[发明专利]浸润核模式下的冰核浓度及成冰活性检测装置和检测方法

权利要求书

1.一种浸润核模式下的冰核浓度及成冰活性检测装置，包括：分液器、液滴冷热台、样品间隔槽、疏水性载玻片、温度控制模块、温度记录模块、图片采集模块和数据处理模块；所述液滴冷热台包括冷热台腔室和冷热台盖；所述疏水性载玻片置于液滴冷热台上；所述分液器用于移取待测定的溶液并形成特定体积的液滴；将形成的液滴放置于疏水性载玻片上，并放置于样品间隔槽内；样品间隔槽为圆形，使得受冷均匀；样品间隔槽实现摆放尽可能多的孔；样品间隔槽的高度高于液滴的高度但低于冷热台盖的高度，使得每个液滴在单独空间里进行降温，避免液滴之间相互影响；样品间隔槽的上方还设有盖玻片，用于进行密封；样品间隔槽外还配置铁环，铁环被套在间隔槽外，用于调整间隔槽的位置；图片采集模块包括镜头和CCD相机，位于液滴冷热台上方，镜头和CCD相机相连接，用于通过拍照收集图片记录液滴的状态；温度控制模块和温度记录模块用于控制和记录冷热台降温过程中的温度变化；图片采集模块收集到的图片和冷热台降温过程中的温度变化分别同时被记录到温度记录模块和图片采集模块中，再输入到数据处理模块中进行处理得到不同温度下冻结的液滴数，进而获得大气中的冰核浓度和成冰活性；在冷热台上方还设置环形光源，用于提供稳定的光线，提高成像质量；由此实现浸润核模式下冰核浓度及成冰活性的检测。

2.如权利要求1所述浸润核模式下的冰核浓度及成冰活性检测装置，其特征是，环形光源采用无影环形灯。

3.如权利要求1所述浸润核模式下的冰核浓度及成冰活性检测装置，其特征是，样品间隔槽为直径40mm的圆形槽，摆放90个孔，可用于90个液滴同时盛放。

4.如权利要求1所述浸润核模式下的冰核浓度及成冰活性检测装置，其特征是，样品间隔槽采用铝金属材料间隔槽，可由间隔槽的制作模具制作得到。

5.如权利要求1所述浸润核模式下的冰核浓度及成冰活性检测装置，其特征是，所述疏水性载玻片通过对载玻片表面进行疏水处理得到；进一步在载玻片表面均匀喷涂纳米防水性材料，使得液滴在载玻片上更接近立体球形，从而还原液滴在云内的真实状态。

6.一种浸润核模式下的冰核浓度及成冰活性的检测方法，利用权利要求1所述浸润核模式下的冰核浓度及成冰活性检测装置，对浸润核模式下的冰核浓度及成冰活性进行检测，包括如下步骤：

1)大气样品采集后，根据不同需求进行前处理，形成悬浮水溶液；

2)利用分液器吸取溶液形成相应体积的液滴，将形成的液滴放置在疏水性载玻片上，进行密封；并放置于样品间隔槽内；样品间隔槽为圆形，使得受冷均匀；样品间隔槽实现摆放尽可能多的孔；样品间隔槽的高度高于液滴的高度但低于冷热台盖的高度，使得每个液滴在单独空间里进行降温，避免液滴之间相互影响；利用冷热台上方的环形光源使得视野光线稳定；所述疏水性载玻片通过对载玻片表面进行疏水处理，进一步在载玻片表面均匀喷涂纳米防水性材料，使得液滴在载玻片上更接近立体球形，从而还原液滴在云内的真实状态；

3)将氮气通入至冷热台腔室中，防止降温过程在冷热台盖上形成雾气或霜影响测定；

4)通过温度控制模块设定降温的限制温度和降温速度，设定图像采集的速率，通过图片采集模块采集图片，然后进行降温冷却；并通过温度记录模块同时进行仪器温度的记录；

5)将采集到的图片和温度输入数据处理模块进行处理，判断液滴是否结冰，得到不同温度下冻结的液滴数，进而获得大气中的冰核浓度K(T)和成冰活性。

7.如权利要求6所述浸润核模式下的冰核浓度及成冰活性的检测方法，其特征是，步骤4)通过温度控制模块设定降温的限制温度为-40℃-110℃；控制降温速度为0.01K/min-150K/min。

8.如权利要求6所述浸润核模式下的冰核浓度及成冰活性的检测方法，其特征是，步骤5)具体通过连续照片间每个液滴RGB之间的差异来判断液滴是否结冰；并通过式1将不同温度下的冻结的液滴数换算成大气中的冰核浓度K(T)：

其中，K(T)是冰核浓度与温度之间的关系；f_ice是相应温度下对应的结冰的液滴占总液滴的数量；V_sample是均匀分配到各个液滴中的采样气体的体积量。