[發明專利]用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長的流動反應裝置

有效

• 申請號: 201710007799.0
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106644850B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 黃偉;文輝;黃騰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/02
• 代理公司: 11227 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 李海建

本發明公開了用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長的流動反應裝置。所述流動反應裝置長約22米，包括：進樣區(一)，過渡區(二)，成核區(三)及生長區(四)四個部分；所述進樣區包括三個進樣口及一組水浴加熱進出水口；所述過渡區包括一個溫濕度檢測口，一個低揮發性物質進樣口和一個初級采樣口；所述成核區包括一組水浴控溫的進出水口，多個中級采樣口，以及一個位于成核區上部的溫濕度檢測口；所述生長區包括多個生長區采樣口。各個采樣口的粒子數濃度及粒徑變化通過掃描電遷移率粒徑譜儀來進行檢測。本發明的流動反應裝置可用來研究大氣中新粒子的生成機制和增長特性，進而研究氣溶膠成核的動力學，具有精密度高、穩定性好、操作簡便等特點。

技術領域

本發明涉及用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長的流動反應裝置，屬于大氣環境氣溶膠研究領域。

背景技術

隨著社會的發展，人類面臨著日益嚴峻的環境問題，灰霾就是其中之一。研究表明，中國區域性灰霾問題的最主要原因是PM_2.5，而PM_2.5主要來源于一次排放和新粒子形成兩種方式，其中新粒子生成對氣溶膠顆粒數濃度、間接輻射效應以及云凝結核有著潛在的重要貢獻。這些新生的二次粒子來源于大氣中低揮發性的氣相物種，氣態污染物氧化生成的過飽和氣態前體物(例如硫酸和低揮發性有機物等)在大氣中冷凝為分子團簇，氣體分子在適當的條件下首先凝聚成核形成分子團簇，然后逐漸生長為納米顆粒，繼而通過冷凝碰并形成顆粒物，隨后，新生成的顆粒物可以繼續增長至云凝結核大小，繼而通過云物理和降水過程影響地球輻射平衡和全球氣候變化。

新粒子成核與生長是一個全球現象，近年來，在世界各地，基于地表、輪船、飛機等各種平臺上的觀察研究都發現了新粒子的形成現象，區域性的事件在陸地邊界層頻繁地發生，范圍可達數百公里。針對新粒子生成機制的研究很早就已經開始，至今提出的成核機制包括：二元均相成核，三元均相成核，離子誘導成核以及碘參與成核等。但是這些成核理論都有各自的適用范圍，還沒有一種理論能夠代表全球情況。此外，針對我們國家特有的污染模式，是否有區別于歐美國家的成核機理還未知。

目前的研究已經證明水和硫酸是參與成核的關鍵物質，但由于揮發性有機物在大氣中的濃度很高，其氧化產物的揮發性較低，也被認為可能參與到新粒子生成過程，包括有機酸、有機胺在內的多種有機物都被外場觀測和實驗室研究證明在新粒子生成過程中具有重要的作用。低揮發性有機物在大氣中種類繁多，大氣中氧化產物的結構更加復雜多變。目前還不能確定究竟是哪一種或哪一類型的有機物參與到成核過程當中。目前國際上普遍認為有機物對新生成顆粒物的增長具有非常重要的作用，但是其究竟是否參與成核過程，并在當中起什么作用仍有待于進一步研究。

目前針對大氣氣溶膠科學問題，實驗室里主要采用靜態的煙霧箱以及動態的流動管兩種方式來進行模擬，靜態的煙霧箱主要用于光化學反應與二次有機氣溶膠形成機制的研究，在可控且能重復的條件下模擬大氣中的化學過程，提煉出大氣化學反應的本質，獲得反應的機制機理。動態的流動管模擬主要用于新粒子的形成研究，但是目前已知的流動管研究普遍存在反應時間過短的問題，只適用于初始狀態的新粒子的形成研究，對于后續的生長問題的研究還具有一定的局限性，不能在現有條件下探究適用于我國的成核模式，也就不能進一步對氣溶膠動力學進行系統研究。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長的流動反應裝置，該裝置針對上述存在的問題，從粒子反應時間角度出發，延長流動管裝置的長度，將反應時間提高到分鐘量級；此外，本發明的流動反應裝置方便通入不同的氣態前體物，從而不僅可以有效的研究不同氣態前體物形成氣溶膠新粒子的過程，還可以進一步研究新粒子的后續生長過程，為氣溶膠動力學的研究奠定基礎。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

用于大氣氣溶膠新粒子形成與生長的流動反應裝置，其特征在于，包括依次連通的進樣區(一)、過渡區(二)、成核區(三)和生長區(四)；

所述進樣區(一)開設有進樣口；