本發明涉及實驗室檢測設備領域,尤其涉及一種實驗室用熱光法有機碳元素碳分析儀。
背景技術:
大氣氣溶膠是懸浮在大氣中的固態和液態顆粒物的總稱,大氣氣溶膠中的碳質組分通常占大氣細粒子質量濃度的10~70%,是大氣細粒子的重要組成成分。其可分為3大類:有機碳OC、元素碳EC和碳酸碳CC。
目前越來越多人都認為EC對于全球變暖的作用非常明顯,EC可以吸收從紅外到紫外全波段的光,加速地球升溫,并且EC能加深顆粒物的顏色,使一些原本對輻射沒有吸收或者吸收較小的物質也能對光產生吸收,增加了顆粒物的輻射強迫,降低了大氣能見度。氣溶膠中的OC也能對光起散射作用,極大地影響了區域大氣的能見度。PM2.5的主要組成成分之一就有機碳OC和元素碳EC。
由于大氣氣溶膠碳質組分絕大部分存在于細粒子中,因而能夠很容易通過人體的呼吸作用進入人體的肺部,破壞改變肺的結構和功能,造成慢性呼吸道疾病,甚至能夠改變DNA的結構。
目前,對大氣氣溶膠碳質組分(OC/EC)的研究,已成為當今環境監測領域的熱點。主要采用兩種方法:膜采樣+離線分析和在線OC/EC監測。但是在線OC/EC分析儀的成本較高,難以在國內進行推廣應用,因此,為了能夠更好地、更方便快捷地獲得監測數據,清楚地了解我國氣溶膠的污染現狀,為治理大氣污染、改善空氣質量提供支持,迫切需要一種適合我國氣溶膠監測和研究的一種膜采樣+離線分析的適用于實驗室的分析儀。
技術實現要素:
本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單,能夠方便快捷、準確的地獲得監測數據,清楚地了解氣溶膠的污染狀況的一種實驗室熱光法有機碳元素碳分析儀。
為解決上述技術問題,本發明所采取的技術方案是:
一種實驗室熱光法有機碳元素碳分析儀,包括保護外殼和設于保護外殼內的石英爐以及分析單元,其特征在于:所述石英爐的爐口延伸至保護外殼外且爐口上設有爐帽,所述爐口通過載氣管路外接有載氣罐,所述載氣罐與爐口之間的載氣管路上設有載氣控制組件;所述石英爐包括一體式結構的反應爐和氧化爐;所述反應爐為“十”字形結構,反應爐的上下兩端為封閉的光窗結構,反應爐上下兩端的外部分別同軸設有激光發射器和透射光檢測器,且激光發射器與透射光檢測器之間的反應爐內設有石英濾膜,反應爐右端聯通爐口,反應爐左端聯通氧化爐入口;所述分析單元包括外接于保護外殼的甲烷轉化爐和FID檢測器,所述甲烷轉化爐入口通過樣品氣路連接氧化爐出口,所述甲烷轉化爐出口通過氣路連接FID檢測器。
進一步的技術方案在于:所述激光發射器下方設有成45°傾斜的反光片,在反光片的反光面一側設有與其水平的反射光檢測器。
進一步的技術方案在于:所述保護外殼內腔通過隔板隔離形成前后兩個腔室,所述載氣控制組件和石英爐分別設于兩個腔室的對角處。
進一步的技術方案在于:所述載氣管路穿過設于保護外殼上的進氣管口進入保護外殼內,所述載氣控制組件包括依次設于載氣管路上的限壓閥、流量計、流量控制閥和三通電磁閥,所述三通電磁閥一端的載氣管路穿過設于與爐口同側的保護外殼上的前板接頭,并與爐口連接。
進一步的技術方案在于:所述石英爐后方的隔板上設有降溫風扇安裝孔,降溫風扇安裝孔內設有朝向石英爐的風扇。
進一步的技術方案在于:所述石英爐左右兩側設有隔熱層。
進一步的技術方案在于:所述樣品氣路穿過設于保護外殼上的出氣管口以及隔板上的穿孔與氧化爐出口連接,所述出氣管口與進氣管口設于保護外殼的同一側,該側靠近載氣控制組件遠離石英爐。
進一步的技術方案在于:所述保護外殼側壁上設有散熱孔板。
進一步的技術方案在于:所述反應爐的出口處設有溫測探頭。
采用上述技術方案所產生的有益效果在于:
本發明結構簡單,體積小,采集少量樣本即可檢測出有機碳和元素碳的含量,通過熱光透射法和熱光發射法將有機碳和元素碳準確分割,單獨檢測,石英爐為一體式結構,避免樣品在加熱揮發過程中的損失,各種因素可控,數據檢測準確,能夠更好、更方便快捷地獲得監測數據,沒有區域限制,可對各地區氣溶膠采樣檢測,清楚地了解氣溶膠的污染現狀,為治理大氣污染、改善空氣質量提供支持。同時也可以進行空氣污染來源解析,判斷污染物的根源,為政府部門治理空氣提供依據。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1是本發明的軸測結構示意圖;
圖2是圖1中后側的軸測結構示意圖;
圖3是本發明的分析單元的軸測結構示意圖;
圖4是本發明激光檢測部分的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明保護的范圍。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明,但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施,本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣,因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
如圖1~4所示,一種實驗室熱光法有機碳元素碳分析儀,包括保護外殼40和設于保護外殼40內的石英爐以及分析單元,所述石英爐的爐口101延伸至保護外殼40外且爐口101上設有爐帽102,所述爐口101通過載氣管路外接有載氣罐,所述載氣罐與爐口101之間的載氣管路上設有載氣控制組件;所述石英爐包括一體式結構的反應爐10和氧化爐20;所述反應爐10為“十”字形結構,反應爐10的上下兩端為封閉的光窗結構,反應爐10上下兩端的外部分別同軸設有激光發射器11和透射光檢測器12,且激光發射器11與透射光檢測器12之間的反應爐10內設有石英濾膜16,反應爐10右端聯通爐口101,反應爐10左端聯通氧化爐20入口;所述分析單元包括外接于保護外殼40的甲烷轉化爐50和FID檢測器60,所述甲烷轉化爐50入口通過樣品氣路連接氧化爐20出口,所述甲烷轉化爐50出口通過氣路連接FID檢測器60。
激光發射器11下方設有成45°傾斜的反光片15,在反光片15的反光面一側設有與其水平的反射光檢測器14。
載氣管路的具體走向設置為,載氣管路穿過設于保護外殼40上的進氣管口2進入保護外殼40內,所述載氣控制組件包括依次設于載氣管路上的限壓閥31、流量計32、流量控制閥33和三通電磁閥34,所述三通電磁閥34一端的載氣管路穿過設于與爐口101同側的保護外殼40上的前板接頭41,并與爐口101連接。限壓閥31主要用于實現對載氣壓力的限制,經過限壓閥后,載氣的最大壓力會受到限制,這樣可以更穩定地控制載氣壓力。流量計32實現對載氣流量實時監測,并根據設定流量,實時調節流量控制閥,使實際流量與預設流量保持一致。因為系統的載氣罐包括有5種載氣,分別為氦氣、氦/甲烷混合氣、零空氣、氫氣和氦/氧混合氣,在各種運行狀態時,由三通電磁閥34根據需要進行切換至所需氣體,實現所需氣體控制。
而且,樣品氣路穿過設于保護外殼40上的出氣管口1以及隔板上的穿孔與氧化爐20出口連接,所述出氣管口1與進氣管口2設于保護外殼40的同一側,該側靠近載氣控制組件遠離石英爐。
反應爐10的出口處設有溫測探頭13,溫測探頭13實時監測樣品膜溫度,從而控制升溫程序各個梯度的準確溫度。
其中,保護外殼40內腔通過隔板隔離形成前后兩個腔室,所述載氣控制組件和石英爐分別設于兩個腔室的對角處,在有限的空間內使載氣控制組件和石英爐最遠設置。由于石英爐上設有加熱絲對檢測樣品加熱,所以需要將載氣控制組件與石英爐分離,且使兩者保持最遠的距離,載氣控制組件受石英爐影響溫度過高。并且,石英爐左右兩側設有隔熱層42,進一步將石英爐部分的熱量隔絕。石英爐后方的隔板上設有降溫風扇安裝孔43,降溫風扇安裝孔43內設有朝向石英爐的風扇,風扇對石英爐周圍環境進行降溫,防止損壞其它元器件。保護外殼40側壁上設有散熱孔板41,降低保護外殼40內部的問題,提高檢測溫度。
保護外殼40為1.7~2mm厚的金屬材質,保護外殼40的尺寸為40.6cm×40.6cm×52.1cm,使其滿足對內部元器件硬性保護的作用。而隔熱層42外側為12mm厚的不銹鋼材質,內側為相同尺寸的耐火磚材料,起到隔絕石英爐熱量的作用即可。
先通過采樣器將樣品覆集到石英濾膜16上,本發明在使用時,使用打孔器切割濾膜至合適尺寸,取下石英爐的爐帽102,將反應爐10內的石英舟取出,將切割好的石英濾膜16放置到石英舟上,通過石英舟將樣品送入石英爐的爐口101內,并推至反應爐10的交口處被反應爐10內的溫度熱電偶限位不再向前推進。檢測第一階段進行OC分析,向石英爐內通入氦氣、氦/甲烷混合氣、零空氣和氫氣四種載氣,同時石英爐開始升溫,在反應爐10內進行高溫裂解反應,樣品變成小分子物質后,樣品顆粒物中的有機碳在氧化爐20內經氧化爐20自帶的二氧化錳氧化,轉化成可檢測氣體CO2,生成的CO2氣體隨氦載氣進入甲烷轉化爐50,在甲烷轉化爐50內經氫氣和高溫條件下將CO2還原為甲烷,然后由FID檢測器60進行定量檢測。
檢測第二階段,通過載氣管路向石英爐的爐口101內通入氦/氧混合氣,將樣品膜中的元素碳(EC)氧化為可檢測的CO2,用上述同樣方式,經甲烷轉化爐50轉化為甲烷,再由FID定量檢測。
在樣品分析過程中,激光發射器11始終發射有一束激光照射到樣品膜即石英濾膜16上,發射到石英濾膜16上的激光一部分投射光穿過石英濾膜16被透射光檢測器12接收到,透射光檢測器12監測透過石英濾膜16的透射光的變化,當激光由初始值下降再上升至初始值時,該時刻即為有機碳和元素碳的分割點。
使用發射光進行OCEC分割時,激光發射器11發射的激光投射到石英濾膜16上時,會有一部分光被石英濾膜16反射回來,并經反光片15折射到反射光檢測器14,反射光檢測器14檢測反射光強度變化。當激光由初始值下降再上升至初始值時,該時刻即為有機碳和元素碳的分割點。
以上這種兩種檢測方法稱之為熱光透射法和熱光發射法。
其中,限壓閥31、流量計32、流量控制閥33、三通電磁閥34、部件11、透射光檢測器12、溫測探頭13和FID檢測器60均連接設于保護外殼40內載氣控制組件下方的控制主板30,控制主板30控制各個部件的運行,使儀器完成各種測試任務并通過信號線連接PC端。
本發明結構簡單,體積小,采集少量樣本即可檢測出有機碳和元素碳的含量,通過熱光透射法和熱光發射法將有機碳和元素碳準確分割,單獨檢測,石英爐為一體式結構,避免樣品在加熱揮發過程中的損失,各種因素可控,數據檢測準確,能夠更好、更方便快捷地獲得監測數據,清楚地了解氣溶膠的污染現狀,為治理大氣污染、改善空氣質量提供支持。
以上僅是本發明的較佳實施例,任何人根據本發明的內容對本發明作出的些許的簡單修改、變形及等同替換均落入本發明的保護范圍。