專利名稱：測定空氣中活性奇氮氧化物的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種測定空氣中活性奇氮氧化物(NOz)濃度的方法。本發明還涉及一種用于實現上述方法的裝置。
背景技術：
平流層的“臭氧空洞”、酸雨問題、大氣氣溶膠和城市光化學煙霧現象等大氣化學研究重點，都和活性奇氮氧化物有直接或間接的關系。空氣中的總活性氮氧化物(NOy) —般劃分為氮氧化物(NOx)，是指一般環保概念的氮氧化物，包括NO與NO2 ； 活性奇氮氧化物(NOz)，是指除一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)之外的氮氧化物，包括N03、N205、HN03、過氧乙酰硝酸酯(PAN)、其他有機硝酸鹽和硝酸鹽氣溶膠等。需要說明的是,N2O和NH3不屬于活性奇氮物種之列，因此在之后的說明書中，本發明測定的活性奇氮氧化物(NOz)是不包括N2O和NH3。其中，NOz由NO與NO2通過均相與非均相化學反應過程轉化而來，作為光化學煙霧和灰霾的主要成分，可為氣態或氣溶膠，它是氮氧化物自由基的臨時儲庫，它最終可通過干濕沉降成為氮氧化物自由基在大氣中的匯，也可通過遠程輸送，后經其他自由基再生為活性氮氧化物自由基而成為光化污染的源。而目前國內外都沒有針對NOz的在線觀測設備，應用最為廣泛的氮氧化物分析儀(NO、NO2)存在嚴重干擾問題，因為這種儀器基于先將NO2催化轉化成NO，再通過NO與O3反應發光，通過測量光強，計算NO的濃度，切換轉化和不轉化氣路，進而反推和差減出NO和NO2的濃度。在測量NO時能非常準確，但在鑰轉化器中轉化空氣中NO2時，會因為鑰轉化器的低選擇性，將其它非NO2的氮氧化物(NOz中的一部分)一同轉化，造成NO2濃度高估，但由于這種一般的氮氧化物分析儀的轉化器溫度設置較低，氣路傳輸線和采樣過濾器未經過優化，導致其轉化NOz的數量與種類均是非線性的，即公知的氮氧化物分析儀(NO、NO2)存在嚴重干擾問題，測到的既不是NOx也不是NOy (如果能精確地同時測量NOx和NOy，則可以計算出NOz)，而且后期無法校正，產生很大誤差，尤其是在大氣氧化性強，光化學產物濃度高的城市，這種影響產生的誤差可達到10% -60%。因此迫切需要一種可準確測量空氣中NOz濃度的方法和設備，從而定量分析其對光化學污染、灰霾形成的貢獻。研究NOz對空氣質量模式改進，制定大氣污染調控政策等提供數據與理論支持，具有研究價值和科學意義，是目前迫切需求的基礎科學研究。
發明內容
本發明的目的在于提供一種測定空氣中活性奇氮氧化物(NOz)的方法。本發明的又一目的提供一種用于實現上述方法的裝置。為實現上述目的，本發明提供的測定空氣中活性奇氮氧化物(NOz)的方法，具體步驟是將待測氣體分別輸入鑰轉化器和紫外光轉化單元，鑰轉化器(在320°C -400°c之間工作)將待測氣體所有的活性氮氧化合物(NOy)均轉化為一氧化氮(NO)，然后測定總活性氮氧化物(NOy)濃度；紫外光轉化單元中的待測氣體在紫外光照射下將二氧化氮(NO2)轉化為一氧化氮(NO)，然后測定氮氧化物(NOx)濃度，并由總活性氮氧化物(NOy)濃度減去氮氧化物(NOx)濃度，得到活性奇氮氧化物(NOz)的濃度。所述的方法，其中，待測氣體是被采樣泵抽吸進入鑰轉化器和紫外光轉化單元。本發明提供的用于實現上述方法的裝置，主要包括有紫外光轉化器單元、鑰轉化器和一氧化氮檢測器單元；其中紫外光轉化器單元由石英反應室和紫外線光源構成，紫外線光源可透過石英玻璃反應室并照射石英反應室內的待測氣體；紫外光轉化器單元和鑰轉化器的進樣口均通過一三通閥連接至一進氣口，紫外光 轉化器單元和鑰轉化器的出樣口均連接至一氧化氮檢測器單元。所述的裝置，其中，紫外光轉化器單元的進樣口安裝有粒子過濾膜。所述的裝置，其中，紫外光源單元裝備有金屬鹵素燈，產生UV-B波段的紫外光。所述的裝置，其中，三通閥為電磁三通閥。本發明通過檢測空氣中活性奇氮化合物(NOy)和氮氧化物(NOx)，從而精確定量地計算出活性氮氧化物轉化物(NOz)，適用于氣象、環保、科研部門進行空氣質量，大氣化學，大氣污染等學科對于NOz的監測和研究需求。檢測的數據對于光化學污染、灰霾形成機理，空氣質量模式等科研業務工作必不可少，可為制定大氣污染調控政策等提供數據與理論支持，具有研究價值和科學意義。
圖I為本發明的裝置原理圖。附圖中主要組件符號說明鑰轉化器I、紫外線光源3、石英反應室31、N0檢測器4，電磁三通閥5，粒子過濾膜6。
具體實施例方式為了解決對空氣中NOz在線檢測方法和設備的需求，本發明開發了一種基于鑰轉化器、紫外光轉化單元和NO檢測器的NOz分析儀，可以精確測量空氣中的NOx、NOz和NOy的濃度。本發明的測定裝置主要由鑰轉化器、紫外光轉化器單元和NO檢測器構成，其中鑰轉化器和NO檢測器為公知的檢測儀。本發明的檢測原理是采樣泵抽入的空氣樣品可以分別通過兩條氣路，一條是經過鑰轉化器將全部活性氮氧化物(即NOy，包括氮氧化物(NOx)和NOz (NOx的轉化物))轉化為一氧化氮(NO)，然后進入一氧化氮(NO)檢測器獲得NOy濃度值，另一條氣路是經過由紫外光源照射的石英玻璃反應轉化器，高選擇的將空氣中二氧化氮(NO2)轉化為NO，再進入NO檢測器得到NOx的濃度，由NOy的濃度值減去NOx的濃度值，就得到NOz的濃度值。程序控制電磁閥定時將氣路在兩條路徑中轉換，從而達到在線測量Nox、NOz和NOy的目的。本發明使用兩個轉化器和一個NO檢測器，實現了 NOx、NOz, NOy的精確在線測量，適用于氣象、環保部門業務化觀測和科研單位研究大氣中這些物種的需求。下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明本發明提供的在線測定空氣中NOz的測定裝置，如圖I所示，包括鑰轉化器I、紫外光轉化單元2 (該紫外光轉化單元2包括有紫外線光源3和石英玻璃反應室31)、N0檢測器4和電磁三通閥5以及電磁三通閥5的氣路電路控制等裝置。鑰轉化器I的進氣口和石英玻璃反應室31的進氣口均連接到一個電磁三通閥5的兩個口上，其中石英玻璃反應室31的進氣口與三通閥5之間安裝有一粒子過濾膜6 ;紫外線光源3發出的紫外光進入石英玻璃反應室31。實施例氣體樣品的分析步驟如下進行檢測時，NO檢測器內部的采樣泵工作，將空氣樣品抽入檢測裝置，首先來到電磁三通閥的A 口，該三通閥有兩種狀態,一種是A-B相通,一種是A-C相通,在第一種狀態，即A-B相通時，空氣樣品通過粒子過濾器，進入石英玻璃反應室，反應室上方有金屬鹵化物燈發射紫外光，將石英玻璃反應室的空氣樣品中NO2分解為NO，空氣樣品中的本身的NO與·其他氮氧化物并不發生改變，樣品繼續隨氣路進入NO檢測器，NO檢測器測量出所有的NO，其中包括空氣中本身含有的NO和被紫外光分解的NO2，此時得到一個NCHNO2 = NOx的值；在第二種狀態，即電磁閥為A-C相通，此時空氣樣品不經過粒子過濾器而直接進入到鑰轉化器，空氣中的氣態和粒子態的NOy物種在轉化器中全部被轉化為NO，然后進入到NO檢測器中，這部分NO包括空氣中原有的NO和所有的NOy，得到一個NOy的值，通過設定電磁閥循環控制，使它每2-5分鐘轉換一次狀態，得到兩個值，NOy與NOx，一般近似認為，在10分鐘內，空氣中的成分沒有太大變化，因此可以使用NOy的值減去NOx的值，得到NOz的值。通過持續的循環檢測，即可得到在線的NOz監測數據。NO檢測器使用化學發光法NO檢測器，其檢測原理為自身的O3發生器發出高濃度O3，在反應室內與樣品中的NO發生化學反應，NCHO3 = N02+hv, hv為反應過程中發出光能，這個光的強度與反應物濃度符合朗伯比爾定律，通過檢測光強，可計算出NO的濃度。以上所述，僅為本發明中的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內，因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種測定空氣中活性奇氮氧化物的方法，具體步驟是 將待測氣體分別輸入鑰轉化器和紫外光轉化單元，鑰轉化器將待測氣體中所有的總活性氮氧化合物均轉化為一氧化氮，然后測定總活性氮氧化物濃度； 紫外光轉化單元中的待測氣體在紫外光照射下將二氧化氮轉化為一氧化氮，然后測定氮氧化物濃度，并由總活性氮氧化物濃度減去氮氧化物濃度，得到活性奇氮氧化物的濃度。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，待測氣體是被采樣泵抽吸進入鑰轉化器和紫外光轉化單元。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其中，鑰轉化器是在320°C_400°C之間將所有的總活性氮氧化合物均轉化為一氧化氮。
4.一種實現權利要求I所述方法的裝置，主要包括有紫外光轉化器單元、鑰轉化器和一氧化氮檢測器單元；其中 紫外光轉化器單元由石英反應室和紫外線光源構成，紫外線光源可透過石英反應室并照射石英反應室內的待測氣體； 紫外光轉化器單元和鑰轉化器的進樣口均通過一三通閥連接至一進氣口，紫外光轉化器單元和鑰轉化器的出樣口均連接至一氧化氮檢測器單元。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中，紫外光轉化器單元的進樣口安裝有粒子過濾膜。
6.根據權利要求4所述的裝置，其中，紫外光源單元裝備有金屬鹵素燈，產生UV-B波段的紫外光。
7.根據權利要求4所述的裝置，其中，三通閥為電磁三通閥。
全文摘要
一種測定空氣中活性奇氮氧化物的方法，具體步驟是將待測氣體分別輸入鉬轉化器和紫外光轉化單元，鉬轉化器的待測氣體中所有的總活性氮氧化合物均轉化為一氧化氮，然后測定總活性氮氧化物濃度；紫外光轉化單元中的待測氣體在紫外光照射下將二氧化氮轉化為一氧化氮，然后測定氮氧化物濃度，并由總活性氮氧化物濃度減去氮氧化物濃度，得到活性奇氮氧化物的濃度。本發明還公開了用于實現上述方法的裝置。本發明可精確定量檢測出NOz，對于光化學污染、灰霾形成機理，空氣質量模式等科研業務工作必不可少，可為制定大氣污染調控政策等提供數據與理論支持，具有研究價值和科學意義。
文檔編號G01N33/00GK102749416SQ20121007804
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者修天陽, 孫揚, 宋濤, 王躍思 申請人:中國科學院大氣物理研究所