[發明專利]一種在線大氣細顆粒物濃縮與收集裝置和方法

在審

• 申請號: 202010727121.1
• 申請日: 2020-07-26
• 公開（公告）號: CN111855375A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 陳建民;尚曉娜;孫劍峰;李凌;隋國棟;朱超;康慧慧
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N1/40
• 分類號: G01N1/40;G01N15/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于環保技術領域，具體為一種在線大氣細顆粒物濃縮與收集裝置和方法。本發明裝置包括PM_2.5切割頭、水箱系統、虛擬切割系統、冷凝循環系統、在線濃縮樣采集系統；水箱系統包括水箱、電加熱棒、溫控數顯裝置，PM_2.5切割頭與水箱聯通；虛擬切割系統包括虛擬切割器、濃縮氣流真空泵、主氣流真空泵；冷凝循環系統包括冷凝劑循環管、冷凝機；冷凝循環系統用以循環流通冷凝液對飽和顆粒物進行冷凝長大；在線濃縮樣采集系統包括生物采樣瓶、電磁閥和繼電器、餾分自動收集器、電腦細分恒流泵。本裝置可將實際大氣細顆粒物濃縮7到10倍，且濃縮效率高；可為后續在線化學組分或毒性檢測提供技術支持；本裝置操作簡便，可靠穩定，維護成本低。

技術領域

本發明屬于環保技術領域，具體涉及一種中流量顆粒物濃縮系統及方法，尤其涉及一種在線大氣細顆粒物濃縮與收集裝置及方法。

背景技術

PM_2.5是指大氣中空氣動力學當量直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可吸入顆粒物。雖然PM_2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但其對空氣質量和能見度等有重要的影響。大氣PM_2.5粒徑小、比表面積大，含有大量的有毒、有害物質且在大氣中的懸浮時間長、傳輸距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的負面影響不容忽視。

近年來，我國大氣PM_2.5污染嚴重, 導致就診率急劇上升及易感人群過早死亡。尤其是霧霾氣溶膠粒子攜帶的有毒有害化學成分，危及人群健康，引起全社會的高度關注。已經有大量流行病學證據表明，PM_2.5有急性與慢性健康效應。高濃度PM_2.5暴露會增加患急性呼吸道疾病與心腦血管疾病的風險，同時PM_2.5可能誘發肺癌、慢性阻塞型肺炎（COPD）、心腦血管疾病等慢性疾病，影響人體免疫系統、神經系統等。因此，霧霾氣溶膠粒子毒性的研究也成為研究熱點和前沿方向之一。但對大氣細顆粒物毒性的測定因受到檢測技術和儀器的制約（如較高的檢測限），目前仍停留在離線檢測階段，且需要在重污染及較長持續采樣時間的條件下進行，無法滿足實時監測大氣細顆粒物濃度及有毒化學成分特征的要求。

為填補上述技術空白，本發明所研制的中流量在線大氣細顆粒物濃縮與收集裝置可將氣溶膠在不改變除濃度外的任何理化特性的前提下，濃縮富集到足以明顯檢出其毒性的水平。同時，該系統具有在線采樣功能，可與在線毒性檢測和多種化學組分檢測儀器聯用，使得日后人工智能化在線大氣細顆粒物毒性及有毒組分檢測的實現成為可能，并可廣泛應用于環境監測及健康風險評估當中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種濃縮效率高、濃縮性能穩定的在線大氣細顆粒物濃縮與收集裝置及方法。

本發明提供的在線大氣細顆粒物濃縮與收集裝置，其結構如圖1所示；包括：碰撞式PM_2.5切割頭、水箱加熱系統、虛擬切割系統、冷凝循環系統、在線濃縮樣采集系統；其中：

所述碰撞式PM_2.5切割頭，包括PM₁₀、PM₅、PM_2.5三級，每級由一個沖擊孔板和一個沖擊分離收集板組成，其中，三級沖擊分離收集板的結構相同，但因不同粒徑顆粒的沖擊慣性不同，三級沖擊板的孔數和孔徑各不相同；

所述水箱加熱系統，包括一水箱（9），用于盛放去離子水，水箱（9）內壁設有隔溫層（10），用于對水箱（9）內去離子水保溫；水箱（9）一側設有可視窗口（11），用于觀察箱體內水面高度；水箱（9）內設有帶有溫度傳感器的電加熱棒（12），用于對去離子水進行加熱；水箱（9）內設有溫控數顯裝置（13），用于控制去離子水溫度；碰撞式PM_2.5切割頭（7）與水箱（9）聯通；