[發明專利]氣溶膠成核脈沖發生器

有效

• 申請號: 201410177454.6
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN103940753A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 龐樹峰;王娜;張云;李大民;張韞宏
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;B01J13/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;仇蕾安

技術領域

本發明屬于化學實驗領域，具體涉及一種氣溶膠成核脈沖發生器。

背景技術

PM2.5即分散于空氣中的直徑小于或等于2.5微米的液體或固體氣溶膠顆粒，目前已經成為大氣環境的主要污染源。PM2.5究竟如何形成的，環境濕度，大氣成分如何影響其生長，pM2.5在不同的地區是如何分布的？這些問題已經成為目前環境科學家和化學家們的研究熱點。雖然現在對于氣溶膠的分布以及其生長過程的研究已經取得了一些成果，但是由于氣溶膠凝結核的顆粒很小(小于3nm)，難以捕捉，因此對于氣溶膠的成核機制仍然存在很多爭議和研究空白。紅外光譜技術可以探測不同聚集態的化合物的結構信息，是研究氣溶膠的重要手段。因此將氣溶膠成核脈沖發生器與高分辨紅外光譜相結合可以為氣溶膠成核機理的研究提供有效的技術方法。

發明內容

本發明的目的是：為深入研究氣溶膠成核的動力學機理，提供一種氣溶膠成核脈沖發生器；

本發明的技術方案是：氣溶膠成核脈沖發生器，它包括：壓力缸、樣品池、紅外光譜分析儀、溫度計、壓力表以及儲水罐；

壓力缸內設有活塞，活塞往返運動改變壓力缸和樣品池內氣體壓力；

樣品池為封閉結構，它通過導氣管與壓力缸連通；樣品池內設有溫度計以及壓力表；

儲水罐為封閉結構，它通過導氣管與樣品池連通；

紅外光譜分析儀與樣品池連接；

壓力缸內的氣體體積隨活塞的往返運動呈重復性變化，壓力缸和樣品池內的氣壓同樣呈高壓-低壓-高壓的脈沖式變化：氣壓由低向高變化時，儲水罐中的水蒸發形成蒸汽通過導氣管進入至樣品池內并進行壓縮，部分水蒸氣凝結成凝結核，少量凝結核聚集長大形成液態水凝聚在樣品池壁上；氣壓由高向低變化時，液態水蒸發形成蒸汽分子；在一個高壓-低壓的變化周期內完成均相成核-汽化的過程；成核-汽化的過程中所造成的水分缺失通過儲水罐內的水蒸氣揮發進行補充。

本發明的有益效果是：(1)利用本發明可快速實現氣溶膠成核-汽化的過程，利用檢測儀器可獲取氣溶膠成核的臨界壓力與氣溶膠組成之間的關系，為研究氣溶膠成核的動力學機理提供便利；

(2)儲水罐可及時補充成核-汽化的過程中所造成的水分缺失，使得成核-汽化的過程具備良好的周期性和重復性，符合步進掃描紅外光譜的測試條件；

(3)通過控制活塞的運動頻率可以定量地控制氣溶膠的成核周期，為獲取氣溶膠核化的定量研究提供有效的裝置。

附圖說明

圖1為本發明的結構組成示意圖；

圖2為活塞往返運動時，壓力缸內氣體體積變化示意圖；

其中，1-壓力缸、2-樣品池、3-紅外光譜分析儀、4-儲水罐、5-活塞、6-導氣管、7-溫度計、8-樣品罐、9-截止閥、10-壓力表、11-數據采集系統、12-顯示器、13-活塞推拉機構。

具體實施方式：

參見附圖1，實施例1：氣溶膠成核脈沖發生器，它包括：壓力缸1、樣品池2、紅外光譜分析儀3、溫度計7、壓力表10以及儲水罐4；

壓力缸1內設有活塞5，活塞5往返運動改變壓力缸1和樣品池2內氣體壓力；

樣品池2為封閉結構，它通過導氣管6與壓力缸1連通；樣品池2內設有溫度計7以及壓力表10；

儲水罐4為封閉結構，它通過導氣管6與樣品池2連通；

紅外光譜分析儀3與樣品池2連接；

紅外光譜分析儀3、溫度計7以及壓力表10用于監測樣品池2內樣品的變化；

壓力缸1內的氣體體積隨活塞5的往返運動呈重復性變化，由于樣品池2通過導氣管6與壓力缸1連通，因此樣品池2和壓力缸1內的氣壓同樣成高壓-低壓-高壓的脈沖式變化：附圖2給出了活塞往返運動時，壓力缸內氣體體積變化示意圖，當活塞5從(a)圖運動至(c)圖中位置時，壓力缸1和樣品池2內氣壓由低向高變化，儲水罐4中的水蒸發形成蒸汽通過導氣管6進入至樣品池2內并進行壓縮，部分水蒸氣凝結成凝結核，少量的凝結核聚集長大形成液態水凝聚在樣品池2壁上；當活塞5從(c)圖位置運動至(a)圖位置時，液態水形成蒸汽分子；活塞5運動至(b)圖位置時，樣品池2為水氣混合狀態；在一個高壓-低壓的變化周期內完成均相成核-汽化的過程；成核-汽化的過程中所造成的水分缺失通過儲水罐4內的水蒸氣揮發進行補充；

判定氣溶膠成核的數量以及動力學過程可以通過紅外光譜分析儀3觀測：光譜圖中蒸汽信號減小，液態水的信號增強則說明部分水蒸氣已經凝結成核，綜合蒸汽和液態水信號的強弱變化，則可判斷成核數量。