一种在线气溶胶碳质组分采集分析仪的解析装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境监测领域，特别是涉及一种在线气溶胶碳质组分采集分析仪的解析装置。
【背景技术】
[0002]大气气溶胶中的碳质组分，通常占大气细粒子质量浓度的10% -70%，是大气细粒子的重要组成成分。其可分为三大类:有机碳(Organic Carbon，OC)、元素碳(ElementalCarbon, EC)和碳酸碳(Carbonate Carbon, CC)。OC是指一种含有上百种有机化合物(如脂肪族、芳香族、酸类等)的混合体，主要来源于一次燃烧过程的排放和生物排放，以及气态有机污染物参与光化学反应和气粒转化后生成的二次有机碳。EC也被称作黑碳(BlackCarbon, BC)，通常是指由化石燃料或生物质等含碳物质经过不完全燃烧后直接排放的一种结晶度很低的无定形碳。CC主要存在于土壤和煤矿飞尘的粗粒子中，其质量浓度远小于EC和0C，故一般被忽略。
[0003]大气气溶胶中的碳质组分能够对全球气候、大气能见度以及人体健康等方面产生影响。一方面，其可以直接或间接改变辐射强迫，进而影响全球气候。作为大气气溶胶中最主要的光学吸收成分，EC可以吸收从红外到紫外全波段的光；此外，EC还能加深颗粒物的颜色，使一些原本对辐射没有吸收或者吸收较小的颗粒物也产生光吸收性，从而增加正辐射强迫。碳质气溶胶还可以作为凝结核改变大气中云滴的浓度和寿命，间接影响地球辐射平衡。另一方面，EC对光强大的吸收作用和OC对光的散射作用还能够显著降低区域大气的能见度。在人体健康方面，大气气溶胶中的碳质组分大部分存在于细粒子(0.1?I微米)中，因而很容易通过人体的呼吸作用进入肺部，破坏肺的结构和功能，引发慢性呼吸道疾病甚至癌变。因此，研宄大气气溶胶的碳质组分已为当今环境监测领域的热点。
[0004]在大气气溶胶的碳质组分的研宄中，准确测定气溶胶中的0C、EC浓度，对研宄大气化学反应和污染物的源解析具有重要的意义，因而成为当今环境监测领域的热点。目前测定大气气溶胶中的碳质组分主要有以下三种方法:热分解法、光学法和热分解-光学分析法。热分解法根据0C、EC挥发性的不同对两者加以区分，但其无法解决OC炭化导致的分割点不准确的问题。光学法主要用于EC的测定。热分解-光学分析法在热分解法的基础上增加了光学的校准，利用EC和OC光学吸收系数的极大差异，对OC在加热中炭化成EC的部分进行了有效的校准，更为准确的测定出大气气溶胶中的碳质组分。
[0005]目前，发展较为成熟且应用最广的的热分解-光学分析法是N10SH/T0T(TheNat1nal Institute for Occupat1nal Safety and Health Thermo OpticalTransmiss1n,美国国家职业安全与卫生研宄所颁布的热分解-光透射分析)法和IMPROVE/TOR(Interagency Monitoring of Protected Visual Environments ThermoOptical Reflect1n，美国视觉环境保护绝密监控颁布的热分解-光反射分析)法。典型的使用这两种方法的仪器分别是美国Sunset实验室的离线和在线碳分析仪和沙漠所(DRI)的离线碳分析仪。二者的工作原理基本相同:利用石英膜采集颗粒物样品，先在He载气的非氧化环境下逐级加热石英膜，将颗粒物中的OC挥发出来(有一部分OC被炭化)，再改变载气为He/Ox并继续逐级升温，将EC氧化使其逸出。从石英膜上逸出的OC和EC经过MnO2的催化氧化作用转化成CO2 (或者MnO2的催化氧化和Ni的催化还原作用转化成CH 4)，最后被定量。在整个加热过程中，始终利用一束激光跟踪石英膜黑度的变化，透射光或反射光开始时随着OC的炭化而减弱，之后又随着EC的氧化分解逐渐增强，当恢复到最初光强时即认为到达0C、EC浓度的分割点，S卩:该点之前热分解出的碳质组分是0C，该点之后的碳质组分则为EC。
[0006]在线0C/EC分析仪由于克服了传统离线分析仪时间分辨率低、容易受人为干扰的缺陷，具有更大的应用市场。目前市场上基于热光法在线测定0C/EC的商品化仪器的工作原理是，将大气中的颗粒物捕集到一张石英膜上，采用N1SH加热程序，用非色散红外检测器(NDIR)检测碳质气溶胶转化成的CO2，同时用透射光对EC和OC进行分割。北京大学针对目前商用碳质气溶胶在线分析仪在实际应用中存在的问题，也自主研发了一台在线气溶胶碳质组分采集分析仪(专利申请号:201010249182.8)。然而，上述在线气溶胶碳质组分采集分析仪在分割0C/EC时均只采用透射光，即只利用透射光跟踪程序升温过程中整个石英膜透光率的变化。而在升温过程中，不仅石英膜厚度方向会发生黑度变化，石英膜表面也会发生不同程度的黑化，所以，只利用透射光判断0C/EC的分割点不够全面。而且，为了减少半挥发性有机物从石英膜上挥发引起负偏差以及防止大采样流量下石英膜的破裂，目前商用仪器通常采用两层石英膜重叠采样，这降低了透射光判断0C/EC分割点的敏感度。反射光由于只反映石英膜表面的黑度变化，因而比透射光的敏感度高很多。
[0007]综上所述，有必要研制一种综合采用透射光和反射光的在线气溶胶碳质组分采集分析仪的解析装置来全面判断0C/EC的分割点。当综合采用透射光和反射光来确定0C/EC的分割点时，透射光的分割点和反射光的分割点之间会产生时间间隔，该时间间隔不仅与石英膜的厚度有关，还与石英膜受热快速均匀程度有关，石英膜受热越快速均匀，透射光的分割点和反射光的分割点时间间隔越小，0C/EC分割点的判断越准确。现有技术当中的石英膜的放置方式是将石英膜外围一圈贴合于石英管壁，因而电炉丝产生的热量是通过石英管壁及石英炉内气流的导热作用传递给石英膜的，并从石英膜外缘向中心传导，这种导热方式效率很低且传递缓慢，还存在石英膜加热不均的问题。
【发明内容】
[0008]针对上述问题，本发明的目的是提供一种既能够反映石英膜厚度方向黑度的变化，又能够反映石英膜表面黑度的变化，进而能够全面综合判断0C/EC分割点的在线气溶胶碳质组分采集分析仪的解析装置。
[0009]为实现上述技术目的，本发明采取以下技术方案:一种在线气溶胶碳质组分采集分析仪的解析装置，它包括一解析装置、一保温外壳、一反射激光光电检测接头、一透射激光光电检测接头、一反射激光光电检测系统和一透射激光光电检测系统；所述解析装置位于所述保温外壳内，所述反射激光光电检测接头和透射激光光电检测接头均位于所述保温外壳外，所述解析装置的一端穿出所述保温外壳固定连接所述反射激光光电检测接头，所述反射激光光电检测接头内固定设置所述反射激光光电检测系统，所述解析装置的另一端穿出所述保温外壳固定连接所述透射激光光电检测接头，所述透射激光光电检测接头内固定设置所述透射激光光电检测系统；所述解析装置包括一主管、一副管、一进样管、一支管、一石英膜和一电炉丝；所述主管内套设所述进样管，所述进样管前端的所述主管与所述副管密封连接成一体，所述进样管前端的所述主管还垂向设置所述支管，所述进样管前端贴设所述石英膜，以所述石英膜为中心在所述主管和副管上缠绕设置所述电炉丝，所述进样管和主管的后端均穿出所述保温外壳，所述主管的后端通过一连接接头与所述进样管固定连接，所述进样管的后端固定连接所述反射激光光电检测接头，所述副管的前端穿出所述保温外壳固定连接所述透射激光光电检测接头，所述支管的下端穿出所述保温外壳固定连接一三通接头，所述支管内通过所述三通接头穿设固定一 K型热电偶，所述K型热电偶顶部探头端位于靠近所述石英膜一侧的所述主管和支管的连接处，所述K型热电偶下端穿出所述三通接头通过导线连接至一温控仪。
[0010]所述反射激光光电检测系统包括激光发射器、反射激光信号检测器和反射光滤光片；所述反射激光光电检测接头内侧一端设置一用于插设固定所述激光发射器的激光发射器凹槽，所述反射激光光电检测接头内侧另一端设置一用于与所述进样管连通的第一管槽，所述反射激光光电检测接头内还设置一进气槽，所述激光发射器凹槽、第一管槽和进气槽之间相互连通，所述第一管槽的后端设置一用于固定所述反射光滤光片的反射光滤光片固定槽和一用于固定所述反射激光信号检测器的反射激光信号检测