[發明專利]一種基于電遷移率的1-3納米氣溶膠篩分裝置及應用

在審

• 申請號: 201610065469.2
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105717004A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 蔣靖坤;蔡潤龍;陳大仁;郝吉明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

本發明屬于環境監測技術領域，具體涉及一種基于電遷移率的1?3納米氣溶膠篩分裝置及應用。所述篩分裝置包括鞘氣進口部分、氣溶膠進口部分、分離區、鞘氣出口部分和氣溶膠出口部分。本發明所述篩分裝置，將多分散的氣溶膠篩分為近似單分散的氣溶膠，具有較高的通過率和分辨率，適用于大氣環境檢測條件下1?3納米氣溶膠的選擇性篩分，同時也可廣泛應用于其他源產生的更高濃度的1?3納米氣溶膠的選擇性篩分；裝置經過嚴格的測試和標定，篩分傳輸方程公式已知，通過數據反演可以得到被測顆粒物的真實粒徑分布，從而實現精確的定量測量。

技術領域

本發明屬于環境監測技術領域，具體涉及一種基于電遷移率的1-3納米氣溶膠篩分裝置及應用。

背景技術

目前我國大氣環境問題突出，以細顆粒物污染為主導的復合型大氣污染現象嚴重，區域灰霾事件頻發，已受到廣泛關注。大氣中的硫酸分子、氨氣、有機氨、水等氣態前體物通過成核作用生成高數濃度的1-3納米顆粒物并后續增長至100-200納米，是細顆粒物污染物的主要成因之一。有效篩分1-3納米氣溶膠，對于新顆粒物生成事件的檢測、顆粒物成核機理的研究、區域尺度顆粒物污染的控制、與顆粒物相關的氣態污染物控制措施和排放標準的制定都具有十分重要的意義。

目前我國尚無特殊針對大氣中1-3納米氣溶膠的篩分裝置。已有的納米級顆粒物篩分裝置主要面向幾十至幾百納米或3納米至幾十納米的氣溶膠，對于1-3納米的氣溶膠，其電壓可調節性極差、通過率和分辨率低，制約了后續檢測儀器對顆粒物的計數，故并不適用于1-3納米氣溶膠的有效篩分。

早在1900年左右，基于電遷移率的方法就已被應用于大氣離子研究。20世紀70年代中葉，美國研究人員提出了定量描述差分電遷移率分析儀(differential mobilityanalyzer,DMA)的理論傳輸方程公式，此后DMA一直被廣泛應用于亞微米級及更小粒徑顆粒物的篩分中。帶電的多分散氣溶膠在進入DMA后，一方面隨著不含顆粒物的潔凈鞘氣向下游移動，另一方面在電場力的作用下向帶有高壓電的中心電極遷移。電遷移率大，即粒徑小的顆粒物，由于在電場中遷移速度過快而碰撞到電極上被捕集；電遷移率小，即粒徑大的顆粒物，由于在電場中遷移速度過慢而隨著鞘氣從主流出口流出；只有選定電遷移率的顆粒物才能剛好通過電極上的狹縫進入下游，得到近似單分散的氣溶膠。但對于剛從氣態前體物轉化過來的1-3納米顆粒物，傳統的DMA不能有效應對其高電遷移率、高擴散性、高損失的特征，導致篩分效果不好或不能篩分。尤其在大氣新顆粒物生成事件中，盡管產生的新顆粒物濃度較高，但由于1-3納米顆粒物在檢測系統中的采樣、荷電、篩分、檢測等環節效率都很低，導致實際能被檢測到的顆粒物極少。故為了實現有效的觀測，不適合用針對3納米以上氣溶膠的DMA來進行篩分。為了抑制1-3納米氣溶膠強烈的擴散作用，需要適當提高DMA內部的氣體流量，同時保證DMA內部的層流狀態。目前國內外研究人員正在積極探索適用于1-3納米氣溶膠差分電遷移率的篩分裝置。

CN201110033972涉及一種可容易地增大能夠分級的帶電粒子的粒徑的上限值，并且能夠分析粒徑可能會發生變化的帶電粒子的微分型電遷移率分級裝置，包括：分級槽、氣體供給部以及電壓源，其中分級槽依次配置有彼此相隔規定距離且相對而設的入口電極、中間電極以及出口電極，所述入口電極、中間電極以及出口電極分別具有入口狹縫、狹縫、出口狹縫。

CN201110098903涉及一種氣溶膠顆粒粒徑分類檢測系統，其中包括的微分電遷移率分析器對進入的待檢測氣溶膠粒子加上相同的電荷量，再利用不同的電場強度將不同質量的氣溶膠粒子進行分類。

CN201310176435涉及一種串聯差分電遷移率測量儀及其測量方法，其中利用DMA測量吸濕之后的樣品的粒徑分布，或者將篩選出來的所測粒徑的顆粒物進入加熱器加熱揮發，在DMA中測量加熱揮發之后的氣溶膠樣品的粒徑分布。

以上三項發明專利涉及的差分電遷移率分析儀均適用于3納米以上的氣溶膠篩分，沒有對1-3納米顆粒物進行任何特殊考慮，不能實現對1-3納米顆粒物的篩分。