[发明专利]一种在线浓缩采集大气气溶胶并测量小分子有机酸的装置和方法

说明书

本发明属于环保技术领域，具体一种为线浓缩采集大气气溶胶并测量小分子有机酸的装置和方法。本发明装置包括：浮子流量计、浓缩气流真空泵、主气流真空泵、干燥管、质量流量控制器、碰撞式PM2.5切割头、冷凝系统机、水箱、电加热棒、虚拟切割器、生物采样瓶、两台微量注射泵、自动进样器、电感耦合等离子体质谱等。本装置通过采样、冷凝、浓缩等环节，将颗粒物融入液体，使颗粒物浓度提高一个数量级，浓缩效果比同类产品更好，还有效避免传统滤膜采集监测法存在的样品污染、试剂高损耗等问题；用浓缩技术与超高压液相色谱飞行时间质谱仪联用测定小分子有机酸，可大幅提高检出率和降低采样时长，可广泛应用于环境监测中。

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种大气气溶胶浓缩采集并在线测量的装置及方法。

背景技术

PM2.5是指大气中空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可吸入颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但其对空气质量和能见度等有重要的影响。大气PM2.5粒径小、比表面积大，易富集重金属、水溶性无机离子、有机物等有毒有害化学成分且在大气中的悬浮时间长、传输距离远，因而对人体健康和大气环境质量的负面影响不容忽视。

近年来，我国大气PM2.5污染严重, 导致就诊率急剧上升及易感人群过早死亡。尤其是雾霾气溶胶粒子携带的有毒有害化学成分，危及人群健康，引起全社会的高度关注。小分子有机酸作为近地面大气颗粒物中最重要的一类有机酸，对于全球酸雨的形成、大气中pH相关的液相反应以及云内OH自由基反应等均有着极其重要的作用。同时，小分子有机酸在云成核中扮演着重要角色，间接影响地表辐射强迫从而造成全球气候变化。因此，大气气溶胶粒子小分子有机酸的研究也成为研究热点和前沿方向之一。但对大气颗粒物小分子有机酸的测定因受到检测技术和仪器的制约（如较高的检测限），目前仍停留在离线检测阶段且需要在重污染及较长持续采样时间的条件下进行。离线分析需要繁琐的浓缩富集过程并极易造成样品损失，无法满足实时监测的技术要求。

为填补上述技术空白，本发明所研制的中流量大气PM2.5在线浓缩与采集装置可将气溶胶在不改变除浓度外的任何理化特性的前提下，浓缩富集到足以明显检出其小分子有机酸的水平。同时，该装置可与在线小分子有机酸检测装置联用，通过采样、饱和、冷凝、浓缩、采集等环节，将颗粒物融入液体，使颗粒物浓度可以浓缩提高一个数量级，不仅浓缩效果比同类产品更好，还有效避免了传统滤膜采集监测法存在的样品污染、样品和试剂的高损耗等问题，易于用飞行时间质谱技术测定有机组分、离子色谱测定无机组分、电感耦合等离子体质谱测定重金属，并大幅降低了空气流量需求，从原先的1000升/分钟降至50升/分钟。使得日后人工智能化大气颗粒物在线检测的实现成为可能，并可广泛应用于环境监测及健康风险评估当中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在线浓缩采集大气气溶胶并测量小分子有机酸的装置和方法，以大幅提高颗粒物浓缩度，并有效避免样品污染、试剂高损耗等问题。

本发明提供的在线浓缩采集大气气溶胶并测量小分子有机酸的装置，其结构参见图1所示，包括：浮子流量计1、浓缩气流真空泵2、主气流真空泵3、干燥管4、大流量质量流量控制器5、冷凝剂循环管6、碰撞式PM2.5切割头7、冷凝机8、水箱9、水箱隔温层10、可视窗口11、带有温度传感器的电加热棒12、温控数显装置13、冷凝内管14、冷凝外螺旋管15、隔温层16、虚拟切割器17、主气流出口18、喷嘴19、喷嘴接管20、生物采样瓶21、微量注射泵22、超高压液相色谱飞行时间质谱仪23；其中：

所述水箱9外套有一层隔温层10，其前壁左上方三分之二处设有一个石英玻璃可视窗口11；

所述U型加热棒12设置于水箱9内部底端，U型加热棒12外置电源线连接于温控数显装置13；

水箱9上部开有两口，其一，用快接法兰连接旋风式PM2.5切割头和溶蚀器7；其二，用快接法兰连接同轴安置的冷凝内管14；