专利名称：一种pm2.5单级大气采样切割器的制作方法
技术领域：
本发明涉及环境大气采集与监测领域，尤其涉及一种PM2. 5单级大气采样切割器。
背景技术：
大气环境对人们的生活及健康有着至关重要的影响，因此对于大气环境中的颗粒物的监控也尤为重要。一段时期以来，PMlO可吸入颗粒物一直是大气环境的监测的重点，而PM2. 5细颗粒物主要被采集用于科学研究，因此目前常规使用的细颗粒物采样器都是小流量的。但是随着科研的深入，人们对细颗粒物的理化特性有了进一步的了解以后，发现这些空气动力学直径小于2. 5 y m的颗粒物对人体呼吸系统的影响更大。由于悬浮在空气中的细颗粒物往往吸附着一些对人们身体健康产生影响的物质如细菌、病毒、有害化学物质 等，而且体积小，自然沉降的速度慢，通过呼吸直接被吸入并沉积于肺泡中的几率很大。研究表明，根据对美国东部6个城市长达8年的研究，这些城市的每日死亡率与空气中的小于IOum (PMlO)和小于2. 5iim (PM2. 5)的气溶胶粒子溶度密切相关，尤其是与PM2. 5的细粒子相关度最高，如PM2. 5粒子的平均溶度在两天内仅仅增加10 ii g/m3，就将导致死亡率增加
I.5% ;对于心血管病人和心脏病人,死亡率增加更快,分别为3. 3%和2. 1%。在我国广州、武汉、兰州、重庆等城市的细颗粒物进行调查和监测结果也证实，对人体健康影响最大的是空气中细小颗粒物污染。因此，研发大流量的细颗粒物采样器是开展大气颗粒物监测的迫切要求。大气颗粒物的分级采集技术中最主要采用的是冲击切割技术，即利用惯性冲击原理对颗粒物进行分级采样，同时采集PM2. 5以及气态POPs，就需要采用多功能采样器。由于我国对气溶胶颗粒的研究起步比较晚，国内环保部门使用的气溶胶颗粒的采样设备大都靠国外的引进，国内设计和生产气溶胶采集设备的能力较弱，尚无较强的竞争能力。在国际上较常用的MOUDIMMI、Andersen八级冲击米样器、Sioutas Cascade Impactor (SKC),其流量仅为9L/min-90L/min,而且体积较小,远远不能满足颗粒态POPs分析所要求的样品量。此夕卜，这些采样器也都不能同时采集气态POPs。而在大气POPs研究中较为常用的大流量采样器，如Tisch Environmental>Thermo Scientific和Digitel等，虽然能够同时米集颗粒态和气态污染物，但是其采集的颗粒物也基本为总悬浮颗粒物(TSP)，实现不了颗粒物的分级采集。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种PM2. 5单级大气采样切割器。可同时地有效采集空气中的PM2. 5气溶胶和环境空气中农药、多氯联苯和多环芳香烃等物质，实现颗粒物的分级采集。为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种PM2. 5单级大气采样切割器，所述PM2. 5单级大气采样切割器大致为圆柱形，直径为39(T410mm ;所述PM2. 5单级大气采样切割器包括切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、颗粒物收集层、气态有机污染物收集层及出气层，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、颗粒物收集层、气态POPs收集层及出气层依次密封串接；所述冲击咀层包括冲击咀及冲击咀板，所述冲击咀等距排列并垂直插入所述冲击咀板形成环状圈，所述冲击咀数量为6 8个，所述冲击咀内部设有倒圆锥形通孔，所述通孔顶部内径为8 10 mm，底部内径为5飞mm,高为72 73 mm ;所述冲击板层设有冲击板，所述冲击板为环形凹槽，所述凹槽高为58 60 mm,外径为348 352 mm,内径为218 222 mm ;所述冲击咀底部与所述冲击板底部的距离为2 3 mm。作为上述方案的改进，所述切割口盖层为球面结构。作为上述方案的改进，所述颗粒物收集层内设有石英滤膜及用于支撑所述滤膜的虑筛网。作为上述方案的改进，所述气态POPs收集层内设有用于收集气态POPs的吸附体；所述吸附体设有三层，由上至下分别为聚氨酯泡沫(PUF)、吸附树脂(XAD2)、聚氨酯泡沫(PUF)0 作为上述方案的改进，所述冲击咀板上设有第一环形凹槽及第二环形凹槽，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽及冲击咀板同轴，所述第一环形凹槽直径为348 352 mm,宽为7、mm，所述第二环形凹槽直径为198 202 mm,宽为3(T31 mm ;所述冲击咀形成的环状圈与所述冲击咀板同轴，直径为278 283mm ;距离所述冲击咀板中心40飞0 mm处设有三个用于连接所述切割口盖层和冲击板层的连接口，所述连接口成等边三角形分部，直径为5 7 mm。作为上述方案的改进，所述冲击咀包括连接部件及冲击部件；所述连接部件为圆柱形，高为11 13IM1，外径为16 20IM1 ;所述冲击部件的上部为高20 23mm，外径15 16 mm的圆柱体，下部大致呈倒圆锥形，所述圆锥形底部外径为6 8 mm ;所述连接部件与所述冲击部件的连接处设有一 4 5 mm的倒角。作为上述方案的改进，所述冲击板层还设有支架，所述支架包括三个位于同一水平高度的卡口及用于支撑所述冲击板的水平垫板；所述卡口设于所述冲击板内壁并通过螺母与所述水平垫板固定连接；所述水平垫板为空心圆柱体，外径为33(T348 mm，内径为222 250 mm。作为上述方案的改进，所述出气层底部设有与采样器连接的连接孔。作为上述方案的改进，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、颗粒物收集层、气态POPs收集层及出气层之间分别通过箱扣密封串接。实施本发明的有益效果在于突破了以往空气采样器均为中小流量的特点，300L/min中的流量设计标准可以满足POPs采样需求。气体沿所述切口盖层回旋进入所述大气采样切割器，并通过所述冲击咀层的冲击咀，形成稳定均匀的气流。气流自所述冲击咀流出，冲向所述冲击板层的冲击板上，由于不同粒径段的颗粒物质量不同，粒径不同，各种颗粒物的冲击速度与冲击距离各异，粒径小的颗粒物冲击速度高，而粒径大的颗粒物冲击速度低，因此颗粒物撞击在冲击板底部时，粒径小的颗粒物经反弹后离开冲击板，而粒径大的颗粒物则滞留在冲击板内。此时粒径小的颗粒物继续保持与气流的流向一致穿过所述冲击板层。随后气流进入所述颗粒物收集层，粒径小的颗粒物会截留在所述滤膜上，实现颗粒物的分级采集。气流离开所述颗粒物收集层后进入气态POPs收集层，气流中的气态POPs经所述气态POPs收集层的吸附物吸附后实现了气态污染物的有效分离。最后，气流沿所述出气层流出，完成分离过程，使得切割粒径更加精确，空气中的目标颗粒物在惯性冲击力切割下达到精确的分层。
图I是本发明一种PM2. 5单级大气采样切割器的结构示意 图2是本发明一种PM2. 5单级大气采样切割器中冲击咀层2的俯视 图3是本发明一种PM2. 5单级大气采样切割器中冲击咀层2的冲击咀21的结构示意
图4是经本发明一种PM2. 5单级大气采样切割器采样切割后其捕集的平均效率测试数据的图表。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。如图I所示，所述PM2. 5单级大气采样切割器大致为圆柱形，直径为390 410 mm。所述PM2. 5单级大气采样切割器包括切割口盖层I、冲击咀层2、冲击板层3、颗粒物收集层4、气态有机污染物收集层5及出气层6，所述切割口盖层I、冲击咀层2、冲击板层3、颗粒物收集层4、气态POPs收集层5及出气层6依次密封串接。气体沿所述切割口盖层I进入后，依次进入所述冲击咀层2、冲击板层3、颗粒物收集层4及气态有机污染物收集层5，经分级采样切割后由出气层6排出。由于本发明所述颗粒物和溶胶细粒子的界限为PM2. 5，因此气流中大于或等于2. 5 y m的颗粒物和溶胶细粒子会留在冲击板层3，小于2. 5 y m的颗粒物和溶胶细粒子则留在颗粒物收集层4，而气态POPs最后会被气态POPs收集层5所吸附收集。所述冲击板层3设有冲击板31，所述冲击板31为环形凹槽，所述凹槽高58飞0 mm,外径为348 352 mm,内径为218 222 mm。优选地,所述外径为350 mm，所述内径为220 mm。如图2和图3所示，所述冲击咀层2包括冲击咀21及冲击咀板22，所述冲击咀21等距排列并垂直插入所述冲击咀板22形成环状圈，所述冲击咀21数量为6 8个，所述冲击咀21内部设有倒圆锥形通孔，所述通孔顶部内径为8 10 mm，底部内径为5飞mm，高为72 73mm。所述冲击咀21内通孔的圆锥形设计及高度能有限地使气流加速，保证气流的冲击力。优选地，所述冲击咀21数量为6个，所述通孔高为72. 5 mm。所述冲击咀21底部与所述冲击板31底部的距离为2 3 mm。需要说明的是，本发明采集所述颗粒物和溶胶细粒子的界限为PM2. 5，因此，所述冲击咀21底部与所述冲击板31底部的距离为2 3 mm之间时，符合气体的切割粒径符合设计要求。同时，所述冲击板31高58 60 mm，外径为348 352 mm,内径为218 222 mm，这实现了所述颗粒物和溶胶细粒子的有效分离，防止了反弹带来的影响。气流自所述冲击咀21流出，冲向所述冲击板31上，由于不同粒径段的颗粒物质量不同，粒径不同，各种颗粒物的冲击速度与冲击距离各异，粒径小于2. 5 iim的颗粒物冲击速度高，而粒径大于或等于2. 5iim的颗粒物冲击速度低，因此颗粒物撞击在冲击板31底部时，粒径小于2. 5 ii m的颗粒物经反弹后离开冲击板31，而粒径大于或等于2. 5 y m的颗粒物则滞留在冲击板31内。更佳地，所述颗粒物收集层4内设有石英滤膜41及用于支撑所述滤膜41的虑筛网42。所述虑筛网42用于支撑设置于其上的滤膜41，所述滤膜41能有效收集经所述冲击板31反弹后粒径小于2. 5 y m的颗粒物，实现颗粒物的分级采样。优选地，所述石英滤膜可以为圆形、方形，孔径为Ium左右。更佳地，所述气态POPs收集层5内设有用于收集气态POPs的吸附体。所述吸附体设有三层，由上至下分别为聚氨酯泡沫(PUF)、吸附树脂(XAD2)、聚氨酯泡沫(PUF)。需要说明的是，上层的所述聚氨酯泡沫(PUF)能有效地吸附气态POPs，而下层的所述聚氨酯泡沫(PUF)能对气态POPs做进一步的检查及再次吸附。更佳地，所述出气层6底部设有与采样器连接的连接孔61。所述连接孔61便于连接采样器的传感装置或让气体进入其它采样渠道。优选地，所述连接孔61孔径为50 mm。例如，气体沿所述切口盖层I进入所述大气采样切割器，并通过所述冲击咀21，形成稳定均匀的气流。气流自所述冲击咀21流出，冲向所述冲击板31上，此时，粒径小于 2.5um的颗粒物经反弹后离开冲击板31，而粒径大于或等于2. 5 y m的颗粒物则滞留在冲击板31内。粒径小于2. 5 ii m的颗粒物继续保持与气流的流向一致穿过所述冲击板层3。随后气流进入所述颗粒物收集层4，颗粒物截留在所述滤膜41上，实现颗粒物的分级采集。气流离开所述颗粒物收集层4后进入气态POPs收集层5，气流中的气态POPs经所述气态POPs收集层5的吸附物吸附后实现了气态污染物的有效分离。最后，气流沿所述出气层6上的连接孔61流出，完成分离过程，使得切割粒径更加精确，空气中的目标颗粒物在惯性冲击力切割下达到精确的分层。需要说明的是，所述切割口盖层I为球面结构。所述球面结构使气体回旋进入切割口盖层，让采集的气流更更稳定、均匀。另外所述球面结构能有效阻止雨水及空气中的树叶、昆虫等比较大的漂浮物进入切割器。如图2所示，所述冲击咀板22上设有第一环形凹槽221及第二环形凹槽222，所述第一环形凹槽221、第二环形凹槽222及冲击咀板22同轴，所述第一环形凹槽221直径为348 352 mm,宽为7 9 mm，所述第二环形凹槽222直径为198 202 mm,宽为30 31 mm ;所述冲击咀21形成的环状圈与所述冲击咀板22同轴，直径为278 283 mm。距离所述冲击咀板22中心4(T50 mm处设有三个用于连接所述切割口盖层I和冲击板层3的连接口，所述连接口成等边三角形分部,直径为5 7 mm。优选地，所述第一环形凹槽221直径为350 mm，宽为8 mm,所述第二环形凹槽222直径为200 mm,宽为30 mm ;所述冲击咀21形成的环状圈直径为280 mm。进一步，所述连接口可通过螺母连接所述切割口盖层I、冲击咀层2及冲击板层3。需要说明的是，粒径小于2. 5 y m的颗粒物沿所述冲击板层3的冲击板31上反弹出去后，部分颗粒物由于速度高，会反弹至所述冲击咀层2底部，颗粒物撞击至所述冲击咀板22的第一环形凹槽221及第二环形凹槽222的底部，再一次被反弹，最终落入所述颗粒物收集层4。因此所述第一环形凹槽221及第二环形凹槽222能有效防止所述颗粒物粘附在所述冲击咀板22底部，更好地采集颗粒物。如图3所示，所述冲击咀21包括连接部件211及冲击部件212。所述连接部件211为圆柱形，高为11 13 mm，外径为16 20 mm。所述冲击部件212的上部为高20 23 mm，外径15 16mm的圆柱体，下部大致呈倒圆锥形，所述圆锥形底部外径为6 8 mm。所述连接部件与所述冲击部件的连接处设有一 4飞mm的倒角。优选地，所述冲击部件212的外径为16 mm。
需要说明的是，所述连接部件211用于垂直插入所述冲击咀板22，使所述冲击咀21与所述冲击咀板22固定连接。所述冲击部件212外径逐渐减小，方便所述冲击咀21插入所冲击咀板22上的预留孔。进一步，所述冲击板层3还设有支架，所述支架包括三个位于同一水平高度的卡口及用于支撑所述冲击板3的水平垫板；所述卡口设于所述冲击板31内壁并通过螺母与所述水平垫板固定连接；所述水平垫板为空心圆柱体，外径为33(T348mm，内径为222 250 mm。所述水平垫板的外径小于所述冲击板31的外径且所述水平垫板的内径大于所述冲击板31的内径，这有效地保障所述冲击板31能在水平垫板的支撑下保持水平，同时不影响颗粒物的分离效果。优选地，所述卡口呈等边三角形分部，所述水平垫板外径为340mm，内径为240mm。 进一步，所述切割口盖层I、冲击咀层2、冲击板层3、颗粒物收集层4、气态POPs收集层6及出气层6之间分别通过箱扣密封串接。用户拆装时直接口上或打开箱扣即可，不需要使用任何辅助工具，方便快捷。下面通过实施例来更详细地描述本发明。实施例I
本实施例选取通过单分散气溶胶发生器发生特定粒径粒子单分散气溶胶作为样品，采样流量为300L/min，经本发明采样切割后其捕集平均效率测试数据如表I所示。表I
权利要求
1.一种PM2. 5单级大气采样切割器，其特征在于，所述PM2. 5单级大气采样切割器大致为圆柱形，直径为390 410 mm ； 所述PM2. 5单级大气采样切割器包括切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、颗粒物收集层、气态有机污染物收集层及出气层，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、颗粒物收集层、气态POPs收集层及出气层依次密封串接； 所述冲击咀层包括冲击咀及冲击咀板，所述冲击咀等距排列并垂直插入所述冲击咀板形成环状圈，所述冲击咀数量为61个，所述冲击咀内部设有倒圆锥形通孔，所述通孔顶部内径为8 10 mm，底部内径为5 6 mm，高为72 73 mm ； 所述冲击板层设有冲击板，所述冲击板为环形凹槽，所述凹槽高为58飞O mm,外径为348 352 mm,内径为218 222腿； 所述冲击咀底部与所述冲击板底部的距离为2 3 mm。
2.如权利要求I所述的PM2.5单级大气采样切割器，其特征在于，所述切割口盖层为球面结构。
3.如权利要求I所述的PM2.5单级大气采样切割器，其特征在于，所述颗粒物收集层内设有石英滤膜及用于支撑所述滤膜的虑筛网。
4.如权利要求I所述的PM2.5单级大气采样切割器，其特征在于，所述气态POPs收集层内设有用于收集气态POPs的吸附体； 所述吸附体设有三层，由上至下分别为聚氨酯泡沫(PUF)、吸附树脂(XAD2)、聚氨酯泡沫(!W)。
5.如权利要求I所述的PM2.5单级大气采样切割器，其特征在于，所述冲击咀板上设有第一环形凹槽及第二环形凹槽，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽及冲击咀板同轴，所述第一环形凹槽直径为348 352 mm,宽为7、mm，所述第二环形凹槽直径为198 202 mm,宽为30 31 mm ; 所述冲击咀形成的环状圈与所述冲击咀板同轴，直径为278 283 mm ； 距离所述冲击咀板中心4(T50 mm处设有三个用于连接所述切割口盖层和冲击板层的连接口，所述连接口成等边三角形分部，直径为5 7mm。
6.如权利要求I所述的PM2.5单级大气采样切割器，其特征在于，所述冲击咀包括连接部件及冲击部件； 所述连接部件为圆柱形，高为If 13 mm，外径为16 20mm ； 所述冲击部件的上部为高2(T23 mm，外径15 16 mm的圆柱体，下部大致呈倒圆锥形，所述圆锥形底部外径为6 8 mm ； 所述连接部件与所述冲击部件的连接处设有一 4飞mm的倒角。
7.如权利要求I所述的PM2.5单级大气采样切割器，其特征在于，所述冲击板层还设有支架，所述支架包括三个位于同一水平高度的卡口及用于支撑所述冲击板的水平垫板； 所述卡口设于所述冲击板内壁并通过螺母与所述水平垫板固定连接； 所述水平垫板为空心圆柱体,外径为330 348 mm,内径为222 250 mm。
8.如权利要求I所述的PM2.5单级大气采样切割器，其特征在于，所述出气层底部设有与采样器连接的连接孔。
9.如权利要求Γ8任一项所述的PM2.5单级大气采样切割器，其特征在于，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、颗粒物 收集层、气态POPs收集层及出气层之间分别通过箱扣密封串接。
全文摘要
本发明公开了一种PM2.5单级大气采样切割器，所述PM2.5单级大气采样切割器大致为圆柱形；所述PM2.5单级大气采样切割器包括切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、颗粒物收集层、气态有机污染物收集层及出气层，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、颗粒物收集层、气态POPs收集层及出气层依次密封串接；所述冲击咀层包括冲击咀及冲击咀板，所述冲击咀等距排列并垂直插入所述冲击咀板形成环状圈，所述冲击咀内部设有倒圆锥形通孔；所述冲击板层设有冲击板，所述冲击板为环形凹槽。采用本发明，突破了以往空气采样器均为中小流量的特点，300L/min的流量设计标准可以满足POPs采样需求，使得切割器的切割粒径更加精确，目标颗粒物在惯性冲击力切割下达到精确分层的目标。
文档编号G01N1/22GK102798553SQ20111013374
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者李军, 张干, 邹世春 申请人:佛山市环保技术与装备研发专业中心, 中国科学院广州地球化学研究所