[發明專利]一種大氣PM2.5在線分離濃縮采集并測量亞硫酸根和亞硝酸根的裝置及方法

在審

• 申請號: 202011471327.9
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112763269A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 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: G01N1/14
• 分類號: G01N1/14;G01N1/40;G01N27/62
• 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，具體為一種大氣PM2.5在線分離濃縮采集并測量亞硫酸根和亞硝酸根的裝置及方法。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、在線離子色譜系統等。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；用濃縮技術與在線離子色譜系統測定聯用，可大幅降低采樣時長，使人工智能化大氣顆粒物在線檢測的實現成為可能，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，具體涉及一種顆粒物分離濃縮采集并在線測量的裝置及方法，尤其涉及大氣PM2.5在線分離濃縮采集并測量亞硫酸根和亞硝酸根的裝置及方法。

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。已經有大量流行病學證據表明，PM2.5有急性與慢性健康效應。PM2.5中的亞硫酸根進入人體之后極易通過電子氧化作用形成三氧化硫陰離子自由基(SO3)，SO3可與O2迅速反應生成超氧陰離子自由基O2。最近的研究表明，亞硫酸鹽可對染色體及DNA造成損傷。亞硫酸氫鈉和亞硫酸鈉(1:3)生物試液可誘發中國倉鼠肺纖維細胞(CHL)染色體畸變(CA) 頻率顯著增高，且呈明確的劑量-效應關系。PM2.5中的亞硝酸根 (NO-2) 是生成N-亞硝基化合物的前體, 后者具有較強的致突變和致癌性, 對人體健康產生潛在的危害。高濃度PM2.5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PM2.5可能誘發肺癌、COPD（慢性阻塞型肺炎）、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，霧霾氣溶膠粒子生物毒性的研究也成為研究熱點和前沿方向之一。但對大氣顆粒物生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毒性的水平。同時，該裝置可與在線毒性檢測裝置聯用，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大氣PM2.5在線分離濃縮采集并測量亞硫酸根和亞硝酸根的裝置及方法。

本發明通過濃縮因子（濃縮后大氣中PM2.5的質量濃度/數濃度/化學組分濃度與濃縮富集前大氣中PM2.5的質量濃度/數濃度/化學組分濃度的比值）和濃縮效率（實際濃縮后濃度占理論濃縮濃度的百分比）兩個指標對該裝置進行評估。