[发明专利]一种联合发生单分散气溶胶的PM1切割头性能测试系统

说明书

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，涉及一种PM₁切割头性能测试系统。

背景技术

对北京、上海、广州、天津和西安等主要城市的研究结果表明，PM₁(空气动力学当量直径小于等于1微米的颗粒物)在PM_2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物)中占有很大比重，平均比例达60％以上；且污染程度越轻微，PM₁的占比越大，达75％以上。目前国家大力控制PM_2.5的排放，已经初见成效，其污染浓度逐渐降低，PM₁在PM_2.5中的比重越来越高，成为主要监测指标的趋势则日渐明显。

大气PM₁由于粒径较PM_2.5小，相同体积的颗粒物，PM₁的数目更多；比表面积大，易富集有毒有害物质；更容易进入人的鼻孔，穿过气管，进入肺部，甚至血液；在空气中停留时间长，被人体吸入机会大；因而对人体健康危害更大。已有研究表明：相比于PM_2.5，PM₁和心血管病死亡率的相关性更强；PM₁越来越受到国内外研究人员的关注。

进行大气PM₁的采集，需要有相应的PM₁采样器，其中切割头是关键部件，用于将粒径大于1μm的颗粒物分离掉，收集粒径小于1μm的颗粒物(PM₁)，其性能直接影响PM₁的采样结果。目前，切割头主要有三种结构形式：旋风分离式(cyclone)、撞击式(impactor)和虚拟撞击式(virtual impactor)。美国BGI公司开发了针对大气PM₁采样的PM₁旋风式切割头；美国URG公司也生产PM₁旋风式切割头；近年来，一些商业化的在线颗粒物仪器也开始测量PM₁，例如MetOne公司的β射线衰减法颗粒物监测仪，采用撞击式或旋风式切割头；热电公司的微量振荡天平法(TEOM)采用旋风式切割头。然而目前缺乏针对PM₁切割头的技术规范，例如对50％切割粒径D₅₀及几何标准差σ_g的规定(目前对PM₁₀和PM_2.5切割头均有相应的规定)，上述使用的PM₁切割头均没有通过认证，导致对PM₁切割头的性能不能进行准确的评估，影响PM₁采样结果的可靠性和可比性。

因而有必要对现有的PM₁切割头展开切割性能评价，建立评价方法，开发评价装置，并提出相应技术规范，以便规范评估PM₁的采样结果，为下一步开展PM₁的研究、监测和控制奠定基础。

目前，尚未有成熟的标定方法对于PM₁切割头进行标定，大部分标定系统都是针对于PM_2.5和PM₁₀切割头进行设计。对于切割头的标定方法主要分为两类，一种是单分散气溶胶标定方法，另一种是多分散气溶胶标定方法。多分散标定方法难以保证在标定过程中气溶胶的均匀性和稳定性，而单分散标定方法能极大程度的保证测试过程中气溶胶的稳定性。使用单分散气溶胶标定测试PM₁切割头性能时，至少需要6个单分散粒径测试点(0.6μm、0.8μm、1.0μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm)，而现有的商业化振动孔单分散气溶胶发生器只能发生1μm以上的单分散气溶胶，并不能满足测试的要求。

申请号为201420323997.X发明设计了一种PM₁₀/PM_2.5切割头的标定系统。该发明利用聚苯乙烯小球(PSL)悬浮液雾化器产生单分散的PSL气溶胶，通入120L的均匀混合箱，然后用粒径谱仪测量切割头上下游的气溶胶浓度。由于单分散标定至少需要6个单分散标定点，使用PSL小球的实验成本较高，且该设计适用于PM₁₀/PM_2.5切割头。