一种气溶胶采样解析器及气溶胶分析系统的制作方法

本实用新型涉及气溶胶在线采样、吸附、富集和热解析技术领域，具体涉及一种气溶胶颗粒物采样和分析装置，及其在离子迁移谱的应用。

背景技术：

气溶胶(aerosol)是一种胶体分散体系，其分散相为固体或液体小质点，分散介质为气体。液体气溶胶通常称为雾，固体气溶胶通常称为雾烟。

气溶胶在医学，环境科学，军事学等方面都有很大的应用。在医学方面应用于治疗呼吸道疾病的粉尘型药的制备。环境科学方面比如用卫星检测火灾，遥测沙尘暴等。在军事方面比如烟雾弹之类，还有可以制造气溶胶烟雾来防御激光武器。

采集气溶胶一般有三种方法：过滤收集器、撞击收集器和沉积收集器采集。由于大气中气溶胶含量很低，通常采用大流量采样器来采集样品，撞击收集器便于分析气溶胶有机样品的粒径分布，在撞击器上，有机物收集在吸收物质如铝箔上，该方法采样体积也较小，适用于连续在线采样。

大气气溶胶中化学物质比较复杂，含量极低，选择一种合适的分析方法尤为重要。要对不同的样品及不同的分析对象进行具体分析，找到最佳方案。目前将气溶胶样品分析过程为先采集，然后是将样品提取、分离和浓缩等几步前处理后，在用气相色谱、质谱和红外光谱等仪器进行定性和定量分析。此过程极为复杂、耗时，无法实现快速在线采集和分析气溶胶样品。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种气溶胶在线采样进样装置，重点解决了气溶胶样品快速在线高效采集、富集与解析。在保证检测灵敏度的前提下，缩短采样分析时间；在保证总分析时间的前提下，增加样品的富集时间；同时减小进样器复杂度和体积/重量、降低成本，实现微型化和集成化。

本实用新型采用技术方案是：

一种气溶胶采样解析器，包括采样富集单元、热解析单元、传输单元；所述采样富集单元包括采样口；所述热解析单元包括热解析组件和解析口；所述传输单元包括传输板和至少一个吸附片；所述传输板的任意两个局部分别位于所述采样口和解析口；所述两个局部均设有与采样口和解析口相适应的通孔；所述吸附片覆盖设置于至少一个所述的通孔，且吸附片的位置可在所述的两个局部转换；所述吸附片的周边设有均匀分布的透气孔。

优选所述气溶胶采样解析器还包括驱动装置i，所述驱动装置i用于驱动吸附片在传输板上移动，实现吸附片在两个局部的位置转换。

本实用新型还提供另一种气溶胶采样解析器，包括采样富集单元、热解析单元、传输单元；所述采样富集单元包括采样口；所述热解析单元包括热解析组件和解析口；所述传输单元包括传输板和至少一个吸附片；所述传输板具有至少两个自由端；所述两个自由端均设有与采样口和解析口相适应的通孔；所述吸附片覆盖设置于至少一个所述的通孔；所述吸附片的周边设有均匀分布的透气孔；所述传输板可通过旋转，实现两个自由端在所述采样口和解析口的位置转换，从而带动吸附片的位置转换于采样口和解析口。

优选所述气溶胶采样解析器还包括驱动装置i，所述驱动装置i用于驱动传输板旋转，从而带动自由端和吸附片实现在采样口和解析口两个位置的转换。

优选所述吸附片的周侧固定于通孔的外周边。

优选所述的热解析单元还包括与解析口连通的气室；气室设有连通的进气管和出气管；所述的热解析单元的热解析组件包括与气室适配的加热棒和温度传感器。

优选所述采样富集单元还包括采样气道和抽气装置，所述采样口位于采样气道和抽气装置之间；所述抽气装置可沿采样气道所在的轴向移动。

优选所述热解析单元还包括支撑件，所述解析口位于热解析组件和支撑件之间。

优选所述热解析单元还包括驱动装置ii，所述驱动装置ii可带动支撑件移动，实现吸附片密封在热解析组件的气室和支撑件之间。

本发明还提供一种气溶胶分析系统，将上述的气溶胶采样解析器与离子迁移谱的联用。

传输单元优选包括传输板、吸附片和驱动装置i(优选径向旋转驱动装置)。传输板优选为一对称长方形平板，优选在传输板中心设固定孔，通过此孔将传输板固定于驱动装置i(优选径向旋转驱动装置)的转轴，优选在传输板设有中心对称的两个通孔(优选为圆形)，两通孔能分别与分别与采样口和解析口相适应。两个吸附片(优选为圆形)分别覆盖于两个通孔，吸附片的边缘设有一组均匀分布的气孔，用于通气。

所述吸附片的材质为耐高温织物或纸质材料，更优选为耐高温布料；所述耐高温是指耐温度200℃-250℃。

热解析单元用于将采集的气溶胶样品高温气化，并将气体送入检测单元，包括热解析组件、支撑件和驱动装置ii(优选轴向位移驱动装置)。热解析组件的一端有凹槽形成气室。支撑件置于驱动装置ii和热解析组件之间。所述驱动装置ii可以为步进电机或电磁阀等。

所述传输板优选具有三个或四个自由端。

所述传输板可为三菱形或十字形等多种形式的中心对称的形状，采样富集单元和热解析单元同步增加，若为三菱形可实现2点采样；若为十字形可以实现3点采样或2路采样分析。

所述吸附片材质为吸附材料，形状可以网状结构圆片或边缘均匀分布通气孔的圆片。吸附片与传输板之间可以采用胶粘或夹持等方法固定密封。

为满足目前气溶采样进样在高灵敏、快速采样分析方面需要，本实用新型结合撞击收集器的原理，与热解析分析器相结合，设计一种气溶胶在线采样进样器装置，实现了气溶胶在线快速采集，并将采集到的样品通过热解析器送入离子迁移谱中快速分析。同时通过扩展采集富集单元或热解析单元可以实现多点样品采集或多路样品分析。该采样进样器能提高灵敏度，缩短了采样分析时间。

本实用新型的优点：

(1)采用采样富集与热解析相结合的方案，更有利于实现实时在线采样和检测，相对于传统采样和分析分离独立方案，可以减少样品在传输过程中的损失，有利于提高灵敏度。

(2)对于采样和分析时效性要求严格的情况下，可以实现边采样边分析同步进行，在分析样品时，采样富集单元也开始采样，分析时间也被充分利用。若分析时间固定，在采样时间不变的情况下，缩短了采样和分析时间；在总的分析和采样时间不变的情况下，延长采样富集时间，有利于提高灵敏度。

(3)采样富集单元和热解析单元根据需求可以扩展，能实现多点采样或多路采样分析功能。

(4)采样片便于更换，有利于进样器污染等后期维护。

(5)采样片的材质可以为多种类型吸附材料，可根据不同样品更换不同材质吸附采样片。

(6)热解析单元可根据样品进行温度调节，可以恒温工作或节能模式实现闪热工作。

(7)结构合理、紧凑，便于小型化，利于装调。

在离子迁移谱上，利用该装置检测气溶胶样品，与其它的气溶胶采样进样器相比，如：膜富集采样进样装置，在整个采样分析周期大幅缩短，灵敏度大幅提高，同时增强了抗干扰能力，降低了其它杂质对仪器的信号影响。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明：

图1气溶胶在线采样进样器结构示意图。

图2传输单元的传输板和采样片结构示意图。

图3扩展为2点采样的气溶胶在线采样进样器原理示意图。

图4扩展为2路采样分析的气溶胶在线采样进样器原理示意图。

图5利用本实用新型装置(右图)与膜富集采样进样器(左图)检测不同样品量气溶胶样品的离子迁移谱对比谱图；

图中，1热解析组件；2、18、26传输板；3吸附片；4驱动装置ii；5支撑件；6驱动装置i；7抽气装置；8采样气道；9气孔；10通孔；11气室；12进气管；13出气管；14加热棒；15温度传感器；16转轴；17固定孔；19第一采样富集单元；20第二采样富集单元；21第一热解析单元；22一路采样富集单元；23一路热解析单元；24二路采样富集单元；25二路热解析单元。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

本实用新型提供一种气溶胶采样解析器，如图1所示，包括采样富集单元、热解析单元、传输单元。

采样富集单元用于实现待检测的气溶胶样品的采集、吸附和富集，包括采样气道8、采样口和抽气装置7。采样气道8优选为大口径的圆筒形结构，采样气道一端为气溶胶样品入口，另一端为采样口，采样口的与采样气道8相对的另一侧设有抽气装置7，优选为任意大流量的实现气体流动设备，如气泵或风扇。抽气装置7可沿采样气道8轴向方向移动，实现采样富集单元气道的密封，可将传输板2上的吸附片3密封在抽气装置和采样气道之间。

热解析单元用于将采集的气溶胶样品高温气化，并将气体送入外接的分析仪器中，包括热解析口、解析组件1、支撑件5和驱动装置ii4。热解析组件的一端有凹槽形成气室11，所述气室11与解析口连通，支撑件5位于驱动装置ii和解析口之间，支撑件5在驱动装置ii4的带动下可以实现上下运动，从而可以将气室11密封。热解析组件1还设有进气管12、出气管13、加热棒14和温度传感器15。进气管12垂直贯穿热解析组件1并与气室11连通，热解析组件1水平一侧，穿过热解析组件1有一出气管13，也与气室11连通。加热棒14和温度传感器15可实现热解析1组件1恒温或闪热功能，扩大样品的检测范围。

传输单元包括传输板2、吸附片3和驱动装置i6(旋转电机)，传输板2、可实现吸附片3的旋转往复传输。当吸附片为两片时，传输单元用于将一个富集气溶胶样品的吸附片从采样富集单元的采样口传送到热解析单元的解析口，也可同时将另一个经解析后无样品的吸附片从热解析单元的解析口传送回到采样富集单元的采样口。具体的一种方式是，

如图2所述，传输板2通常是中心对称的长方形平板，在传输板2中心设有固定孔17，通过此孔固定将传输板2固定于驱动装置i6的转轴16，转轴16转动时带动传输板2一起转动。在传输板2两端各设有中心对称圆形通孔10，用于气体流通，两圆形通孔10能分别与解析口和采样口同轴。吸附片3通常为圆形吸附片，边缘设有一组均匀分布的气孔9，两个圆形吸附片3覆盖于两个圆形通孔，吸附片3的边缘设有一组均匀分布的圆形气孔9，用于通气。两个吸附片3同心胶粘或夹持于圆形通孔10的外周，在驱动装置i6的带动下以转轴16为中心自由旋转。

采样富集单元的工作模式为：将传输单元的无样品的吸附片3在旋转电机6的转动下转至采样气道8和抽气装置7之间的采用口，吸附片3与采样口同轴，抽气装置7向上运动将传输板2和吸附片3密封在采样气道8和抽气装置7之间形成密闭的气道。此时启动抽气装置7，气溶胶样品在气流的带动下，沿着采样气道8，撞击到吸附片3上，被吸附、富集和收集。多余的气体依次通过吸附片3上的气孔9、通孔10和抽气装置7排出。采集一定时间后，采样富集过程结束，完成采样。

热解析单元的工作过程为：将传输单元的有样品的吸附片3在驱动装置i6的转动下转至解析口，即热解析组件1和支撑件5之间，吸附片3、热解析组件、支撑件同轴；驱动装置i4将支撑件5上移，将吸附片3密封在气室11上，加热样品支撑件，载气气流从进气管12流过，到达气室11，将气化的样品从出气管13带出，送入分析仪器中，如离子迁移谱。分析一定时间后，进样分析过程结束，完成进样。

整个进样器工作的流程是：先将气溶胶样品采集到吸附片3上，完成采样后传输单元将吸附片3送入热解析单元，分析样品，同时将上次一次分析完成的无样品的吸附片3送入采样单元采样。采样和分析两个过程可以是同步进行。节约了时间，加快了采样分析过程。

实施例2

如图3所示，如果要实现多点采样，可以增加采样富集单元的方式，将传输板18制作成具有三个自由端的三菱形，有两个端点处分别安装采样富集单元，例如，第一采样富集单元19和第二采样富集单元20，另一个端点处安装上述两者共用的第一热解析单元21，实现不同的点样品采集分析。

工作过程是：假设此时刻第一采样富集单元19开始采样，第一热解析单元21中正在分析第二采样富集单元20的样品，一定时间后，采样和分析过程都结束，传输单元将传输板18旋转120度，将样品送入第一热解析单元21中开始分析第一采样富集单元19的样品，同时第二采样富集单元20开始采样。再过一定时间后，采样和分析过程都结束，传输单元将传输板18旋转240度，将样品送入第一热解析单元21中开始分析第二采样富集单元20的样品，同时第一采样富集单元19开始采样。整个过程不断循环，就实现了不同采样点的采样。

实施例3

如图4所示，如果将传输板26制作成具有四个自由端的十字形，在四个端点处相间隔安装采样富集单元和热解析单元就可以是多路样品的采集分析。

工作过程是：假设此时刻一路采样富集单元22开始采样，一路热解析单元23在分析一路样品；二路采样富集单元24开始采样，二路热解析单元25在分析一路样品；一定时间后，采样和分析过程都结束，传输单元将传输板26旋转90度，将一路样品送入热解析单元23中开始分析，一路采样富集单元22开始采样样品，同时二路样品送入热解析单元24中开始分析，二路采样富集单元25开始采样样品。整个过程不断循环，就实现了不同多路样品的采样分析。

测试例与对比例

图5同一离子迁移谱更换不同采样进样器检测不同样品量气溶胶样品，右图为利用本实用新型气溶胶采样分析器检测，左图为利用传统膜富集采样进样器检测。利用该采样进样器的离子迁移谱图，随着样品量的增加信号大幅增加，样品量在5ng时，信号强度约为142mv。而膜富集采样进样器样品量50ng与100ng检测的信号强度基本不变，5ng时没有信号。两者比较，利用本实用新型装置比传统装置检测气溶胶样品信号强度上提高了7倍左右，灵敏度提高了，检测限更低了，低于5ng。

参照本设计思路其它形状的传输单元将采样富集单元或热解析单元阵列，实现多点或多路采样分析的装置同样适用本申请。