[发明专利]一种基于3D打印的扩散管、大气活性气体收集装置及其采样方法

说明书

本发明提供了一种基于3D打印的扩散管、大气活性气体收集装置及其采用方法，所述扩散管为3D打印成型的扩散管，具有多个单管并行的结构；所述扩散管长度在4cm以上。本申请中利用3D打印技术获得一定长度金属等材质的扩散管，克服了传统玻璃扩散管易碎、点胶不牢靠以及长度加工受限的问题。本申请可通过增加气体流道、延长扩散管长度的方式，达到高采样流速下完全收集活性气体样品的目的，为后续样品同位素分析提供分析基础。本发明满足了科研人员在极地等清洁地区高流速、或污染程度较高地区低流速条件，完全收集大气样品的需求，并且由于采样快，可进行高分辨率采样，进而达到用同位素手段研究污染性气体在大气中的来源和转化机制的目的。

技术领域

本发明涉及大气化学、空气污染、气体同位素分析技术领域，具体涉及一种基于3D打印的扩散管、大气活性气体收集装置及其采样方法。

背景技术

硝酸盐、硫酸盐和铵盐等是雾霾污染的重要组成成分，这些污染成分主要来自于人类活动或者自然过程排放的NO_x(NO+NO₂)、HONO、SO₂、NH₃等反应性气体。有效的收集这些气体并对它们进行同位素分析，对理解雾霾中关键污染物的来源和生成机制，以及由于这些活性气体排放导致的相应的大气氧化环境变化有重要的意义，也能为减排政策的制定提供科学依据。

但是，这些污染气体一般比较活跃，现场分离并有效收集比较困难，尤其是进行同位素分析，需要解决采集量大和背景干扰的问题。目前，主要的气体收集方式分为主动采样法和被动采样法两类。被动采样法存在着因收集时间过长而导致的背景干扰过大、以及收集效率不能保证的问题，因此主动采样法较为常用。主动采样法中最常见的是：在硼硅玻璃扩散管内壁制备化学涂层，将目标样气吸附转化为稳定的化学成分后，再提取这些化学成分进行同位素分析。

传统的扩散管有单式扩散管和环形扩散管，其中单式扩散管由于只有一条气体流道以及设计长度的限制，只适用于污染气体浓度高、低采样流速(如1L/min左右)的情境。环形扩散管可以设计多个气体流道，因此可以在确保收集效率的前提下，在较高采样流速下(如10L/min左右)收集气体。但是，目前市面在售的环形扩散管内部的管道基本是采用玻璃点胶粘合，扩散管内壁制备附着的化学涂层会侵蚀玻璃点胶，进而导致内部玻璃管道分离脱落，因此这类扩散管不仅价格昂贵，而且使用寿命很短。

除人类活动区域外，受人类活动影响较小的高原、海洋边界层以及极地地区NO_x、HONO、SO₂和NH₃等气体的来源和转化机制信息也非常重要，能提供这些气体在无人类干扰情形下的循环过程，并能评估人类活动排放对全球大气环境的影响。但是在偏远地区，这些污染气体浓度很低(低至ppt量级)，因此要想收集足够同位素分析的样品量，就需要加大采样流速和采样时长，但这样会影响收集效率，并会放大背景干扰。

综上所述，目前市面上的扩散管皆无法在确保收集效率的前提下，满足研究人员快速收集大气样品的目的。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种基于3D打印的扩散管、大气活性气体收集装置及其采样方法，本申请提供的大气活性气体收集装置以该扩散管作为主体，采用该收集装置进行采样，可以在确保收集效率的前提下，满足研究人员在外场或室内、空气污染严重和清洁地区(高原或极地地区)等各种情境下的颗粒污染物的前体气体收集，为后续浓度和同位素分析提供基础。

本发明提供一种基于3D打印的扩散管，所述扩散管为3D打印成型的扩散管，所述扩散管具有多个单管并行的结构；所述扩散管长度在4cm以上。

优选地，所述扩散管为圆柱体状的扩散管，扩散管材料为金属、陶瓷和塑料中的一种或多种；所述扩散管内部均匀分布有50个以上并行的等尺寸单管，所述单管是对称结构。

优选地，所述扩散管内壁附着有用于收集活性气体的化学涂层。