专利名称：一种纳米气溶胶粒谱检测分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及纳米气溶胶粒子的检测，是应用电场和流场的基本原理对带电气溶胶的粒径浓度进行检测的纳米气溶胶粒谱检测分析仪。
背景技术：
离子的迁移率K在弱电场中为常数，离子的质量和电荷数决定了迁移率数值的大小，离子在弱电场中运动时，离子的速度正比于电场强度，且ν = KE，不同迁移率的离子由于其迁移率的不同而具有不同的速度，在高压板与收集极之间电场力的作用下，被收集极收集，从而可以对不同迁移率的离子进行检测。小粒子的带电几率很小，1.6 7. 5nm之间的粒子每立方厘米通常只有几十个， 使用标准的凝聚核粒子计数法(CPC)，无法测量很小的纳米粒子。可以测量亚纳米粒子 (0. 5 5nm)的CPC，无法用于日常的长期监测，小于3nm的粒子通常用收集粒子电流来测量，电流信号较小，收集电流远远小于一般仪器的噪声，因此对测量仪器提出了新的要求 设计结构特殊的新装置，减小噪声，增加收集粒子的数量，提高灵敏度。气溶胶的测量方法是气溶胶科学历史的重要部分，因此测量不同气溶胶的粒径分布浓度具有重要的意义，本装置的发明对推动气溶胶科学的发展具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米气溶胶粒谱检测分析仪，实现大气气溶胶粒子的尺寸浓度的检测。为实现上述目的，本发明检测装置设计了一种纳米气溶胶粒谱检测分析仪，包括二个相互平行的、并列排布的、用于带电粒子飞行的筒状分析器，电离源，离子门，高压板， 收集极，吸气装置，信号采集和处理系统。离子门位于筒状分析器的进口端，离子门由依次平行、按筒状分析器径向交替排布的长金属板和短金属板构成，长金属板和短金属板之间设置有间隙；长金属板接地，处于两个筒状分析器内的短金属板分别接直流的正电压或负电压，并可在正负电压和0电压之间切换。本发明检测装置与电离源相结合，电离源置于筒状分析器的带电粒子进口端外侧，于二个筒状分析器内分别对称平行地设置有高压板、收集极，高压板、收集极与分析器的轴向相平行，收集极与信号采集和处理系统相连接；处于两个筒状分析器内的高压板分别与直流电源的正极和负极相连。在筒状分析器内、远离带电粒子进口端一侧设置有气体出口，气体出口与一吸气装置的进气口相连。所述直流电源为充电后的电容器；通过电容放电来改变高压电极与收集极之间的电压；所述离子门中长金属板和短金属板之间等间距设置。所述电离源为放射源、VUV灯电离源或电喷雾式电离源。
所述信号采集和处理系统包括信号放大器、A/D转换器、单片机、电脑，收集极通过导线与信号放大器相连，信号放大器通过导线与A/D转换器相连，A/D转换器通过导线与单片机相连，单片机与电脑相连。所述处于二个筒状分析器内的长金属板分别为3 11块；其长、宽尺寸范围为 50 300mm ；短金属板分别为4 12块，其长、宽尺寸范围为50 200mm，长、短金属板厚度范围均为0. 1 2mm。所述每个筒状分析器内，在靠近于筒状分析器中心轴线处的2块短金属板分别接正电压或负电压，且它们可在正负电压和0电压之间进行切换；其余的短金属板接400 800V的恒定正高压或负高压。所述高压板与收集极间距为10 50mm，收集极远离带电粒子进口端一侧至离子门间的区域为粒子迁移区，迁移区长度为50 200mm ；收集极为金属材质，长、宽尺寸范围均在5 50_，厚度范围为0. 2 2_。高压板为金属合金材质，长、宽尺寸范围均在100 300mm，厚度范围为5 20mm。吸气装置位于筒状分析器正后方，通过吸气的方法使粒子进入筒状分析器内。本发明可对粒径范围为0. 5nm 5nm的气溶胶粒子进行连续性监测，并获得大气气溶胶粒子的尺寸浓度。本发明具有如下优点本发明装置中离子门，迁移区设计尺寸合理，电路控制操控方便，增加了收集粒子数量，减小了噪声，装置可以对带电气溶胶粒子进行连续、快速、准确、实时地监测，并获得不同迁移率带电粒子的尺寸浓度。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的实施方案描述如下一种纳米气溶胶粒谱检测分析仪，包括二个相互平行的、并列排布的、用于带电粒子飞行的筒状分析器，电离源1，离子门，高压板4，收集极5，吸气装置6，信号采集和处理系统7。离子门位于筒状分析器的进口端，离子门由依次平行、按筒状分析器径向交替排布的长金属板3和短金属板2构成，长金属板3和短金属板2之间设置有间隙，长金属板全部接地。在左分析器中，靠近于筒状分析器中心轴线处的2块短金属板在正电压和0电压之间切换，其余的短金属板接恒定正高压；在右分析器中，靠近于筒状分析器中心轴线处的 2块短金属板在负电压和0电压之间切换，其余的短金属板接负高压。电离源1置于筒状分析器的带电粒子进口端外侧，于二个筒状分析器内分别对称平行地设置有高压板4、收集极5。高压板4、收集极5与分析器的轴向相平行，收集极5与信号采集和处理系统7相连接；处于两个筒状分析器内的高压板4分别与直流电源的正极和负极相连。在筒状分析器内、远离带电粒子进口端一侧设置有气体出口，气体出口与吸气装置6的进气口相连。
所述直流电源为充电后的电容器；通过电容放电来改变高压电极与收集极之间的电压。所述离子门中长金属板和短金属板之间等间距设置。所述吸气装置是风扇。所述电离源为放射源、电喷雾式电离源。所述信号采集和处理系统包括信号放大器、A/D转换器、单片机、电脑，收集极通过导线与信号放大器相连，信号放大器通过导线与A/D转换器相连，A/D转换器通过导线与单片机相连，单片机与电脑相连。实施例1每个筒状分析器内有7块长金属板和8块短金属板；长金属板长MOmm、宽尺寸为 80mm,厚度为0. 5mm,短板金属板8长MOmm、宽尺寸为60mm，厚度为0. 5mm,金属材质为铝合金。在左分析器中，靠近于筒状分析器中心轴线处的2块短金属板在250V正电压和O电压之间切换，其余的短金属板接恒定500V正高压；在右分析器中，靠近于筒状分析器中心轴线处的2块短金属板在-250V负电压和O电压之间切换；其余的短金属板接-500V负高压。高压板为金属合金材质，长为MOmm、宽为140mm，厚度为10mm。收集极为金属铝材质，长为160mm、宽为25mm，厚度为2mm，通过电路板上的电容放电来改变高压电极与收集极之间的电压，左分析器中的高压板电压变化范围在O -2500V，右分析器中的高压板电压变化范围在O 2500V。用风扇来作吸气装置，风扇处于工作状态下，粒子经电离源后，通过离子门，在迁移区内高压板与收集极电场的作用下，被收集极接收。信号被采集卡采集输入到计算机中。如图1所示，气溶胶粒子在离子源1区被电离产生带电气溶胶，带电气溶胶经离子门进入高压板4与收集极5之间的迁移区，其中离子门由长金属板3和短金属板2构成。长金属板全部接地，当中间两个短金属板上有电压存在时，通过中间四个通道的带电粒子在电场的作用下被排斥到金属板上，不会被收集极收集，可以有效的拦截离子通过离子门；当中间两个短金属板上没有电压存在时，中间四个通道内没有电场，带电粒子可通过。其余两侧的六个短极板上分别施加恒定的电压，使得带电粒子无法从这些通道通过，通过这些通道的气体充当鞘流气，通过控制电路板来控制电压通断和切换。某一迁移率的带电粒子进入迁移区以后，在高压极板与收集极之间电场力的作用下，其将按一定轨迹向收集极方向飞行，只有满足特定条件的带电气粒子才能够被收集极检测。仪器尺寸的设计使通过离子门的某一迁移率带电粒子全部可被收集极收集。经过信号采集和处理系统，获得不同迁移率带电粒子的尺寸浓度。
权利要求
1.一种纳米气溶胶粒谱分析仪，其特征在于包括二个相互平行的、并列排布的、用于带电粒子飞行的筒状分析器，电离源(1)，离子门，高压板(4)，收集极(5)，吸气装置(6)，信号采集和处理系统(7)；离子门位于筒状分析器的进口端，离子门由依次平行、按筒状分析器径向交替排布的长金属板⑶和短金属板⑵构成，长金属板⑶和短金属板⑵之间设置有间隙；长金属板(3)接地，短金属板(2)分别接直流的正电压或负电压，并可在正负电压和0电压之间切换；电离源(1)置于筒状分析器的带电粒子进口端外侧，于二个筒状分析器内分别对称平行地设置有高压板G)、收集极(5)，高压板G)、收集极(5)与分析器的轴向相平行，收集极(5)与信号采集系统(7)相连接；处于两个筒状分析器内的高压板(4)分别与直流电源的正极和负极相连；在每个筒状分析器内、远离带电粒子进口端一侧设置有气体出口，气体出口与吸气装置(6)的进气口相连。
2.根据权利要求1所述分析仪，其特征在于所述直流电源为充电后的电容器；通过电容放电来改变高压板与收集极之间的电压。
3.根据权利要求1所述分析仪，其特征在于所述离子门中长金属板(3)和短金属板(2)之间等间距设置。
4.根据权利要求1所述分析仪，其特征在于所述吸气装置可以是风扇或抽气泵。
5.根据权利要求1所述分析仪，其特征在于所述电离源为放射源、VUV灯电离源或电喷雾式电离源。
6.根据权利要求1所述分析仪，其特征在于所述信号采集和处理系统(7)包括信号放大器、A/D转换器、单片机、电脑，收集极( 通过导线与信号放大器相连，信号放大器通过导线与A/D转换器相连，A/D转换器通过导线与单片机相连，单片机与电脑相连。
7.根据权利要求1所述分析仪，其特征在于所述处于两个筒状分析器内的长金属板(3)分别为3 11块；其长、宽尺寸范围为50 300mm;短金属板⑵分别为4 12块，其长、宽尺寸范围为50 200mm ；长、短金属板厚度范围均为0. 1 2mm。
8.根据权利要求1所述分析仪，其特征在于所述每个筒状分析器内，在靠近于筒状分析器中心轴线处的2块短金属板分别接正电压或负电压，且它们可在正负电压和0电压之间进行切换；其余的短金属板接400 800V的恒定正高压或负高压。
9.根据权利要求1所述分析仪，其特征在于其中高压板与收集极间距为10 50mm， 收集极远离带电粒子进口端一侧至离子门间的区域为粒子迁移区，迁移区长度为50 200mm ；收集极为金属材质，长、宽尺寸范围在5 50mm，厚度范围为0. 2 2mm。
10.根据权利要求1所述分析仪，其特征在于高压板为金属合金材质，长、宽尺寸范围在100 300mm，厚度范围为5 20mm。
全文摘要
一种新型纳米气溶胶粒谱检测装置，装置主要包括离子门、迁移区、吸气装置、信号采集和处理系统，以及其它辅助器件。离子门由长、短金属板构成，长金属板全部接地，中间两个短金属板上的电压可在正负电压和0电压之间切换，迁移区由高压板和收集极构成，通过高压电路板上的电容放电来改变高压板与收集极之间的电压，吸气装置使带电粒子经过离子门进入迁移区，在高压板和收集极之间的电场力的作用下，被收集极收集，实现了对带电气溶胶粒子的连续监测，并获得不同迁移率带电粒子的尺寸浓度。
文档编号G01N15/06GK102478491SQ20101056668
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者刘小翠, 李海洋, 王卫国, 陈文东, 韩丰磊 申请人:中国科学院大连化学物理研究所