對可吸入顆粒物分類并測量濃度的機構及其檢測方法
【專利摘要】本發明涉及一種對可吸入顆粒物分類并測量濃度的機構及其檢測方法，細粒子采集探頭的一端依次連通保溫干燥室、氣溶膠中和器、電暈放電器的一端，電暈放電器的另一端分為兩路，一路依次連通低壓串級撞擊器、多通道靜電計，另一路依次連通高壓電極電場、空氣凈化器。本發明體積小、響應快，可以全天候檢測與播放PM值，按照標準數據接口設計，可以與多種外接設備兼容，采集到的細粒子樣氣與自由電子碰撞形成電子雪崩，根據顆粒物的慣性按氣動力學粒徑將顆粒分成多個等級，各個粒徑的帶電細粒子沉積所產生的電流值由多通道靜電計測得，根據各個粒徑電流值反映出顆粒物濃度，并以各種形式表現測量結果，為環境監測治理提供輔助支持和海量可靠數據。
【專利說明】對可吸入顆粒物分類并測量濃度的機構及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環保電子檢測設備領域，涉及一種對可吸入顆粒物分類并測量濃度的機構及其檢測方法，可為環境監測治理提供輔助支持和海量可靠數據。
【背景技術】
[0002]霧霾是霧和霾的組合詞。霧霾現象常見于城市。中國不少地區將“霾”并入“霧”一起作為災害性天氣現象進行預警預報，統稱為“霧霾天氣”。近年來，由于空氣質量惡化，霧霾現象出現增多且危害加重。如遇霧霾天氣盡量做好防范措施，如:戴口罩，并盡量避免戶外活動。2013年I月份全國出現大面積霧霾天氣，2014年I月4日，國家減災辦、民政部通報2013年自然災情，首次將霧霾天氣納入。
[0003]二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物這三項是霧霾主要組成，前兩者為氣態污染物，最后一項顆粒物才是加重霧霾天氣污染的罪魁禍首，它們與霧氣結合在一起，讓天空瞬間變得陰沉灰暗。顆粒物的英文縮寫為PM，北京監測的是細顆粒物(PM2.5)，也就是直徑小于等于2.5微米的污染物顆粒。這種顆粒本身既是一種污染物，又是重金屬、多環芳烴等有毒物質的載體。
[0004]城市有毒顆粒物來源:首先是汽車尾氣。使用柴油的車子是排放細顆粒物的“重犯”。使用汽油的小型車雖然排放的是氣態污染物，比如氮氧化物等，但碰上霧天，也很容易轉化為二次顆粒污染物，加重霧霾。
[0005]霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統，多出現于秋冬季節，是近地面層空氣中水汽凝結或凝華的產物。霧的存在會降低空氣透明度，使能見度惡化。
[0006]霾是由空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子組成的。它也能使大氣渾濁，視野模糊并導致能見度惡化。
[0007]目前在顆粒物分析方面，質量濃度測量最常使用的方法為重力分析法，此外，DMM-230、β-射線分析儀、TEOM等也被用于顆粒物質量排放的測試。顆粒物粒徑分布和數量濃度檢測方面，主要分析儀器為掃描電遷移率顆粒物粒徑譜儀(SMPS )和靜電低壓撞擊器(ELPI)。然而，上述幾類分析方法大都利用了離線(off-line)分析技術，無法做到實時采樣監測的效果。由于這些技術在進行分析前都需要用過濾器來收集樣品，因此難免會帶來基體干擾的問題；并且這些方法非常耗時，一般需要幾個小時甚至幾天的時間才能收集足夠的樣品來進行化學分析。
【發明內容】
[0008]本發明所要解決的問題在于，克服現有技術的不足，提供一種對可吸入顆粒物分類并測量濃度的機構及其檢測方法，對可吸入顆粒物分類并測量濃度的機構體積小、響應快，可以全天候檢測與播放PM值，按照標準數據接口設計，可以與多種外接設備兼容，采集到的細粒子樣氣與自由電子碰撞形成電子雪崩，根據顆粒物的慣性按氣動力學粒徑將顆粒分成多個等級，各個粒徑的帶電細粒子沉積所產生的電流值由多通道靜電計測得，根據各個粒徑電流值反映出顆粒物濃度，并以各種形式表現測量結果，為環境監測治理提供輔助支持和海量可靠數據。
[0009]本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的:
依據本發明提供的一種對可吸入顆粒物分類并測量濃度的機構，包括細粒子探頭、低壓串級撞擊器、高壓電極電場、空氣凈化器、氣溶膠中和器、電暈放電器、保溫干燥室、多通道靜電計，所述的細粒子采集探頭的一端依次連通保溫干燥室、氣溶膠中和器、電暈放電器的一端，電暈放電器的另一端分為兩路，一路依次連通低壓串級撞擊器、多通道靜電計，另一路依次連通高壓電極電場、空氣凈化器。
[0010]一種對可吸入顆粒物分類并測量濃度的機構的檢測方法，包括以下步驟:
(1)細粒子探頭采集到的細粒子樣氣，在保溫干燥室進行溫度的恒定與濕度的降低，再流經氣溶膠中和器去靜電，后進入電暈放電器；
(2)空氣凈化器將采集到的常規空氣凈化為純凈氣體，純凈氣體進入高壓電極電場被電離為陽離子與自由電子；
(3)自由電子在電暈放電器與細粒子樣氣碰撞形成電子雪崩，集結附著在細粒子表面，帶上電荷的細粒子流經低壓串級撞擊器，根據顆粒物的慣性按氣動力學粒徑將顆粒分成多個等級，各個粒徑的帶電細粒子沉積所產生的電流值由多通道靜電計測得，根據各個粒徑電流值反映出顆粒物濃度。
[0011]本發明與現有技術相比具有顯著的優點和有益效果:
由于本發明采用低壓串級撞擊器，對撞擊式采樣器進行思路拓展與技術改進。撞擊式采樣器截留的原理是在一定抽氣流量下，顆粒物隨氣流進入采樣器，不同粒徑的顆粒具有不用的動量，當氣流改變方向時，由于顆粒物的慣性而脫離氣流，動量大于某一臨界值的顆粒便會撞擊在收集板上，被收集板截留。串級式撞擊采樣器樣品分析結果的計算將截留粒徑不同的撞擊器按照截留粒徑大小串聯構成串級式撞擊采樣器，根據顆粒物的慣性按氣動力學粒徑將顆粒分成多個等級，它在采樣過程中將顆粒物按照一定粒徑范圍分別采到各級上。這種截留不是100%的，對不同粒徑截留效率不同。
[0012]低壓串級撞擊器是在氣流改變方向的路徑，加載適當大小的環形電場，根據電場
中的庫侖定律變式
【權利要求】
1.一種對可吸入顆粒物分類并測量濃度的機構，包括細粒子探頭、低壓串級撞擊器、高壓電極電場、空氣凈化器、氣溶膠中和器、電暈放電器、保溫干燥室、多通道靜電計，其特征在于:所述的細粒子采集探頭的一端依次連通保溫干燥室、氣溶膠中和器、電暈放電器的一端，電暈放電器的另一端分為兩路，一路依次連通低壓串級撞擊器、多通道靜電計，另一路依次連通高壓電極電場、空氣凈化器。
2.一種用于權利要求1所述的對可吸入顆粒物分類并測量濃度的機構的檢測方法，其特征在于:包括以下步驟: 細粒子探頭采集到的細粒子樣氣，在保溫干燥室進行溫度的恒定與濕度的降低，再流經氣溶膠中和器去靜電，后進入電暈放電器； 空氣凈化器將采集到的常規空氣凈化為純凈氣體，純凈氣體進入高壓電極電場被電離為陽離子與自由電子； 自由電子在電暈放電器與細粒子樣氣碰撞形成電子雪崩，集結附著在細粒子表面，帶上電荷的細粒子流經低壓串級撞擊器，根據顆粒物的慣性按氣動力學粒徑將顆粒分成多個等級，各個粒徑的帶電細粒子沉積所產生的電流值由多通道靜電計測得，根據各個粒徑電流值反映出顆粒物濃度。
【文檔編號】G01N15/02GK103926178SQ201410180513
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】張立強, 劉康, 魏所庫 申請人:天津圣納科技有限公司