本发明涉及大气环境监测相关研究领域，具体涉及到一种水洗式无滤膜大气颗粒物采样装置。
背景技术：
大气颗粒物污染已经成为目前社会关注的热点，大气颗粒物水溶液样品的获取是大气颗粒物的源解析以及由大气颗粒物引发的相关疾病的病理研究的基础。
对于大气颗粒物水溶液的获取，目前的做法是先通过滤膜式大气颗粒物采样器采样，然后把滤膜剪碎与纯水混合，经超声震荡后离心而得，这一方法使原本分散在大气中的大气颗粒物颗粒被强制集中粘附在滤膜上，改变了颗粒的表面电荷等物理状态，同时也在水溶液中引入了由滤膜本身带来的二次污染。另外，高效率的水洗需要针对不同种类的颗粒，设置相应的最佳水洗参数。
因此，针对目前大气颗粒物水溶液样品获取方法中的不足和缺点，确有必要提供一种大气颗粒物采样装置。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可以直接获取未经破坏和二次污染的原始大气的水洗式无滤膜大气颗粒物采样装置，以实现直接、无损和高效地采集大气颗粒物水溶液样品。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种水洗式无滤膜大气颗粒物采样装置，其包括大气颗粒物切割模块、大气颗粒物水洗分离模块和样品收集模块；
大气颗粒物切割模块包括大气颗粒物切割器和气泵，大气颗粒物切割器的出气口与气泵的进气口连接；
大气颗粒物水洗分离模块通过水洗的方式将颗粒物从大气中分离出来，大气颗粒物水洗分离模块上设有进气口、出气口和排液口，大气颗粒物水洗分离模块的进气口与气泵的出气口连接；
样品收集模块包括样品箱，样品箱上设有进液口，大气颗粒物水洗分离模块的排液口与样品箱的进液口相连接，含有颗粒物的水洗液体流入到样品箱中。
本发明利用大气颗粒物切割器将大气中的颗粒物分割后，由气泵送入到大气颗粒物水洗分离模块中，从而将颗粒物通过水洗的方式从大气中分离出来，被分离出来的含有颗粒物的水洗液体通过排液口流入到样品箱中，本发明直接通过用水冲洗含有颗粒物的大气，使得颗粒物混合在纯水中并与大气分离，无需使用滤膜，不会改变颗粒的物理状态，从而能直接无损地采集到大气颗粒物水溶液样品。
作为本发明的一种改进，所述大气颗粒物水洗分离模块包括一级水洗器和二级水洗器，一级水洗器包括箱体，箱体内的顶部设有喷淋头，箱体上设有进气口、出气口和出水口，箱体的出水口位于其进气口和出气口的下方，箱体的进气口与气泵的出气口连接；二级水洗器为泡沫洗涤器，箱体的出气口与泡沫洗涤器的进气口连接，箱体的出水口与泡沫洗涤器的底部相连通，泡沫洗涤器的排液口与样品箱的进液口相连接。
本大气颗粒物水洗分离模块设有两级水洗器，其中，一级水洗器采用喷淋水的方式对大气进行冲洗，大气中的颗粒物被冲洗后大部分会与纯水混合在一起，含有颗粒物的水洗液体流入到样品箱中，从而完成颗粒物的初级分离；经过一级水洗器后的大气进入到泡沫洗涤器中，大气中剩余的颗粒物在泡沫洗涤器中与泡沫状态的液体充分接触，大气中剩余的颗粒物再次被分离，从而完成颗粒物的再次分离，这样一来能有效提高大气中颗粒物的分离效率和分离干净度。而另一方面由于大气在经过一级水洗器后整体湿度会增加，而大气中颗粒物的湿度也增加，湿度较大的颗粒物与泡沫状态的液体更容易相结合，从而使得颗粒物的分离更加彻底。
作为本发明的一种改进，所述样品箱设有循环排水管，箱体上设有进水口，样品箱的循环排水管与一水泵的进液口连接，水泵的出液口与一三通阀的进口连接，三通阀的第一出口与泡沫洗涤器的进水口连接、第二出口与箱体的进水口的连接。将样品箱、箱体和泡沫洗涤器相连通形成一个闭环供水系统，从而使得水可以重复循环利用，便于控制颗粒物样液的浓度和提高水有效利用率。
作为本发明的一种改进，所述采样装置还包括控制模块，样品箱内设有水位监测器，样品箱上设有补给进水管，大气颗粒物切割器的出气口与气泵的进气口之间设有气体流量计，三通阀的第二出口与箱体的进水口之间设有水体流量计，所述气泵和水泵的控制端与控制模块的输出端口相连接，所述水位监测器、气体流量计和水体流量计的信号输出端分别与控制模块的输入端口相连接。
本采样装置利用控制模块实现自动化控制，能控制气体流速、水流速、压强等参数，保证了颗粒切割的准确性和水洗高效性；控制模块通过水位监测器检测到样品箱中的液面高度是否高于循环排水管的位置，如果是，则依次启动大气颗粒物切割模块和大气颗粒物水洗分离模块，否，则需要通过补给进水管对样品箱进行补水；此过程中，气体流量计把当前气体流量值反馈给控制模块，控制模块输出控制信号控制气泵的工作，使气体流速满足颗粒切割的要求，保证颗粒的切割效率；根据水体流量计反馈的信号，控制模块输出信号控制水泵，进而调节喷淋头的喷淋效果。
进一步地，所述箱体的进气口与气泵的出气口之间设有第一减压阀，三通阀的第一出口与泡沫洗涤器的进水口之间设有第二减压阀。
进一步地，所述大气颗粒物切割器的进气口处设有用于过滤杂物的筛网。
进一步地，所述泡沫洗涤器设有多层筛板。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明直接通过用水冲洗含有颗粒物的大气，使得颗粒物混合在纯水中并与大气分离，无需使用滤膜，不会改变颗粒的物理状态，从而能直接无损地采集到大气颗粒物水溶液样品。
附图说明
图1为本发明水洗式无滤膜大气颗粒物采样装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例
请参照图1，一种水洗式无滤膜大气颗粒物采样装置，其包括大气颗粒物切割模块、大气颗粒物水洗分离模块、样品收集模块和控制模块。
大气颗粒物切割模块包括大气颗粒物切割器10和气泵20，大气颗粒物切割器10的出气口与气泵20的进气口连接，其中大气颗粒物切割器10的进气口处设有用于过滤杂物的筛网11。
大气颗粒物水洗分离模块通过水洗的方式将颗粒物从大气中分离出来，大气颗粒物水洗分离模块上设有进气口、出气口和排液口，大气颗粒物水洗分离模块的进气口与气泵20的出气口连接。
在本实施例中，所述大气颗粒物水洗分离模块包括一级水洗器和二级水洗器，一级水洗器包括箱体30，箱体30内的顶部设有喷淋头31，箱体30上设有进气口32、出气口33和出水口34，箱体的出水口34位于其进气口32和出气口33的下方，箱体30的进气口32与气泵20的出气口连接。
二级水洗器为泡沫洗涤器40，箱体30的出气口33与泡沫洗涤器40的进气口42连接，箱体30的出水口34与泡沫洗涤器40的底部相连通，其中，泡沫洗涤器40设有多层筛板41，多层筛板41与泡沫洗涤器40的排气口44之间设有排气阻水孔板46。从箱体的出气口排出的大气进入泡沫洗涤器后，依次经过多层筛板、排气阻水孔板从泡沫洗涤器的排气口排出。
样品收集模块包括样品箱50，样品箱50上设有进液口53，泡沫洗涤器40的排液口45与样品箱50的进液口53相连接，样品箱50设有循环排水管56，箱体30上设有进水口35，样品箱50的循环排水管56与一水泵60的进液口连接，水泵60的出液口与一三通阀70的进口连接，三通阀70的第一出口与泡沫洗涤器40的进水口43连接、第二出口与箱体30的进水口35的连接，箱体30的进气口32与气泵20的出气口之间设有第一减压阀21，三通阀70的第一出口与泡沫洗涤器40的进水口43之间设有第二减压阀71。样品箱50底部还设有样品采集管51，样品采集管51上设有阀门52。
将样品箱、箱体和泡沫洗涤器相连通形成一个闭环供水系统，从而使得水可以重复循环利用，便于控制颗粒物样液的浓度和提高水有效利用率。
所述采样装置还包括控制模块80，样品箱50内设有水位监测器55，样品箱50上设有补给进水管54，大气颗粒物切割器10的出气口与气泵20的进气口之间设有气体流量计12，三通阀70的第二出口与箱体30的进水口35之间设有水体流量计72，所述气泵20和水泵60的控制端与控制模块80的输出端口相连接，所述水位监测器55、气体流量计12和水体流量计72的信号输出端分别与控制模块80的输入端口相连接。
本发明利用大气颗粒物切割器将大气中的颗粒物分割后，由气泵送入到大气颗粒物水洗分离模块中，从而将颗粒物通过水洗的方式从大气中分离出来，被分离出来的含有颗粒物的水洗液体流入到样品箱中，本发明直接通过用水冲洗含有颗粒物的大气，使得颗粒物混合在纯水中并与大气分离，无需使用滤膜，不会改变颗粒的物理状态，从而能直接无损地采集到大气颗粒物水溶液样品。
本大气颗粒物水洗分离模块设有两级水洗器，其中，一级水洗器采用喷淋水的方式对大气进行冲洗，大气中的颗粒物被冲洗后大部分会与纯水混合在一起，含有颗粒物的水洗液体流入到样品箱中，从而完成颗粒物的初级分离；经过一级水洗器后的大气进入到泡沫洗涤器中，大气中剩余的颗粒物在泡沫洗涤器中与泡沫状态的液体充分接触，大气中剩余的颗粒物再次被分离，从而完成颗粒物的再次分离，这样一来能有效提高大气中颗粒物的分离效率和分离干净度。而另一方面由于大气在经过一级水洗器后整体湿度会增加，而大气中颗粒物的湿度也增加，湿度较大的颗粒物与泡沫状态的液体更容易相结合，从而使得颗粒物的分离更加彻底。
本采样装置利用控制模块实现自动化控制，能控制气体流速、水流速、压强等参数，保证了颗粒切割的准确性和水洗高效性；控制模块通过水位监测器检测到样品箱中的液面高度是否高于循环排水管的位置，如果是，则依次启动大气颗粒物切割模块和大气颗粒物水洗分离模块，否，则需要通过补给进水管对样品箱进行补水；此过程中，气体流量计把当前气体流量值反馈给控制模块，控制模块输出控制信号控制气泵的工作，使气体流速满足颗粒切割的要求，保证颗粒的切割效率；根据水体流量计反馈的信号，控制模块输出信号控制水泵，进而调节喷淋头的喷淋效果。
综上所述，本发明利用大气颗粒物切割器将大气中的颗粒物分割后，由气泵送入到大气颗粒物水洗分离模块中，从而将颗粒物通过水洗的方式从大气中分离出来，被分离出来的含有颗粒物的水洗液体流入到样品箱中，与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明直接通过用水冲洗含有颗粒物的大气，使得颗粒物混合在纯水中并与大气分离，无需使用滤膜，不会改变颗粒的物理状态，从而能直接无损地采集到大气颗粒物水溶液样品；
2、本大气颗粒物水洗分离模块对大气进行二级分离，能有效提高大气中颗粒物的分离效率和分离干净度；
3、大气在经过一级水洗器后整体湿度会增加，而大气中颗粒物的湿度也增加，湿度较大的颗粒物与泡沫状态的液体更容易相结合，从而使得颗粒物的分离更加彻底；
4、本采样装置利用控制模块实现自动化控制，能控制气体流速、水流速、压强等参数，保证了颗粒切割的准确性和水洗高效性。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。