[发明专利]空气中气相和颗粒相甲醛含量的同步在线监测方法及装置

说明书

本发明公布了一种空气中气相和颗粒相甲醛含量的同步在线监测方法及装置，装置包括样品捕集模块、反应模块、检测模块、溶液输送模块、控制与数据采集电路；通过样品捕集模块将气相甲醛和颗粒相甲醛进行分离和收集，收集到的待测样品分别与乙酰丙酮在高温条件下发生衍生化反应生成黄色化合物，并采用全反射长光程在线流通池对两者进行测量，实现对环境空气种气相甲醛和颗粒相甲醛的同步在线测量。本发明适用于多种环境进行现场在线连续监测。

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，涉及环境空气质量在线监测技术，尤其涉及一种环境空气中气相和颗粒相甲醛含量的同步在线监测方法及装置。

背景技术

甲醛(HCHO)是对流层大气中最丰富的羰基化合物，其在大气中活性很高，可以通过光分解作用生成HO₂自由基，HO₂自由基与NO快速反应生成OH自由基，在一定的条件下甲醛对对流层自由基的贡献甚至比臭氧的贡献更大。甲醛可在矿物颗粒物表面发生非均相反应产生甲酸盐，从而可能改变矿物颗粒物的反应活性和吸湿性，最终影响大气氧化性及成云过程。此外，甲醛具有潜在的致癌致突变作用，其对公共健康的重要影响已受到了广泛关注。由于甲醛具有较高的溶解度，研究者们猜测甲醛不仅存在于大气中，也可能存在于颗粒物中。因此，对环境空气中气相和颗粒相甲醛的准确测量不仅能更好的研究对流层化学，而且对公共健康也有着至关重要的作用。

关于颗粒相甲醛监测方法，已有技术尝试提取矿物尘颗粒中的甲醛，但摄取系数太低(～10^-6–10^-9)，对二次有机气溶胶(SOA)的形成不会产生影响。也有方法通过在高酸性条件下或极低温度下对(NH₄)₂SO₄中的甲醛进行提取，虽获得了较高的摄取系数(～10^-2–10^-3)，但其实验条件在对流层是不存在的，并不适用于环境空气。另外，学者在日本和墨西哥进行了实验，即采用扩散管去除气相甲醛，然后用气溶胶捕集器对颗粒相甲醛进行收集分析，最终得到了较高的颗粒相甲醛/气相甲醛的比率。但是，目前缺乏对颗粒相甲醛的在线采样和测量的有效技术，更难以实现对环境空气中气相甲醛和颗粒相甲醛的同步在线测量，对于甲醛在SOA中发挥的作用难以进行识别和分析。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种环境空气中气相和颗粒相甲醛含量的同步在线监测方法及装置，通过旋转式湿式扩散管(RWAD)和颗粒物增长腔-线状颗粒物冷却器将气相甲醛和颗粒相甲醛进行分离和收集，收集到的待测样品分别与乙酰丙酮在高温条件下发生衍生化反应生成黄色化合物，并采用全反射长光程在线流通池对两者进行测量，实现对环境空气种气相甲醛和颗粒相甲醛的同步在线测量，并可应用于多种环境(常规大气、室内空气等)进行现场在线连续监测。

本发明使用旋转式湿式扩散管(RWAD)将气相和颗粒相甲醛进行分离，并使用颗粒物增长腔-线状颗粒物冷却器对颗粒相甲醛进行收集，为气相和颗粒相甲醛同步在线测量提供一种新型测量技术。采样过程中，空气在真空隔膜泵的作用下连续进入RWAD，同时吸收液从另一端连续进入RWAD。由于气相甲醛的扩散系数远大于颗粒物的扩散系数，气相甲醛被RWAD管壁上形成的吸收液液膜吸收，而颗粒物(颗粒相甲醛)由于惯性径直穿过RWAD，与蒸汽发生装置产生的蒸汽混合，迅速吸湿长大，继而进入到蛇形管气溶胶冷却捕集器被收集。收集到的气相和颗粒相甲醛溶液待测样品在蠕动泵的作用下与分别衍生液(2,4-戊二酮)混合，在特定的高温(本发明将温度设置为75℃)下迅速发生衍生化反应生成黄色化合物(3,5-二乙酰基-1,4-二氢二甲基吡啶(DDL)在415nm处吸光最强)，其在泵的作用下进入全反射长光程在线流通池，利用光电检测器检测415nm吸收光变化。根据朗伯比尔定律，待测组分的浓度大小与其吸光度成正比。根据吸光度即可实现环境空气中气相和颗粒相甲醛含量的在线监测。检测时光源和光电检测器需恒定于特定的温度下，确保光信号强度检测的稳定性。

本发明提供的技术方案是：