[發明專利]一種灰霾成分在線監測裝置

有效

• 申請號: 201310340345.7
• 申請日: 2013-08-06
• 公開（公告）號: CN103398987A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 倪志波;董鳳忠;王靜鴿;陳興龍;付洪波
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及一種灰霾成分在線監測裝置，屬于空氣質量監測領域，

技術背景

PM2.5也稱為可入肺顆粒物，是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，主要來源于燃燒過程排放的殘留物。呼吸過程中，直徑在2.5微米以下的細顆粒物不易被阻擋，被吸入人體后會直接進入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發各種疾病。這些顆粒還可以通過支氣管和肺泡進入血液，其中的有害氣體、重金屬等溶解在血液中，對人體健康的傷害更大。近年來，我國對空氣質量的重視程度越來越高，自2012年開始，京津冀、長三角、珠三角等重點區域以及直轄市和各個省會城市均開展了PM2.5的監測工作。從發布的數據來看，目前監測的主要是PM2.5的小時濃度數據，而沒有關于PM2.5成分的實時監測數據。

傳統的氣溶膠化學成分檢測方法需要經過收集、提取、分析等過程，分析周期一般為幾天，實時性非常差。利用PILS-IC-VA技術可實現氣溶膠中陰陽離子、重金屬的同時自動測量，其中離子成分的檢測由離子色譜完成，重金屬由VA完成。這種技術的采樣周期一般在數分鐘，在很大程度上提高了大氣樣品的時間分別率，但實時性也不強。質譜技術可實現氣溶膠中多種化學成分和含量的同步實時測量，在多個領域均有應用，但其也存在些缺點和不足。以飛行時間質譜儀為例，因缺乏串極功能，限制其進一步的定性能力。

綜上所述，現有技術或因分析周期較長、時間分辨率差，或因定性分析能力不足，使它們無法用于灰霾成分的實時在線監測。從我們的調研結果看，目前國內外尚未有與本發明相似的專利或文章發表。

發明內容

本發明的目的是：克服現有技術的不足，提供一種用于灰霾成分在線監測的裝置，這種設備將光學勢阱技術與激光誘導擊穿光譜技術相結合，實時監測空氣中灰霾的成分變化。

本發明技術解決方案如下：一種灰霾成分在線監測裝置，包括：灰霾收集單元、信號激發單元、信號收集單元、灰霾狀態監測單元和計算機32；所述灰霾收集單元包括灰霾收集腔1、粒徑選擇器3、勢阱激光器8、具有擴束和準直功能的組合透鏡12、斬光器14、高倍聚焦鏡頭18、漏斗形氣流約束器19、鞘流管28和抽氣泵30；所述信號激發單元包括脈沖激光器22、第一連接光纖21和激發光束聚焦探頭20，脈沖激光器22和激發光束聚焦探頭20間通過第一連接光纖21相連；所述信號收集單元包括信號收集探頭26、第二連接光纖27和光譜儀31，其中信號收集探頭26通過第二連接光纖27與光譜儀31相連，光譜儀31與計算機32相連；所述灰霾狀態監測單元由灰霾狀態監測探頭23、CCD探測器24和USB連接線25組成，CCD探測器24與計算機32通過USB連接線25連接；粒徑選擇器3位于灰霾收集腔1前端面的進樣口上，粒徑選擇器3后部裝有勢阱激光器8，勢阱激光器8固定于第一光學調整架9上，并通過第一支架10固定于灰霾收集腔1內的底板5上；具有擴束和準直功能的組合透鏡12固定于勢阱激光器8后部的第二光學調整架11上，第二光學調整架11通過第二支架13與灰霾收集腔1內的底板5相連；具有擴束和準直功能的組合透鏡12之后是斬光器14，斬光器14通過第三支架15固定于灰霾收集腔1內的底板5上；高倍聚焦鏡頭18安裝于斬光器14后部的第三光學調整架16上，并通過第四支架17與灰霾收集腔1內的底板5相連。漏斗形氣流約束器19緊鄰灰霾收集腔1內底板5的后端面安裝，且口徑較大的一端朝向進樣口方向；灰霾收集腔1的軸心線、勢阱激光器8的軸心線、具有擴束和準直功能的組合透鏡12的光軸方向、高倍聚焦鏡頭18的光軸方向和漏斗形氣流約束器19的軸心線均重合；灰霾收集腔1的后端面外側的軸心線位置處裝有鞘流管28，鞘流管28的尾端通過軟管29與抽氣泵30相連；灰霾收集腔1后端面前部的灰霾收集腔1側壁上開有3個螺紋孔，分別用于固定激發光束聚焦探頭20、信號收集探頭26和灰霾狀態監測探頭23，勢阱光束焦點、激發光束聚焦探頭20焦點、信號收集探頭26焦點和灰霾狀態監測探頭23焦點均重合于一點，激發光束聚焦探頭20的軸心線、信號收集探頭26的軸心線和灰霾狀態監測探頭23的軸心線在同一平面內，且與灰霾收集腔1的軸心線垂直，灰霾狀態監測探頭23位于灰霾收集腔1徑向剖面的正上方，激發光束聚焦探頭20和信號收集探頭26對稱分布于灰霾狀態監測探頭23的兩側，激發光束聚焦探頭20和信號收集探頭26的軸心線夾角為90度；