[發(fā)明專利]自動測量大氣氣溶膠中有機(jī)碳/元素碳質(zhì)量濃度的設(shè)備及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910117198.0
• 申請日: 2009-07-02
• 公開（公告）號: CN101592607A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁晴;劉建國;陸亦懷;王亞萍;陸釩;石建國
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59;G01N1/28;F27B17/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)保檢測領(lǐng)域，是一種自動測量大氣氣溶膠中有機(jī)碳/元素碳質(zhì) 量濃度的設(shè)備及方法。

背景技術(shù)

有機(jī)碳和元素碳作為氣溶膠的重要組成部分，危害人類健康、降低城市能見 度、破壞地球輻射平衡影響全球氣候，從而成為氣溶膠領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。目 前有機(jī)碳和元素碳的分析方法主要分為熱學(xué)法和光學(xué)法兩大類。

熱學(xué)分析法基本原理是根據(jù)有機(jī)碳、元素碳的揮發(fā)性不同，在不同的溫度下 逸出率不同而對兩者加以區(qū)分，揮發(fā)、熱解和氧化的碳經(jīng)過催化劑的作用轉(zhuǎn)化為 CO2，再用NDIR儀器檢測CO2。熱學(xué)法設(shè)備簡單，容易操作，但是熱學(xué)分析法 一直無法解決熱分析過程中有機(jī)碳向元素碳的炭化的問題，同時(shí)也不能保證在分 析元素碳之前有機(jī)碳已經(jīng)完全氧化。這些都給測量帶來極大的不準(zhǔn)確性。

光學(xué)測定法較熱學(xué)法先進(jìn)之處在于可以做到實(shí)時(shí)在線檢測，光學(xué)法的測量原 理是：單位面積膜上的元素碳的沉積量M_EC與光學(xué)衰減量A呈線性關(guān)系：

A＝In(I₀/I)＝σ·M_EC

式中：I₀——為透過濾膜前的光強(qiáng)；

I——為透過濾膜后的光強(qiáng)；

M_EC——是單位面積采樣膜上的EC質(zhì)量，單位g·m^-2

σ——EC質(zhì)量衰減系數(shù)，即單位面積的濾膜上沉積有單位質(zhì)量EC時(shí)的衰 減，單位m²g^-1。

所以可以通過測量透過濾膜前后的光強(qiáng)來推算濾膜上元素碳的沉積量。光學(xué) 測定法的缺點(diǎn)在于只能測量對光吸收較強(qiáng)的元素碳，而對光吸收較弱的有機(jī)碳成 分就無法測定了。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種自動測量大氣氣溶膠中有機(jī)碳/元素碳質(zhì)量濃度的 設(shè)備及方法，以解決傳統(tǒng)技術(shù)中熱學(xué)分析法不準(zhǔn)確性大，以及光學(xué)測定法無法測 定有機(jī)碳的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

自動測量大氣氣溶膠中有機(jī)碳/元素碳質(zhì)量濃度的設(shè)備，其特征在于：包括 有石英爐，所述石英爐包括一體化的相互聯(lián)通呈直線排列的的燃燒爐、氧化爐， 燃燒爐內(nèi)固定有一石英濾膜，燃燒爐前端有一進(jìn)光口，所述的進(jìn)光口上安裝有透 光窗片，所述的透光窗片前方安裝有激光器，所述燃燒爐前端分別聯(lián)通有氦氣進(jìn) 氣管道與氦、氧混合氣進(jìn)氣管道，氦氣進(jìn)氣管道與氦、氧氣混合氣進(jìn)氣管道中分 別安裝有電磁閥門，氦氣和氦、氧混合氣的混合氣體通過電磁閥門及管道由燃燒 爐進(jìn)入氧化爐；氧化爐后端安裝有透光視窗，透光視窗后端光路中安裝有激光探 測器，所述的氧化爐后端聯(lián)通CO₂溢出管通向NDIR檢測模塊，所述CO₂溢出 管中也安裝有電磁閥門。

所述的自動測量大氣氣溶膠中有機(jī)碳/元素碳質(zhì)量濃度的設(shè)備，其特征在于： 燃燒爐和氧化爐內(nèi)都安裝有熱電偶，用于測量爐內(nèi)溫度。

自動測量大氣氣溶膠中有機(jī)碳/元素碳質(zhì)量濃度的方法，其特征在于：

(1)、設(shè)置石英爐，石英爐包括一體化的燃燒爐和氧化爐，燃燒爐和氧化爐 內(nèi)分別安裝熱電偶測量爐內(nèi)溫度；待測石英濾膜置于燃燒爐內(nèi)；在透明的燃燒爐 外，濾膜的兩側(cè)，分別安裝激光器和激光探測器；He/O2、He、He/CH4等分析 氣通過閥控網(wǎng)絡(luò)由燃燒爐進(jìn)入石英爐；氧化爐的出氣端通往基于NDIR原理的 CO2檢測模塊。

(2)、第一階段閥控網(wǎng)絡(luò)往石英爐內(nèi)注入He，程序控制燃燒爐升溫到850度， 在這個(gè)過程中，一部分有機(jī)碳揮發(fā)并逸出，沒有逸出的有機(jī)碳被高溫碳化為元素 碳；逸出的有機(jī)碳通過管道進(jìn)入填充MnO2催化劑的氧化爐，被轉(zhuǎn)化為CO2， CO2通過閥控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入NDIR檢測模塊，被量化檢測；檢測完畢后，燃燒爐溫度 降到600度，該階段氧化爐始終保持850度；

(3)、第二階段閥控網(wǎng)絡(luò)往石英爐內(nèi)注入He/O2混和氣，第二次升溫開始，將 燃燒爐加熱到850度，在這個(gè)過程中，在O2的氧化作用下，元素碳和步驟(2) 中被碳化的有機(jī)碳被氧化為CO2并逸出，逸出的CO2通過管道入NDIR檢測模 塊，被量化檢測，該階段氧化爐始終保持850度；