一種細顆粒物測量裝置及其測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種細顆粒物測量裝置，特別是涉及一種細顆粒物測量裝置及其測量方法。
【背景技術】
[0002]由于細微顆粒物對人體的健康產生很大的危害，尤其是小于2.5微米的顆粒，PM2.5因為體積比較小，具有很大的比表面積，因而容易吸附有毒物質，并且這些顆粒可以輕易的到達肺部深處，從而引起各種肺部疾病，為此國家發布了新修訂的《環境空氣質量》標準。新標準增加了 PM2.5的濃度限值檢測標準。因此亟需一個簡單可靠的并且價格低廉的PM2.5實時測量設備。
[0003]測量PM2.5最經典的方法就是50年代發明的濾膜法，這種方法只需要一個PM2.5切割頭、一臺泵和膜架及其濾膜，采集24小時樣品后，取下濾膜稱重即可，必要時可以平行采集3個樣品，經恒溫恒濕后再稱重。該可靠實用的方法于1975年寫進了德國工業標準，用于校準各種測量儀器。這種方法的缺點是，氣流長時間不斷通過采樣濾膜，濾膜上采集到的物質隨著氣流和溫度的變化會造成揮發性和半揮發性物質損失。同時，一些極細小的顆粒還是能穿過濾膜造成檢測結果偏低；相反，氣態物質也可能被濾膜吸附，造成結果偏高。并且該方法也不能實現PM2.5的實時監測。
[0004]石英微量震蕩天平法是目前我國很多城市監測PMlO最常用的方法，也可以用來確定PM2.5的濃度。該方法利用了石英晶體諧振器的壓電特性，將石英晶振電極表面質量變化轉化為石英晶體振蕩電路輸出電信號的頻率變化。優點是定量關系明確，尤其是對小顆粒。缺點是目前的技術無法解決樣品加熱后揮發性和半揮發性物質的損失，導致測定結果被認為偏低；如果增加膜動態校準系統，則會因技術不成熟造成成本大幅度增高、操作復雜化，最關鍵的是儀器故障率大幅度升高，難以獲得高質量數據。且石英微量震蕩天平法對測量環境的要求很高，比如空氣溫度，濕度，壓力，因此不適合南方潮濕地區和污染過于嚴重城市。
[0005]測量PMlO或者PM2.5的另外一種比較常見的方法是β射線法。首先一定厚度的顆粒被收集在3源和蓋革計數器之間的濾膜表面。當β射線通過時，其強度隨著厚度的增加而逐漸衰弱。根據采樣前后的蓋革計數器的數值變化可以推算出濾膜上吸附的顆粒的質量。β射線法居于兩個假設:一是儀器的采樣濾膜條帶均一 ；二是采集下來的粒子物理特性均一。上述兩個假設往往并不成立，因此測定數據一般被認為偏高，這種檢測方法在相對干凈和干燥的地區故障率低，在潮濕高溫區域故障率較高。并且該設備成本相對較高。
[0006]其次常用的方法還有激光散射法。該方法利用的是空氣中顆粒可以光散射。通過測量散射光的強度可以間接的確定顆粒的濃度。利用激光散射法的測量受顆粒大小的影響。通過確定顆粒的數量濃度和大小可以計算出顆粒的質量濃度。通常激光散射法只對0.3微米以上的顆粒比較敏感，并且顆粒的密度也未知，從而導致ΡΜ2.5測量產生很大的誤差。
[0007]除此以外，還有一種用于確定來自燃燒過程產生的顆粒濃度的方法就是光電子發射檢測法。該方法的原理就是來自燃燒產生的顆粒通常含有芳香族碳氫化合物，這些物質對紫外線非常敏感。通過紫外線的照射，這些物質就會釋放出電子。除掉這些激發出來的電子，這樣顆粒就會帶上正電。顆粒的帶電量跟顆粒的質量濃度成比。這種方法適用小于一個微米顆粒的測量。
【發明內容】
[0008]為解決上述問題，本發明提供一種簡單可靠，且價格低廉的細顆粒物測量裝置。
[0009]為實現上述目的，本發明提供以下的技術方案:一種細顆粒物測量裝置，用于檢測空氣中的PM2.5的含量，包括用于收集空氣樣品的PMlO收集器、用于分離所述空氣樣品中細顆粒物的PM2.5切割器、用于檢測空氣樣品中細顆粒物含量的檢測裝置以及用于穩定氣流的氣泵，所述檢測裝置包括，
[0010]激光散射儀，用于測定空氣樣品中細顆粒物散射強度；
[0011]光電子發射檢測儀，用于測定空氣樣品中細顆粒物帶電量；
[0012]信號處理器，用于將所述細顆粒物散射強度和細顆粒物帶電量轉換為細顆粒物濃度；
[0013]所述PMlO收集器連接所述PM2.5切割器；
[0014]所述PM2.5切割器連接所述激光散射儀；
[0015]所述激光散射儀連接所述光電子發射檢測儀；
[0016]所述光電子發射儀連接所述氣泵；
[0017]所述激光散射儀和光電子發射檢測儀還分別連接所述信號處理器。
[0018]所述激光散射儀包括空氣通道、激光模塊以及探測模塊，
[0019]所述激光模塊包括用于激光通過的激光通道和設于所述激光通道兩端的用于發射激光的激光源和用于吸收激光的激光捕捉器；
[0020]所述探測模塊包括用于激光散射的散射通道和設于所述散射通道兩端的檢測空氣樣品中細顆粒物散射強度的激光強度探測儀和用于吸收散射激光的激光捕捉器；
[0021]所述空氣通道、激光通道以及散射通道設有已測量的交叉空間；
[0022]所述激光源的入射光線與激光散射光線的交叉區域設于所述已測量的交叉空間內；
[0023]所述PM2.5切割器的出口連接所述空氣通道的進口 ；
[0024]所述激光強度探測儀連接所述信號處理器。
[0025]所述激光源和交叉區域之間還設有用于聚焦的棱鏡。
[0026]所述光電子發射檢測儀包括，
[0027]紫外線照射空間，用于激發空氣樣品中細顆粒物的電子；
[0028]電子收集器，用于去除空氣樣品中細顆粒物的電子；
[0029]過濾器，用于收集空氣樣品中的細顆粒物；
[0030]法拉第杯，用于測定所述過濾器中細顆粒物的帶電量；
[0031]放大器，用于放大帶電量的信號；
[0032]所述空氣通道的出口連接所述紫外線照射空間的進口 ；
[0033]所述紫外線照射空間的出口連接所述電子收集器的進口 ；
[0034]所述電子收集器的出口連接所述過濾器；
[0035]所述過濾器設于所述法拉第杯中并且連接所述放大器；
[0036]所述放大器連接所述信號處理器；
[0037]所述法拉第杯的出口連接所述氣泵。
[0038]優選的，所述法拉第杯和氣泵之間還設有用于去除空氣中濕氣的干燥器；
[0039]優選的，所述干燥器中設有用于去除氣態酸性物質的活性炭層。
[0040]優選的，所述氣泵后還設有用于循環使用凈化后空氣的分流裝置，所述分流裝置為用于分流氣體的毛細管；所述氣泵的出口連接所述毛細管的進口 ；所述毛細管的出口分別連接所述PMlO收集器和外界。
[0041]本發明還提供另一個技術方案，一種細顆粒物測量方法，所述細顆粒物測量方法的工藝流程為:(I)收集空氣樣品(2)分離空氣樣品中的細顆粒物(3)測定空氣樣品中的細顆粒物散射強度并轉換為空氣樣品中的細顆粒物濃度(4)測定空氣樣品中的細顆粒物帶電量并轉換為空氣樣品中的細顆粒物濃度。
[0042]優選的，所述細顆粒物測量方法的工藝流程還包括:a、干燥凈化余氣；b、余氣循環利用。
[0043]所述細顆粒物測量方法的具體步驟為:
[0044](I)收集空氣樣品，通過PMlO收集器收集所要測量的空氣樣品，并且根據空氣情況對所述空氣樣品進行加熱和/或稀釋；
[0045](2)分離空氣樣品中的細顆粒物，通過PM2.5切割器分離，直徑大于2.5微米的顆粒物被去除，直徑小于和等于2.5微米通過所述PM2.5切割器；
[0046](3)測定空氣樣品中的細顆粒物散射強度并轉換為細顆粒物濃度，通過激光散射儀測定空氣樣品中細顆粒物的散射強度，并通過信號處理器將所述空氣樣品中細顆粒物的散射強度轉換為空氣樣品中細顆粒物的濃度；
[0047](4)測定空氣樣品中的細顆粒物帶電量并轉換為細顆粒物濃度，通過光電子發射檢測儀收集空氣樣品中的細顆粒物，并測定細顆粒物的帶電量，然后通過放大器放大帶電量的信號，然后通過信號處理器將所述空氣樣品中細顆粒物的帶電量轉換為空氣樣品中細顆粒物的濃度；
[0048](5)干燥凈化余氣，空氣樣品被收集細顆粒物后的余氣，通過設有活性炭層的干燥器去除所述余氣中的濕氣和氣態酸性物質；
[0049](6)余氣循環利用，通過氣泵穩定氣流，并且通過毛細管將凈化后的余氣分別分流至PMlO收集器用于稀釋空氣樣品和外界。
[0050]采用以上技術方案的有益效果是:該方法的特點就是組合了激光散射法和光電子發射檢測法，在激光散射法中，信號隨著顆粒大小的增加而增加，而對于光電子發射檢測法，信號隨著顆粒大小的增加而減小；反之，激光散射法的信號隨著顆粒大小的減小而減小，而光電子發射檢測法隨著顆粒邊小而變大；通過組合這兩種方法，可以消弱顆粒性質對測量的影響；同時通過采用凈化裝置和分流裝置，能夠直接循環利用潔凈的空氣對空氣樣品進行稀釋，節省了設備。
【附圖說明】
[0051]圖1是本發明的組成方框圖；
[0052]圖2是本發明中激光散射儀的結構示意圖；
[0053]圖3是本發明中光電子發射檢測儀的結構示意圖；
[0054]圖4是本發明一種PM2.5測量測量方法的工藝流程圖。
[0055]其中，1.PMlO收集器2.PM2.5分離器3.激光散射儀31.空氣通道321.激光通道 322.激光源 323.棱鏡 324.激光捕捉器331.散射通道 332.激光強度探測儀 333.散射激光捕捉器 34.交叉空間 35.交叉區域 4.光電子發射檢測儀41.紫外線照射空間411.紫外線照射空間進口 412.紫外線燈管42.電子收集器43.過濾器44.法拉第杯441.法拉第杯進口 442.法拉第杯出口 45.放大器5.信號處理器6.干燥器61.活性炭層7.氣泵8.分流裝置81.毛細管I 82.毛細管II
【具體實施方式】
[0056]下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施方式。
[0057]實施例1
[0058]參見圖1、圖2以及圖3，如其中的圖例所示，一種細顆粒物測量裝置，用于檢測空氣中的PM2.5的含量，包括用于收集空氣樣品的一PMlO收集器1、用于分離所述空氣樣品中細顆粒物的一 PM2.5切割器2、用于檢測空氣樣品中細顆粒物含量的一檢測裝置、用于去除空氣樣品中濕氣的一干燥器6、用于穩定氣流的一氣泵7以及用于循環使用凈化后空氣的一分流裝置8，所述檢測裝置包括，
[0059]一激光散射儀3，用于測