[发明专利]一种大气颗粒物粒径分布的在线测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种大气颗粒物粒径分布的在线测量系统，包括样品采集单元、蠕动泵、测量单元和信号处理单元；所述测量单元包括样品池、激光器和探测器；所述样品采集单元采集大气样品并将其转换为样品溶液，所述蠕动泵将样品溶液分别以至少两个不同的速度注入所述样品池中；所述激光器射出激光至装有样品溶液的样品池，所述探测器检测所述蠕动泵以不同的速度注入样品溶液时所分别产生的散射光，并其转化为散射光电信号，所述信号处理单元接收不同的散射光电信号并结合不同的样品溶液的注入速度拟合得到速度‑粒径关系式，以输出大气颗粒物的粒径信息。

技术领域

本发明涉及大气环境监测相关研究领域，特别是涉及大气颗粒物粒径分布的实时在线测量。

背景技术

随着经济的发展和城市化进程加快，大气颗粒物污染成为社会关注的热点。值得注意的是，大气颗粒物粒径分布是大气颗粒污染的源解析以及由大气颗粒引发的相关疾病的病理研究的基础。

近年来，我国大气颗粒物监测技术取得较大的进步。其中，PM_2.5检测仪生产形成一定规模。但这些仪器多采用离线方式，前期处理较为复杂而耗时，导致测量精度不高，难以实现实时测量，价格昂贵等一系列问题，不适用大规模投入使用。

随着光学技术的进步，动态光散射技术凭借其具有非接触、无损害的优势，逐渐成为大气颗粒物监测仪器的主流测量方法之一。英国马尔文、美国TSI等公司相继推出商业化仪器。然而，动态光散射技术测量粒径仅适用于颗粒只有布朗运动的系统，当颗粒系统存在其他运动时，其测量结果与真实值具有较大偏差。但是，在大气颗粒物在线测量过程中，抽取样品时，颗粒肯定存在定向运动。

传统的动态光散射技术检测大气颗粒物粒径的方法包括以下步骤：

S1：采集含有大气颗粒物的大气样品并将其转换为样品溶液；

S2：将样品溶液以一定的速度注入样品池中，待样品溶液在样品池中静止后，向样品池中射入激光，检测静置状态下的样品溶液时所产生的散射光，并其转化为散射光电信号；

S3：接收步骤S2中产生的散射光电信号，计算输出大气颗粒物的粒径信息。

此时，传统的动态光散射技术呈现以下不足：(1)耗时，前期样品溶液需要静置较长时间，以避免定向运动对测量结果的影响。(2)难以实现实时监控和测量。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种大气颗粒物粒径分布的在线测量系统和方法，可以克服现有动态光散射技术的不足，结构简单，无需对样品溶液进行长时间的静置处理，实现大气颗粒物的实时在线测量。

一种大气颗粒物粒径分布的在线测量系统，包括样品采集单元、蠕动泵、测量单元和信号处理单元；所述测量单元包括样品池、激光器和探测器；所述样品采集单元采集大气样品并将其转换为样品溶液，所述蠕动泵将样品溶液分别以至少两个不同的速度注入所述样品池中；所述激光器射出激光至装有样品溶液的样品池，所述探测器检测所述蠕动泵以不同的速度注入样品溶液时所分别产生的散射光，并其转化为散射光电信号，所述信号处理单元接收不同的散射光电信号并结合不同的样品溶液的注入速度拟合输出大气颗粒物的粒径信息。

本发明所述的大气颗粒物粒径分布的在线测量系统，在有流速的情况下也能准确获取颗粒粒径，弥补了传统动态光散射技术在测量前需要对样品颗粒进行长时间的静置处理的缺陷，大大节约了实验时间。该方法对于大气颗粒物溶于流体中的测量提供了很好的技术支撑作用。同时实现简单，后期的信号处理过程易于理解，实现了实时测量，为及时监测和调整颗粒系统的行为提供了有力的依据，有效提高了基于动态光散射技术的大气颗粒物的在线测量技术。

进一步地，所述蠕动泵将样品溶液分别以至少四个不同的速度注入所述样品池中，所述信号处理单元接收至少四组不同的散射光电信号，通过对至少四组关于蠕动泵注入样品溶液的速度与大气颗粒物的粒径的数据进行不低于三阶的多项式拟合，得到粒径-速度关系式，以输出大气颗粒物的粒径信息。