用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置的制作方法

本发明涉及地气测量技术领域，尤其涉及一种用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置。

背景技术：

由于地气纳米微粒的特殊性，如粒径小必须在透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM)下进行观测、难以被吸附等，取样器需具备一些特殊条件，在现有勘查地球化学采集地气纳米微粒的方法中尚未发明出专用的地气纳米微粒样品取样器，如何设计一种专用的地气纳米微粒样品取样器是亟待解决的课题。

技术实现要素：

鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置，其结构简单，便于安装和固定TEM观测载体，可以使气流顺利通过TEM观测载体，在收集地下土壤气体中纳米级微粒的过程中，有效捕集地气中的纳米微粒，并能将捕集到的纳米微粒直接置于透射电镜下进行观察，其操作简易，缩短了取样时间，提高了工作效率，且制造成本低。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置，包括A组件和B组件，其中，所述A组件包括依次设置的第一气管、第一中空套筒、第二中空套筒和第二气管，所述第一气管的一端与所述第一中空套筒的第一端密封连接，所述第一中空套筒的第二端与所述第二中空套筒的第一端密封连接，所述第二中空套筒的第二端与所述第二气管密封连接，所述第二中空套筒的中空部分为阶梯孔；所述B组件设置在所述第二中空套筒中，所述B组件包括第三中空套筒和第四中空套筒，所述第三中空套筒的第一端用于与所述第一中空套筒相抵接，所述第三中空套筒的第二端嵌入所述第四中空套筒中，所述第四中空套筒的内壁处设置有用于支撑过滤元件的凸台，所述第一气管、所述第一中空套筒、所述第三中空套筒、所述第四中空套筒、所述第二中空套筒的至少一段阶梯孔以及所述第二气管依次串接形成过气通道。

进一步地，所述A组件还包括第一端盖和第二端盖，所述第一端盖上设置有第一通孔，所述第一气管穿设于所述第一通孔，所述第二端盖上设置有第二通孔，所述第二气管穿设于所述第二通孔，所述第一气管的一端还具有平头，所述第二气管的一端也具有平头，所述第一气管的平头置于所述第一端盖与所述第一中空套筒之间，所述第二气管的平头置于所述第二中空套筒与所述第二端盖之间。

进一步地，所述B组件还包括过滤元件和用于吸附纳米级微粒的TEM观测载体，所述TEM观测载体设置于所述过滤元件中，所述过滤元件设置于所述第四中空套筒中。

进一步地，所述过滤元件包括两片重叠设置的尼龙筛布，所述TEM观测载体设置于两片所述尼龙筛布之间。

进一步地，所述尼龙筛布的目数为200目。

较优地，所述TEM观测载体由金属Al、金属Ge和尼龙中的至少一种材料制成。

较优地，所述第一中空套筒的第一端与所述第一端盖螺纹密封连接，所述第一中空套筒的第二端与所述第二中空套筒螺纹密封连接，所述第二中空套筒与所述第二端盖螺纹密封连接，所述第三中空套筒与所述第四中空套筒螺纹密封连接。

较优地，所述第一中空套筒的中空部分呈漏斗状，所述漏斗的开口方向朝向所述第二气管。

较优地，所述第一气管的内径和所述第二气管的内径均小于所述过气通道的除所述第一气管和所述第二气管之外的其它部分的内径。

较优地，所述B组件可拆卸地设置在所述第二中空套筒中。

本发明的有益效果是：

本发明的用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置，其结构简单，便于安装和固定TEM观测载体，可以使气流顺利通过TEM观测载体，在收集地下土壤气体中纳米级微粒的过程中，有效捕集地气中的纳米微粒，并能将捕集到的纳米微粒直接置于透射电镜下进行观察，其操作简易，缩短了取样时间，提高了工作效率，且制造成本低。该装置的结构使得其中TEM观测载体得以固定，并使载体具有最大的吸附截面，对地下土壤气体中的纳米级微粒有较强的吸附能力，该装置的TEM观测载体强度高，可以承受抽气时强烈气流的冲击，不易破损；该装置的TEM观测载体还可以直接用于透射电子显微镜(TEM)测试，解决了用于透射电子显微镜(TEM)观测的地气纳米微粒的采集技术问题；该装置的TEM观测载体中不含待测目标元素，使纳米微粒成分测试空白最低。

附图说明

图1为本发明的用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置一实施例的A组件立体示意图；

图2为图1所示A组件的剖视示意图；

图3为图1所示A组件的分解示意图；

图4为本发明的用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置一实施例的B组件立体示意图；

图5为图4所示B组件的剖视示意图；

图6为图4所示B组件的分解示意图；

图7为图1所示A组件与图4所示B组件相配合的剖视示意图；

其中：

1-第一气管；2-第一端盖；3-第一中空套筒；4-第二中空套筒；5-第二端盖；

6-第二气管；7-第三中空套筒；8-TEM观测载体；9-尼龙筛布；

10-第四中空套筒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置，进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1至图7，本发明一实施例的用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置包括A组件和设置于A组件内的B组件。

如图1至图3所示，A组件包括依次设置的第一气管1、第一中空套筒3、第二中空套筒4和第二气管6。第一气管1的一端(图2中下端)与第一中空套筒3的第一端(图2中上端)密封连接，第一中空套筒3的第二端(图2中下端)与第二中空套筒4的第一端(图2中上端)密封连接，第二中空套筒4的第二端(图2中下端)与第二气管6密封连接，第二中空套筒4的中空部分为阶梯孔。本实施例中，第一气管1作为进气管，第二气管6作为出气管。在其它实施例中，第一气管1也可作为出气管，第二气管6也可作为进气管。

A组部件主要功能为导气、集气和支撑B组件，A组件采用上述方式后，便于装配，可以使气流顺利通过，缩短了取样时间，提高了工作效率。

如图4至图7所示，B组件设置在第二中空套筒4中，优选地，B组件可拆卸地设置在第二中空套筒4中，如此便于安装和拆卸B组件。

B组件包括第三中空套筒7和第四中空套筒10。第三中空套筒7的第一端(图5中上端)用于与第一中空套筒3相抵接，第三中空套筒7的第二端(图5中下端)嵌入第四中空套筒10中。第四中空套筒10的内壁处设置有用于支撑过滤元件的凸台。第一气管1、第一中空套筒3、第三中空套筒7、第四中空套筒10、第二中空套筒4的至少一段阶梯孔以及第二气管6依次串接形成过气通道。亦即第二中空套筒4的至少一段阶梯孔与第一气管1、第一中空套筒3、第三中空套筒7、第四中空套筒10、第二气管6串接而形成过气通道。

图7中第二中空套筒4的阶梯孔分为三段，分别为第一段阶梯孔、第二段阶梯孔和第三段阶梯孔。第一段阶梯孔的内径大于第二段阶梯孔的内径，第二段阶梯的内径大于第三段阶梯孔的内径。其中，第三段阶梯孔与第一气管1、第一中空套筒3、第三中空套筒7、第四中空套筒10、第二气管6串接而形成过气通道。优选地，第一气管1、第一中空套筒3、第三中空套筒7、第四中空套筒10、第二中空套筒4以及第二气管6同心设置。

在其它实施例中，如图1至图3所示，A组件还可包括第一端盖2和第二端盖5。第一端盖2上设置有第一通孔，第一气管1穿设于第一通孔。第二端盖5上设置有第二通孔，第二气管6穿设于第二通孔。

第一气管1的一端(图2中下端)还具有平头，第二气管6的一端(图2中上端)也具有平头，第一气管1的平头置于第一端盖2与第一中空套筒3之间，第二气管6的平头置于第二中空套筒4与第二端盖5之间。第一气管1和第二气管6的一端设置平头，使得第一气管1和第二气管6能够可靠固定，还提高了第一气管1和第二气管6的密封效果。优选地，第一气管1的平头的轮廓呈圆台状，第二气管6的平头轮廓也呈圆台状，这样可以提高第一气管1和第二气管6的密封效果。

当然，第一中空套筒3的中空部分也可为与第一气管1的平头相配合的圆台状，第二中空套筒4的第三段阶梯孔也可为与第二气管6的平头相配合的圆台状，这样可以进一步提高第一气管1和第二气管6的密封效果。

作为一种可优选实施方式，第一中空套筒3的第一端(图2中上端)与第一端盖2螺纹密封连接，图2中第一中空套筒3的第一端设置外螺纹，第一端盖2设置内螺纹。第一中空套筒3的第二端(图2中下端)与第二中空套筒4螺纹密封连接，图2中第一中空套筒3的第二端设置外螺纹，第二中空套筒4设置内螺纹。第二中空套筒4与第二端盖5螺纹密封连接，图2中第二中空套筒4设置有外螺纹，第二端盖5设置内螺纹。第三中空套筒7与第四中空套筒10也采用螺纹密封连接，图5中第三中空套筒7具有外螺纹，第四中空套筒10具有内螺纹。

采用螺纹密封连接，方便安装和拆卸，实现了可靠性密封。在第三中空套筒7的部分外围表面和第四中空套筒10的部分外围表面还可间隔设置有凹槽，可有效提高防滑效果，方便第三中空套筒7和第四中空套筒10的安装和拆卸。

较佳地，第一中空套筒3的中空部分呈漏斗状，所述漏斗的开口方向朝向所述第二气管6。图2中所述漏斗的开口方向朝下。第一中空套筒3的中空部分呈漏斗状，能够进一步降低气流流速，更加有利于卸载气体中的物质。在其它实施例中，第二中空套筒4的第三段阶梯孔也可设计成开口朝向第一气管1的漏斗状，也能够降低气流流速，有利于卸载气体中的物质。当然，第一中空套筒3的中空部分可呈漏斗状，所述漏斗的开口方向朝向所述第二气管6，第二中空套筒4的第三段阶梯孔也可设计成开口朝向第一气管1的漏斗状，如此更加方便接管，具有较好的防差错效果。

作为一种可优选方式，B组件还包括过滤元件和用于吸附纳米级微粒的TEM观测载体8。TEM观测载体8设置于所述过滤元件中，所述过滤元件置于第四中空套筒10中。

较佳地，所述过滤元件包括两片重叠设置的尼龙筛布9，TEM观测载体8设置于两片尼龙筛布9之间。

尼龙筛布9的目数为200目。该种情况下，尼龙筛布9可透过气体，同时其具有良好的延展性，更加有利于固定TEM观测载体8。

本实施例中，所述过滤元件包括两片同等大小的尼龙筛布9，两片同等大小的尼龙筛布9重叠设置。TEM观测载体8可由金属Al、金属Ge和尼龙中的至少一种材料制成。TEM观测载体8的数量可为多个，图6中只画出三个TEM观测载体8作为示例。本实施例的用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置，除TEM观测载体8和尼龙筛布9外，其余零件均可采用塑料材质制成。

由于第四中空套筒10的内壁处设置有凸台，所述过滤元件即可置于第四中空套筒10内壁处的所述凸台上。第三中空套筒7的第二端(图5中下端)能够抵接所述过滤元件，从而将所述过滤元件固定在所述凸台上。该凸台优选为圆环状凸台。

采用第三中空套筒7和第四中空套筒10作为TEM观测载体8的装载器，不仅可使气流顺利通过，还有效捕集地气中纳米微粒，并能将捕集到的纳米微粒直接置于透射电镜下进行观察。

B组件安放在A组件中，两者组合能为气体流通形成良好的通道。此外，TEM观测载体8采用金属Al、金属Ge或尼龙中的至少一种材料特制，其不含有待测的目标元素，使空白最低。TEM观测载体8强度高，可以承受抽气时强烈气流的冲击，不易破损。

以上实施例的用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置组装过程如下：

1、组装B组件

如图4至图6所示，先将TEM观测载体8放入两片尼龙筛布9中间，然后将两者一同放置在第四中空套筒10的内螺纹下方的凸台处(见图4至图6)。再将第三中空套筒7缓缓旋入第四中空套筒10中，可使两片尼龙筛布9卡在第四中空套筒10内部的凸台处，从而将TEM观测载体8固定在第四中空套筒10的整个空腔的中部。

2、组装A组件

如图1至图3所示，先将第一气管1从第一端盖2的第一通孔穿过，然后将第一端盖2旋入第一中空套筒3的上部；再将第一中空套筒3的下部旋入放置好B组件的第二中空套筒4中，从而将放置在第二中空套筒4中的B组件固定。最后将第二气管6从第二端盖5的第二通孔穿入，第二端盖5与第二中空套筒4的下部以螺纹连接，此时用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置组装完毕。

第一气管1的内径和第二气管6的内径均小于所述过气通道的除第一气管1和第二气管6之外的其它部分的内径。第一气管1和第二气管6设计为细管，目的一是为了能连接其他采样工具一端的塑胶管；目的二是能束集气流，使气体获得较大流速。

以上实施例的用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置中部为管口较粗的中空腔体，具有以下有益效果：1、中空的腔体能使气流顺利从中通过；2、能为B组件放置提供有效空间；3、当气流从细管流进中空腔体时，由于孔径变大，气流流速降低，有利于卸载气体中的物质。

以上各实施例的用于收集地下土壤气体中纳米级微粒的装置，其结构简单，便于安装和固定TEM观测载体8，可以使气流顺利通过TEM观测载体8，在收集地下土壤气体中纳米级微粒的过程中，有效捕集地气中的纳米微粒，并能将捕集到的纳米微粒直接置于透射电镜下进行观察，其操作简易，缩短了取样时间，提高了工作效率，且制造成本低。该装置的结构使得其中TEM观测载体得以固定，并使载体具有最大的吸附截面，对地下土壤气体中的纳米级微粒有较强的吸附能力；该装置的TEM观测载体8强度高，可以承受抽气时强烈气流的冲击，不易破损；该装置的TEM观测载体8还可以直接用于透射电子显微镜(TEM)测试，解决了用于透射电子显微镜(TEM)观测的地气纳米微粒的采集技术问题；该装置的TEM观测载体8中不含待测目标元素，使纳米微粒成分测试空白最低。需要说明的是，在不冲突的情况下，以上各实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。