[实用新型]大气纳米颗粒热动力学性质的实时追踪测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及纳米颗粒物性质测量技术，具体涉及一种大气纳米颗粒物热力学和动力学性质的实时追踪测量装置。

背景技术

大气纳米颗粒物是指环境大气中纳米数量级的能够稳定悬浮于气体介质中的颗粒物。京津冀地区大气中存在高浓度的气态前体物，从而为大气成核以及初始和后续增长提供优越条件，即新粒子生成及增长过程。新粒子生成是城市大气细颗粒物数浓度的主要来源，其高频率生成与快速增长是大气重污染的重要环节。因此，实时跟踪研究新粒子生成过程及初始和后续增长中大气纳米颗粒物的热力学和动力学性质是揭示重污染形成机制的关键。

目前，对纳米颗粒物化学成分测定主要依赖于质谱技术，一方面质谱造价昂贵，另外由于纳米颗粒物质量极小，其化学成分极难检测，所以质谱技术不能用于测定小粒子。基于测定纳米颗粒物热动力学性质间接推断颗粒物化学成分的方法也被用于研究纳米颗粒物，但是，现有技术只能对固定颗粒物粒径进行测量，而无法追踪纳米颗粒物在大气中连续增长的过程；此外，现有技术针对颗粒物热动力学性质的测量参数只包括挥发性和吸湿性，无法追踪测定颗粒物密度。现有测量技术手段必然会造成粒径分辨率低、信息损失的问题，而且，现有技术对这些物理化学特性只能分别测量，在进行数据分析时，存在因分辨率不同而进一步造成信息损失和不完整的问题，难以满足纳米颗粒物的研究的需要。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种大气纳米颗粒物热力学和动力学性质的实时追踪测量装置(系统)，通过实时追踪测量系统实时测定颗粒物粒径数浓度谱分布并在线确定数浓度最高值，再通过调节系统设置，追踪测定颗粒物增长过程中不同粒径颗粒物的热力学和动力学性质。

本实用新型的原理是：新粒子生成过程是指大气中的气态污染物长成颗粒物的过程，因此，我们通过在新粒子生成过程中测定其最大浓度对应的粒径，即可获得新粒子成长后粒径，通过测定最大浓度对应的粒径的颗粒物的吸湿性、挥发性和密度，同时进行高分辨的在线追踪测量，就能得到新粒子生成和后续增长过程中热力学和动力学性质的变化，从而为研究颗粒物成霾等机理研究提供数据和技术手段。本实用新型将需要由三个独立测量装置实现测量获得数据结果的工作设计成为一个实时追踪测量装置，可实现用数浓度谱分布得到的最高值所对应的粒径，并实时测定该粒径下颗粒物的热动力学性质，由此实现追踪整个新粒子增长过程中的热动力学性质变化。

本实用新型提供的技术方案是：

一种大气纳米颗粒物热动力学性质实时追踪测量装置(系统)，包括硬件部分和软件控制系统；硬件部分包括颗粒物带电部分、颗粒物谱分布扫描部分、吸湿性测量部分、挥发性测量部分和密度测定部分；软件控制系统为Labview系统软件。labview软件控制系统可通过编程程序控制所有硬件部分(包括颗粒物带电部分、颗粒物谱分布扫描部分、吸湿性测量部分以及挥发性测量部分和密度测定部分)的正常运行的顺序及过程。颗粒物带电部分和颗粒物谱分布扫描部分相连接；颗粒物谱分布扫描部分分别与吸湿性测量部分、挥发性测量部分和密度测定部分相连接；不锈钢管连接。软件控制系统通过数据线连着各硬件，再用程序通过数据线输入信号以及读取各硬件返回的数据信号。环境大气颗粒物进入实时追踪测量系统，首先经过颗粒物带电部分使环境大气颗粒物带电，之后进入颗粒物谱分布扫描部分进行扫描得到颗粒物数浓度粒径分布的峰值粒径，将筛选出的峰值粒径的颗粒物同时分为3个并列的部分，分别通过吸湿性测量部分、挥发性测量部分和密度测定部分进行吸湿性、挥发性和密度的测定。

所述颗粒物带电部分包括1个K85中和器。

颗粒物带电部分用电离源使颗粒物带电荷，呈玻尔兹曼分布。常用的电离源有K85和x 射线软电离源。

所述谱分布扫描部分包括1个DMA(Differential Mobility Analyzer，电迁移率粒径分析仪)及第一鞘气循环系统和1个CPC(Condensation Particle Counter，凝结式颗粒物计数仪)。所述第一鞘气循环系统包括Nafion管、鼓风机、热交换机、流量计、高效过滤膜。

所述吸湿性测量部分包括加湿模块、1个DMA及第二鞘气循环系统和1个CPC。所述加湿模块包括质量流量计、Core-tex加湿管和加热器，且均由水泵供水。所述第二鞘气循环系统包括Nafion管、鼓风机、热交换机、流量计、高效过滤膜和鞘气加湿模块。