[发明专利]一种大气PM2.5在线分离浓缩采集并测量亚硫酸根和亚硝酸根的装置及方法

说明书

本发明属于环保技术领域，具体为一种大气PM2.5在线分离浓缩采集并测量亚硫酸根和亚硝酸根的装置及方法。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、在线离子色谱系统等。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；用浓缩技术与在线离子色谱系统测定联用，可大幅降低采样时长，使人工智能化大气颗粒物在线检测的实现成为可能，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，具体涉及一种颗粒物分离浓缩采集并在线测量的装置及方法，尤其涉及大气PM2.5在线分离浓缩采集并测量亚硫酸根和亚硝酸根的装置及方法。

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。已经有大量流行病学证据表明，PM2.5有急性与慢性健康效应。PM2.5中的亚硫酸根进入人体之后极易通过电子氧化作用形成三氧化硫阴离子自由基(SO3)，SO3可与O2迅速反应生成超氧阴离子自由基O2。最近的研究表明，亚硫酸盐可对染色体及DNA造成损伤。亚硫酸氢钠和亚硫酸钠(1:3)生物试液可诱发中国仓鼠肺纤维细胞(CHL)染色体畸变(CA) 频率显著增高，且呈明确的剂量-效应关系。PM2.5中的亚硝酸根 (NO-2) 是生成N-亚硝基化合物的前体, 后者具有较强的致突变和致癌性, 对人体健康产生潜在的危害。高浓度PM2.5暴露会增加患急性呼吸道疾病与心脑血管疾病的风险，同时PM2.5可能诱发肺癌、COPD（慢性阻塞型肺炎）、心脑血管疾病等慢性疾病，影响人体免疫系统、神经系统等。因此，雾霾气溶胶粒子生物毒性的研究也成为研究热点和前沿方向之一。但对大气颗粒物生物毒性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，无法满足实时监测大气颗粒物浓度及有毒化学成分特征的要求。

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毒性的水平。同时，该装置可与在线毒性检测装置联用，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大气PM2.5在线分离浓缩采集并测量亚硫酸根和亚硝酸根的装置及方法。

本发明通过浓缩因子（浓缩后大气中PM2.5的质量浓度/数浓度/化学组分浓度与浓缩富集前大气中PM2.5的质量浓度/数浓度/化学组分浓度的比值）和浓缩效率（实际浓缩后浓度占理论浓缩浓度的百分比）两个指标对该装置进行评估。