉及一种用于检测大气中酸性超 细微粒子的方法及装置。

背景技术

大气中中直径小于0.1微米的可吸入颗粒物被称作UFPs(超细 微粒子)，UFPs占大气污染物细粒子(直径小于2.5微米的颗粒物， PM2.5)总质量分数的90％，是国内外许多大中城市环境空气中的首 要污染物。由于颗粒物的直径越小，其进入呼吸道的部位越深，因而 UFPs能够进入人体肺泡甚至血液系统，会导致心血管病等疾病。

目前，空气中的UFPs主要通过以下两种途径形成：a、由高温 下排放的过饱和气态物质冷凝，再经碰撞、凝聚、吸附而形成，如汽 车尾气的排放；b、由环境空气中硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机 化合物及其它化合物经过复杂的多相化学反应转化而形成，如光化学 烟雾，由于汽车尾气和光化学烟雾中含有大量酸性的化学成分如硫酸 离子或硝酸离子，导致UFPs的酸性较高。

在过去十年中，流行病学专家开始研究含酸性气溶胶的毒理学， 例如，早期在1989年MortonLippmann曾在学术期刊《Environmental HealthPerspectives》上报道称酸性气溶胶与支气管炎和肺功能衰减的 患病率之间可能存有密切联系。由于UFPs粒径小数量多的特征，其 在肺泡上沉积率很高，会损伤肺泡和粘膜，引起肺组织的慢性纤维化， 导致肺心病，加重哮喘病，引起慢性鼻咽炎、慢性支气管炎等一系列 病症，严重的可危及生命。

因此，深入研究空气中UFPs尤其是含酸性成分的UFPs对人体 健康的危害可能比目前研究的PM10(直径小于10μm的颗粒)和 PM2.5有更重要的意义。

但是，由于酸性超微粒子在细粒子中的质量浓度比例较小，检测 难度较大，目前，主要通过实时测量和离线分析来测试UFPs的浓度 和粒径谱。

实时测量是用扫描迁移率粒度仪(SMPS)和凝结粒子计数器 (CPC)来测量粒子数和粒径分布。SMPS在使用时，通过逐步地增 加电场，将不同粒径的颗粒物进行分离，并通过CPC测量粒子的数 量浓度来得到颗粒物数量和粒径分布。但是，目前实时测量技术只能 用于测量总UFPs的数量浓度和粒径谱，不能单独针对酸性UFPs进 行测量。

离线分析先将颗粒物收集在承载物上，再利用光学仪器分析单一 颗粒的形状尺寸和化学组分。进行离线分析需要使用收集装置和分析 仪器，由于UFPs粒径小，目前商业化的收集装置主要是利用高压静 电进行采样，一般收集时间较短，只能进行短期UFPs浓度水平的收 集和测量，不适用于研究长期慢性暴露的毒理学研究，而且收集装置 的价格较高，能耗较大，操作难度较大。

对于分析仪器，在过去的十年中电子显微镜的分辨率和分析能力 的发展增强了它在研究超细颗粒方面的应用性，场发射扫描电子显微 镜(FESEM)和原子力显微镜(AFM)技术的发展，使分析颗粒物 的技术进一步达到了纳米级。根据文献调查，在过去的五六十年里， 断断续续地有一些科学家试图通过对收集颗粒物的承载体进行改性 用来辨别载体上的酸性颗粒物。例如1967年Horstman和Wagman 在《AmericanIndustrialHygieneAssociationjournal》学术期刊上提出 了用铁金属涂覆载体并暴露于酸性粒子中，通过电子显微镜观察酸性 粒子在载体表层的形态。但是目前这些关于酸性颗粒物测量方法的研 究都只是处于试验的初级阶段，而且都未能达到纳米级，难以准确测 定大气中酸性超微粒子数量浓度和粒径分布。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于检 测大气中酸性超细微粒子的方法及装置，该装置成本较低，能耗较小， 操作难度较小，而且能够准确测定大气中酸性超微粒子数量浓度和粒 径分布。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于检测大气中酸性超细微粒子的装置，其特征在于：所述 装置包括采样器和石英晶体微天平，所述采样器用于采集带有酸性超 细微粒子的气体，所述石英晶体微天平包括带有晶振片的探头，所述 晶振片上涂覆有铁纳米膜，且所述晶振片位于采样器内。

在上述技术方案的基础上，所述铁纳米膜的厚度为15～20nm。

在上述技术方案的基础上，所述石英晶体微天平的灵敏度为 0.02ng。