[发明专利]一种测定大气碳酸盐的连续自动采样分析方法与装置

说明书

本发明公开一种测定大气碳酸盐的连续自动采样分析方法，其中采样单元进行大气碳酸盐的连续自动采样；分析单元第一分析模块对采样样本进行干法分析并得到第一结果；分析单元第二分析模块对采样样本进行湿法分析并得到第二结果；处理单元对所述第一和第二结果进行对比和统计分析，获得分析结果。本发明还公开一种应用上述方法测定大气碳酸盐的连续自动采样分析装置。本发明的自动采样方法与装置能够完成自动连续不间断采样，缩短整个采样与分析周期，增加数据的频次，去除有机碳和元素碳对检测结果的干扰，同时采用干法和湿法两种分析方法对收集的大气细颗粒物中的碳酸盐进行分析，能够大大提升大气细颗粒物中碳酸盐浓度分析的精确性和相对准确性。

技术领域

本发明涉及大气环境监测和生态环境研究领域。更具体地，涉及一种测定大气碳酸盐的连续自动采样分析方法与装置。

背景技术

大气颗粒物(Atmospheric Particulate Matters)是大气中存在的各种固态和液态颗粒状物质的总称，各种颗粒状物质均匀地分散在空气中构成一个相对稳定的庞大悬浮体系，即气溶胶体系，因此大气颗粒物也称为大气气溶胶(Atmospheric Aerosols)。大气颗粒物中较细颗粒物对人体健康及环境影响很大，其中含碳物质在气溶胶中含量很高，在对人类健康影响较大的细颗粒部分比例更大。这些含碳物质可以吸附大气中的污染物，其中有些有致癌、致畸、致突变的作用，而且还会影响大气的透明度及太阳辐射强度。大气颗粒物中的含碳物质分为三类：有机碳(organic carbon，简称OC)、元素碳(element carbon，简称EC)和碳酸盐(carbonate carbon，简称CC)，其中碳酸盐含量较少，元素碳及有机碳化合物是气溶胶的主要成分。三类含碳物质不仅物理、化学性质不同，来源也不一样。如：EC易吸光，化学性质相对稳定；OC吸光作用和化学稳定性较EC要差。

大气细颗粒物中的碳酸盐对酸雨的中和以及全球太阳辐射平衡产生的影响越来越受到科学家的关注。由于其碱性特征，碳酸盐容易与大气中的酸性气体(包括二氧化硫和氮氧化合物)反应，并在其表面加速SO₂和NO_x气体向硫酸盐和硝酸盐的转化；此外，它在大气中也直接与硫酸、硝酸和其他有机酸(如乙酸等)气体或颗粒进行着多种均相和非均相的化学反应。大气细颗粒物中碳酸盐能传输增加表层海水的碱性，改变其酸碱平衡，促进海水吸收大气中的CO₂，因此大气中碳酸盐在海水和雨水中扮演的“碱泵”和“生物泵”角色。此外，尽管环境大气中的碳酸盐通常含量很低，但在我国北方大气，特别是沙尘暴大气中含量尤为偏高。因此，碳酸盐在大气、海洋、陆地系统中都扮演重要角色，对大气细颗粒物中碳酸盐的研究有十分重要的意义。

目前，国内外对大气细颗粒物中碳酸盐质量浓度的分析依然是以采样器采样后送入实验室分析的传统离线分析技术为主，缺少大气细颗粒物中碳酸盐连续自动采样装置以获得高时间分辨率观测数据。现有的采样方式具有以下缺点：

1)、采样过程需要投入大量的人力和物力。通常，实验员根据采样需求，将空白采样膜安放在大气气溶胶采样器并设定采样时间，当采样时间结束以后实验员将样品膜取回，与稀盐酸反应产生CO₂并对CO₂进行分析，获得CC的质量浓度。

2)、采样中会对设备产生损坏。由于大气气溶胶碳分析仪不是专门用于CC分析，没有经过防酸处理，因此对CC的分析时会导致设备损耗极大，严重影响仪器的使用寿命。

3)、低频率的观测数据不适用于过程模型的建立与验证。受采样方式的限制，现有低频率的采样数据不可避免地产生观测误差，使得对CC排放过程及其环境要素控制机制的研究非常难以开展。

4)、测量结果的不准确性。尽管当前有些研究显示能够通过加热的方法半连续地测定CC浓度，但是由于受到元素碳和有机碳的干扰，分析结果存在很大的不确定性。