[發明專利]環境空氣中的顆粒的采樣和測量設備和方法

無效

• 申請號: 201310432492.7
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103674793A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 本杰明·Y·H·劉;維吉爾·A·馬普爾;弗朗西斯科·羅曼;李林
• 申請（專利權）人: MSP公司
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N1/22;G01N1/28
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋融冰

相關申請的交叉引用

本申請基于以下專利申請且要求以下專利申請的權益：2013年9月19日提交的美國非臨時申請序列No.14/031,661和2012年9月21日提交的美國臨時申請序列No.61/704,148，以上專利申請的全部內容通過引用并入本文。

技術領域

用于采樣和測量空氣中的顆粒物的儀器可用于各種目的。該儀器可以被用于科學研究，以研究顆?？諝馕廴疚锏男再|及其在環境大氣中的運送和分散。該儀器還可用于研究顆?？諝馕廴疚飳θ祟惤】档挠绊?。另外，出于法規遵從目的，該儀器還可以被用于采樣和測量大氣中的顆粒物，以確定環境水平是否在法律規定的安全極限內。

發明內容

本發明描述了用于采樣和測量環境大氣中的空氣顆粒物的方法和設備。在使用容易性和測量精確度最重要之處，該方法和設備特別可用于遵從測量目的。

本發明的設備包括用于含有氣體的顆粒進入的入口。機構然后用于除去大于選定尺寸的粗顆粒，同時允許小于選定尺寸的顆粒穿過。包括石英晶體傳感器的腔室允許已經穿過的顆粒沉積，以響應于沉積的顆粒物產生輸出信號。

本發明還包括一種用于使用設備測量氣體中的顆粒的濃度的方法，其中含有氣體的顆粒進入腔室。該腔室包括石英晶體傳感器，顆粒在石英晶體傳感器上沉積，以響應于沉積的顆粒物產生輸出信號。該腔室被保持在足以防止蒸氣在傳感器上冷凝的溫度下。該方法包括：除去等效空氣動力學直徑大于約10μm的粗顆粒，允許等效空氣動力學直徑小于約10μm的顆粒穿過。使等效空氣動力學直徑小于約10μm的顆粒帶有電暈放電中產生的離子。將穿過的顆粒沉積在石英晶體傳感器上，且測量石英晶體傳感器的輸出信號。

附圖說明

圖1為一個優選實施例中的用于采樣和測量環境大氣中的空氣顆粒的系統的示意圖。

圖2為用于除去直徑大于10μm的顆粒的入口顆粒分離器的示意圖。

圖3為用于收集用于重量分析或化學分析的大氣中的顆粒的過濾器采樣器的示意圖。

圖4為一個優選實施例中的用于將大氣中的顆粒沉積到質量檢測傳感器上的采樣器。

圖5A和5B為用于檢測石英晶體上的沉積的顆粒物的石英晶體微量天平的示意圖。

具體實施方式

圖1示出了根據本發明的用于采樣和測量大氣中的顆粒的系統?？傮w上在100處示出的系統具有用于攜帶懸浮顆粒的環境空氣進入的采樣入口110。入口110設置有顆粒分離器，顆粒分離器用于除去大于大約10μm的粗顆粒，由此僅僅允許較小顆粒（即小于大約10μm的顆粒）流動穿過且到達用于樣品采集和分析的下游部件。

沿路徑120流動的空氣的一部分進入采樣腔室130，采樣腔室130包括過濾器134，用于在過濾器上采集大氣中的顆粒用于分析，沿該路徑的空氣流的速率通過小電泵140保持?？諝獾牧魉偻ㄟ^流速傳感器和電子控制器150測量。在電子控制器150（其具有反饋控制）的幫助下，流速可以被保持在特定的設定值。典型地，流速小于約30升/分鐘。可以使用較高的流速。然而，小量材料能夠使用本文描述的設備和方法被精確分析用于質量和/或化學組成分析。使用高采樣流速采集大量材料用于分析是不必要的。本文描述的小型和緊湊的儀器易于裝配和在實驗室或曠野中使用，同時提供測量所需要的精確度。相比之下，用于環境監測的傳統空氣采樣器以大約40立方英尺/分鐘（即1120升/分鐘）的流速操作。此處描述的30升/分鐘的流速僅僅為用于該目的的傳統流速的大約2.5%。

沿路徑160流動的氣流的另一部分進入腔室170，腔室170包括顆粒質量檢測傳感器174，以監測沉積在傳感器174的檢測表面上的顆粒的質量。沿該路徑的氣流也通過小泵180保持，流速通過流速傳感器和控制器190測量，以將空氣流速保持在特定的設定值。

空氣的第三部分沿路徑200流動且進入另一粗顆粒分離器210，以除去大于大約2.5μm或大約1.0μm的粗顆粒。在粗顆粒分離器之后，空氣被分為兩個下游路徑220和230?？諝饴窂?20通向腔室240，腔室240包括過濾器采樣器，過濾器采樣器采集大氣中的顆粒樣品用于分析。另一空氣路徑230通向腔室250，腔室250包括傳感器254，傳感器254用于監測沉積在傳感器的檢測表面上的顆粒的質量，用于監測直徑小于大約2.5μm或大約1.0μm的大氣中的顆粒的質量濃度。