[發明專利]一種在線濃縮采集大氣氣溶膠并測量小分子有機酸的裝置和方法

在審

• 申請號: 202011470688.1
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112747974A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 陳建民;尚曉娜;康慧慧;孫劍峰;李丹;李凌
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22;G01N30/02;G01N30/06;G01N30/08
• 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，具體一種為線濃縮采集大氣氣溶膠并測量小分子有機酸的裝置和方法。本發明裝置包括：浮子流量計、濃縮氣流真空泵、主氣流真空泵、干燥管、質量流量控制器、碰撞式PM2.5切割頭、冷凝系統機、水箱、電加熱棒、虛擬切割器、生物采樣瓶、兩臺微量注射泵、自動進樣器、電感耦合等離子體質譜等。本裝置通過采樣、冷凝、濃縮等環節，將顆粒物融入液體，使顆粒物濃度提高一個數量級，濃縮效果比同類產品更好，還有效避免傳統濾膜采集監測法存在的樣品污染、試劑高損耗等問題；用濃縮技術與超高壓液相色譜飛行時間質譜儀聯用測定小分子有機酸，可大幅提高檢出率和降低采樣時長，可廣泛應用于環境監測中。

技術領域

本發明屬于環保技術領域，具體涉及一種大氣氣溶膠濃縮采集并在線測量的裝置及方法。

背景技術

PM2.5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PM2.5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PM2.5粒徑小、比表面積大，易富集重金屬、水溶性無機離子、有機物等有毒有害化學成分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PM2.5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。小分子有機酸作為近地面大氣顆粒物中最重要的一類有機酸，對于全球酸雨的形成、大氣中pH相關的液相反應以及云內OH自由基反應等均有著極其重要的作用。同時，小分子有機酸在云成核中扮演著重要角色，間接影響地表輻射強迫從而造成全球氣候變化。因此，大氣氣溶膠粒子小分子有機酸的研究也成為研究熱點和前沿方向之一。但對大氣顆粒物小分子有機酸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。離線分析需要繁瑣的濃縮富集過程并極易造成樣品損失，無法滿足實時監測的技術要求。

為填補上述技術空白，本發明所研制的中流量大氣PM2.5在線濃縮與采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小分子有機酸的水平。同時，該裝置可與在線小分子有機酸檢測裝置聯用，通過采樣、飽和、冷凝、濃縮、采集等環節，將顆粒物融入液體，使顆粒物濃度可以濃縮提高一個數量級，不僅濃縮效果比同類產品更好，還有效避免了傳統濾膜采集監測法存在的樣品污染、樣品和試劑的高損耗等問題，易于用飛行時間質譜技術測定有機組分、離子色譜測定無機組分、電感耦合等離子體質譜測定重金屬，并大幅降低了空氣流量需求，從原先的1000升/分鐘降至50升/分鐘。使得日后人工智能化大氣顆粒物在線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在線濃縮采集大氣氣溶膠并測量小分子有機酸的裝置和方法，以大幅提高顆粒物濃縮度，并有效避免樣品污染、試劑高損耗等問題。

本發明提供的在線濃縮采集大氣氣溶膠并測量小分子有機酸的裝置，其結構參見圖1所示，包括：浮子流量計1、濃縮氣流真空泵2、主氣流真空泵3、干燥管4、大流量質量流量控制器5、冷凝劑循環管6、碰撞式PM2.5切割頭7、冷凝機8、水箱9、水箱隔溫層10、可視窗口11、帶有溫度傳感器的電加熱棒12、溫控數顯裝置13、冷凝內管14、冷凝外螺旋管15、隔溫層16、虛擬切割器17、主氣流出口18、噴嘴19、噴嘴接管20、生物采樣瓶21、微量注射泵22、超高壓液相色譜飛行時間質譜儀23；其中：

所述水箱9外套有一層隔溫層10，其前壁左上方三分之二處設有一個石英玻璃可視窗口11；

所述U型加熱棒12設置于水箱9內部底端，U型加熱棒12外置電源線連接于溫控數顯裝置13；

水箱9上部開有兩口，其一，用快接法蘭連接旋風式PM2.5切割頭和溶蝕器7；其二，用快接法蘭連接同軸安置的冷凝內管14；