[發明專利]一種針對微觀形貌分析降低背景值的霧霾單顆粒采樣方法

在審

• 申請號: 201710045411.6
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106813951A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 段鳳魁;孫振麗;賀克斌
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 段俊濤

技術領域

本發明屬于大氣污染檢測與治理技術領域，特別涉及一種針對微觀形貌分析降低背景值的霧霾單顆粒采樣方法。

背景技術

近些年，大氣霧霾已成為全國范圍內的重大民生問題，不僅造成能見度下降，也對人體健康造成累積性負面影響。自2013年1月北京出現重霧霾事件以來，PM_2.5污染即成為當今我國最嚴重的環境問題之一。目前常用的顆粒物分析方法為膜采樣-離子色譜及在線觀測手段，通過定量后的質量濃度與排放、氣象等參數條件，推測其可能的形成機理。此方法缺少對顆粒物形成過程的直接觀測，無法衡量氣相反應、液相反應、非均相反應以及碰并吸附、吸濕增長等化學物理作用對硫酸鹽生成的影響程度。因此，探索快速高效的顆粒物單顆分析集方法已成為當今環境分析領域的重要研究方向之一，而單顆粒分析的前提是單顆粒捕集方法的建立。

當前單顆粒分析方法包括顆粒物形貌研究的掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和基于官能團分析的拉曼光譜等。這些技術均要求膜背景表面盡可能平滑無孔，背景介質干擾盡可能降低，膜最好具有導電性以提高各分析手段的靈敏度，由此就需要對分級采樣的采樣膜進行篩選。以往研究中用于掃描電子顯微鏡的采樣膜多為核孔膜，其表面平整，易于單顆粒的掃描觀察，但其明顯存在三個不足：一是核孔膜均有孔，孔徑范圍大都在100nm至500nm不等，即會在采樣時造成小粒徑顆粒物的丟失，無法得到顆粒物的有效采集和真實采樣結果；二是核孔膜主要成分是聚碳酸酯，會造成較高的C和O的背景峰，不易于識別顆粒物中含有C及O的化學組分；三是需要對電鏡探測的樣品膜其進行導電化處理，即在核孔膜樣品表面噴涂Au/Pd合金，這將對顆粒物的形貌及其他元素的檢測產生影響，不利于顆粒物的物種識別和元素含量的定量計算。

發明內容

為了克服上述現有技術單顆粒采樣的缺點，本發明的目的在于提供一種針對微觀形貌分析降低背景值的霧霾單顆粒采樣方法，采用Ag膜，依據空氣質量指數(AQI)調整采樣時間，使得捕集在Ag膜上顆粒物呈單分散狀態，便于實現顆粒物的單顆粒分析。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種針對微觀形貌分析降低背景值的霧霾單顆粒采樣方法，取多片Ag膜作為大氣顆粒物采集膜，分別安裝在分級采樣器每一級的膜托上，在恒定的氣體流量下捕集一定時間，然后將已捕集顆粒物的Ag膜在4℃下雙層密封于自封袋內保存。

所述采集時間根據空氣質量指數(AQI)進行調整，當AQI小于50，采樣時間15-20min；當AQI在50-100之間時，采樣時間為10-15min；AQI在100-150間，采樣時間為8-10min；AQI在150-200間，采樣時間為6-8min；AQI在200-250間，采樣時間為4-6min；AQI>250時，采樣時間為2-4min。

與現有技術相比，本發明選擇Ag膜進行大氣顆粒物的采樣，對北京霧霾天氣的顆粒物進行捕集，利用Ag膜的導電作用及相對干凈的背景，降低背景峰，避免噴涂合金的影響，可實現大氣顆粒物在多種單顆粒技術中的分析。

附圖說明

圖1是銀膜的掃描電子顯微鏡圖。

圖2是Ag膜的能譜圖。

圖3為本發明捕集到Ag膜上顆粒物的顯微圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。

污染指數為300時顆粒物采集：切取直徑為25mm，厚度為10μm的圓形Ag膜作為樣品采集膜，取13個Ag膜，分別安裝在分級采樣器每一級的膜托上，在10L/min的氣體流量下，捕集5min。將樣品雙層密封于自封袋內，單顆粒分析前在4℃條件下保存。

本實施例中，分級采樣器為大氣顆粒物分級碰撞采樣器(Low Pressure Impactor，DLPI)。

如圖1所示，從電鏡圖可以看出，銀膜表面平整，便于對顆粒物進行識別和形貌分析研究。

如圖2所示，從能譜圖可以看出，Ag雜峰強度較低，可在后續計算中給予扣除，能較真實反映顆粒物組分相對含量。

如圖3所示，說明本發明采集到的顆粒物呈單分散狀態。

表1是大氣顆粒物分級碰撞采樣器切割粒徑分布，說明顆粒物采樣器可以對直徑<10μm的大氣顆粒物有效捕捉并實現13級的粒徑分離。

表1

表2為顆粒物分級采樣時間標準，說明在不同空氣污染狀況下調整樣品采集時間可以得到單分散狀態的顆粒物。

表2