[發(fā)明專利]一種用于檢測(cè)大氣中酸性超細(xì)微粒子的方法及裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610066384.6
• 申請(qǐng)日: 2016-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN105717010A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭星
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢水天成環(huán)保科技有限公司
• 主分類號(hào): G01N15/06
• 分類號(hào): G01N15/06;G01N15/02
• 代理公司: 武漢智權(quán)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 張凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣采樣領(lǐng)域，具體涉及一種用于檢測(cè)大氣中酸性超 細(xì)微粒子的方法及裝置。

背景技術(shù)

大氣中中直徑小于0.1微米的可吸入顆粒物被稱作UFPs(超細(xì) 微粒子)，UFPs占大氣污染物細(xì)粒子(直徑小于2.5微米的顆粒物， PM2.5)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的90％，是國內(nèi)外許多大中城市環(huán)境空氣中的首 要污染物。由于顆粒物的直徑越小，其進(jìn)入呼吸道的部位越深，因而 UFPs能夠進(jìn)入人體肺泡甚至血液系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo)致心血管病等疾病。

目前，空氣中的UFPs主要通過以下兩種途徑形成：a、由高溫 下排放的過飽和氣態(tài)物質(zhì)冷凝，再經(jīng)碰撞、凝聚、吸附而形成，如汽 車尾氣的排放；b、由環(huán)境空氣中硫氧化物、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī) 化合物及其它化合物經(jīng)過復(fù)雜的多相化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化而形成，如光化學(xué) 煙霧，由于汽車尾氣和光化學(xué)煙霧中含有大量酸性的化學(xué)成分如硫酸 離子或硝酸離子，導(dǎo)致UFPs的酸性較高。

在過去十年中，流行病學(xué)專家開始研究含酸性氣溶膠的毒理學(xué)， 例如，早期在1989年MortonLippmann曾在學(xué)術(shù)期刊《Environmental HealthPerspectives》上報(bào)道稱酸性氣溶膠與支氣管炎和肺功能衰減的 患病率之間可能存有密切聯(lián)系。由于UFPs粒徑小數(shù)量多的特征，其 在肺泡上沉積率很高，會(huì)損傷肺泡和粘膜，引起肺組織的慢性纖維化， 導(dǎo)致肺心病，加重哮喘病，引起慢性鼻咽炎、慢性支氣管炎等一系列 病癥，嚴(yán)重的可危及生命。

因此，深入研究空氣中UFPs尤其是含酸性成分的UFPs對(duì)人體 健康的危害可能比目前研究的PM10(直徑小于10μm的顆粒)和 PM2.5有更重要的意義。

但是，由于酸性超微粒子在細(xì)粒子中的質(zhì)量濃度比例較小，檢測(cè) 難度較大，目前，主要通過實(shí)時(shí)測(cè)量和離線分析來測(cè)試UFPs的濃度 和粒徑譜。

實(shí)時(shí)測(cè)量是用掃描遷移率粒度儀(SMPS)和凝結(jié)粒子計(jì)數(shù)器 (CPC)來測(cè)量粒子數(shù)和粒徑分布。SMPS在使用時(shí)，通過逐步地增 加電場(chǎng)，將不同粒徑的顆粒物進(jìn)行分離，并通過CPC測(cè)量粒子的數(shù) 量濃度來得到顆粒物數(shù)量和粒徑分布。但是，目前實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)只能 用于測(cè)量總UFPs的數(shù)量濃度和粒徑譜，不能單獨(dú)針對(duì)酸性UFPs進(jìn) 行測(cè)量。

離線分析先將顆粒物收集在承載物上，再利用光學(xué)儀器分析單一 顆粒的形狀尺寸和化學(xué)組分。進(jìn)行離線分析需要使用收集裝置和分析 儀器，由于UFPs粒徑小，目前商業(yè)化的收集裝置主要是利用高壓靜 電進(jìn)行采樣，一般收集時(shí)間較短，只能進(jìn)行短期UFPs濃度水平的收 集和測(cè)量，不適用于研究長(zhǎng)期慢性暴露的毒理學(xué)研究，而且收集裝置 的價(jià)格較高，能耗較大，操作難度較大。

對(duì)于分析儀器，在過去的十年中電子顯微鏡的分辨率和分析能力 的發(fā)展增強(qiáng)了它在研究超細(xì)顆粒方面的應(yīng)用性，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微 鏡(FESEM)和原子力顯微鏡(AFM)技術(shù)的發(fā)展，使分析顆粒物 的技術(shù)進(jìn)一步達(dá)到了納米級(jí)。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)查，在過去的五六十年里， 斷斷續(xù)續(xù)地有一些科學(xué)家試圖通過對(duì)收集顆粒物的承載體進(jìn)行改性 用來辨別載體上的酸性顆粒物。例如1967年Horstman和Wagman 在《AmericanIndustrialHygieneAssociationjournal》學(xué)術(shù)期刊上提出 了用鐵金屬涂覆載體并暴露于酸性粒子中，通過電子顯微鏡觀察酸性 粒子在載體表層的形態(tài)。但是目前這些關(guān)于酸性顆粒物測(cè)量方法的研 究都只是處于試驗(yàn)的初級(jí)階段，而且都未能達(dá)到納米級(jí)，難以準(zhǔn)確測(cè) 定大氣中酸性超微粒子數(shù)量濃度和粒徑分布。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于檢 測(cè)大氣中酸性超細(xì)微粒子的方法及裝置，該裝置成本較低，能耗較小， 操作難度較小，而且能夠準(zhǔn)確測(cè)定大氣中酸性超微粒子數(shù)量濃度和粒 徑分布。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種用于檢測(cè)大氣中酸性超細(xì)微粒子的裝置，其特征在于：所述 裝置包括采樣器和石英晶體微天平，所述采樣器用于采集帶有酸性超 細(xì)微粒子的氣體，所述石英晶體微天平包括帶有晶振片的探頭，所述 晶振片上涂覆有鐵納米膜，且所述晶振片位于采樣器內(nèi)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述鐵納米膜的厚度為15～20nm。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述石英晶體微天平的靈敏度為 0.02ng。