基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备

所属本说明书涉及静电喷雾，尤其涉及一种基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备。

背景技术：

1、大气颗粒物是大气中重要的污染物之一，其化学组成的不仅包含如硫酸盐、硝酸盐等水溶性可溶性组分，还包括烷烃、芳香烃、羧酸、醛酮等脂溶性有机组分。如何快速捕集大气颗粒物到液相中，并结合后续定量分析仪器，实现大气颗粒物中可溶性组分的快速量化分析，可为评估其环境健康效应、污染来源解析提供重要支撑。

2、目前国内外已有一些商业化的仪器实现了在线捕集大气颗粒物到水相中，实现了对颗粒物水溶性组分的在线快速检测。美国urg公司开发的大气颗粒物水溶性离子的在线监测仪，该仪器利用湿式平行扩散管去除了气态干扰物，采用水蒸气喷射气溶胶采样技术，颗粒物在过饱和水蒸气作用下吸湿长大，冷凝后收集颗粒物到水相中，利用离子色谱定量分析大气颗粒物中水溶性无机离子；瑞士万通mars系列气溶胶在线/半连续监测仪是利用水蒸汽冷凝在气溶胶表面涨大，并通过惯性碰撞捕集到液相，然后进行水溶性组分的定量分析。国内如北京大学的曾立民课题组开发出gac，可以同步实现大气气态和颗粒态水溶性污染物的测定，即利用环形湿式溶蚀器可以分离气态和大气颗粒物，并捕集气态污染物到水相，颗粒物的捕集方式同瑞士万通mars；我国台湾地区章嘉伟业生产的大气颗粒物水溶性离子在线分析仪同美国urg技术，也利用同样技术进行捕集大气颗粒物到水相中，并进行后续水溶性组分的测定。

3、大气颗粒物富含有机成分，脂溶性的成分对环境和健康造成重大影响，但还未有商品化仪器可以实现大气颗粒物脂溶性成分在线捕集设备。不仅如此，商品化大气颗粒物水溶性成分在线监测仪在捕集颗粒物时，水的消耗速率在毫升/分钟尺度，而大气颗粒物多数成分含量极低，液量过多会大大稀释被测物质的浓度，对检测器检测限要求较高，另外，大多颗粒物液相捕集技术基于高温蒸汽法，而高温蒸汽可能会改变或淬灭颗粒物中活性组分，从而改变其化学组成。

技术实现思路

1、为研究基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备，本说明书利用静电喷雾的先进技术和特点，提供了一种新的大气颗粒物可溶性组分液相收集装置。该装置利用了大气颗粒物粒径分选技术、高压静电喷雾技术、荷电液滴捕集颗粒物技术、分析检测技术和数据处理技术等。

2、本说明书利用静电喷雾原理来捕集大气颗粒物，液量消耗速率在微升/分钟尺度，且可以选择水或有机溶剂作为喷液，实现水溶性或脂溶性可溶物的捕集，且在电场力和气流的作用下，液滴可定向移动至收集腔，大大缩小了捕集系统液量体积。

3、为了实现上述目的，根据本说明书的一个方面，提供了一种基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备，包括粒径分选装置、样品捕集腔、高压静电计、注射泵以及真空泵；

4、所述粒径分选装置，用于采集空气，并从所述空气中分选出直径在预设的待测粒径范围内的大气颗粒物；

5、所述注射泵，存储有捕集液，且所述注射泵与所述样品捕集腔临近，用于向所述样品捕集腔中泵入捕集液；

6、所述样品捕集腔，处于高压电场中，且与所述高压静电计连接；用于在所述高压静电计的作用下使所述捕集液在其中发生电喷现象，将所述捕集液转换为带电液滴；还用于收集吸附有所述大气颗粒物的带电液滴；

7、所述真空泵，与所述样品捕集腔连接，用于将所述样品捕集腔中的气体抽出并排出。

8、优选的，所述粒径分选装置为旋风切割器或撞击器。

9、优选的，所述分选装置，用于对环境大气中的颗粒物粒径分选，能够将直径处于所述待测粒径范围的大气颗粒物选入。

10、优选的，所述捕集液为超纯水和/或有机溶剂。

11、优选的，所述带电液滴能够与所述大气颗粒物碰撞，并吸附所述大气颗粒物；

12、所述捕集腔，用于对在所述高压电场的作用下，移动至目标位置带电液滴进行收集。

13、优选的，所述装置还包括检测单元；

14、所述检测单元，用于对吸附有大气颗粒物的带电液滴进行检测，获得大气颗粒物的脂溶性和/或水溶性组分的溶液。

15、优选的，所述检测单元包括超声雾化-干燥颗粒物发生器、粒径谱仪、荧光检测仪。

16、优选的，所述设备还包括信号收集与处理器；

17、所述检测单元用于对不同粒径的大气颗粒物的的脂溶性或水溶性组分荷电喷雾捕集效率进行定量检测，测得的定量检测信号发送至所述信号收集与处理器；

18、所述信号收集与处理器用于对所述定量检测信号进行存储和处理。

19、本说明书专利采用的技术方案是：1.气溶胶粒径的分选，气溶胶颗粒在大气环境下由惯性碰撞切割器分选出待测粒径范围内的气溶胶样品；搭配不同的切割器，如pm10或pm2.5，可实现pm10或pm2.5可溶性组分的在线测定；2.静电喷雾发生和液相捕集，液体流体在高压电场的作用下，电流体在库仑力的作用下发生雾化现象，产生的带电液滴与大气颗粒物碰并，并在电场力和流场的作用下定向运动到样品收集腔中；3.被带电液滴捕集的大气颗粒物样品经过溶解、脱气、过滤，滤液经泵送往后续检测器；4.大气颗粒物样品被检测器检测信号经计算机存储和处理；5.经滤膜过滤后的气体进入收集腔后被电喷液捕集并检测，获得数值作为该装置的运行背景信号；6掺杂荧光盐的氯化钠溶液经过雾化、干燥产生不同粒径的氯化钠颗粒物，进入静电喷雾液相捕集系统；利用粒径谱仪测定氯化钠颗粒物进入捕集系统前后的粒径分布变化，利用荧光检测器测定捕集液的荧光信号大小，实现不同粒径大气颗粒物中可溶性组分捕集效率的检测。

20、本说明书的有益效果是，对大气颗粒物在线捕集到液相中，通过选择不同捕集液，实现对颗粒物中脂溶性或水溶性物质进行，使用了荷电喷雾技术在线捕集颗粒相样品，选用不同溶剂获得脂溶性或水溶性样品，能够捕集不同的大气颗粒物。

技术特征：

1.一种基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备，其特征在于，包括粒径分选装置、样品捕集腔、高压静电计、注射泵以及真空泵；

2.根据权利要求1所述的基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备，其特征在于，所述粒径分选装置为旋风切割器或撞击器。

3.根据权利要求1所述的基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备，其特征在于，所述分选装置，用于对环境大气中的颗粒物粒径分选，能够将直径处于所述待测粒径范围的大气颗粒物选入。

4.根据权利要求1所述的基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备，其特征在于，所述捕集液为超纯水和/或有机溶剂。

5.根据权利要求1所述的基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备，其特征在于，所述带电液滴能够与所述大气颗粒物碰撞，并吸附所述大气颗粒物；

6.根据权利要求1所述的基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备，其特征在于，所述装置还包括检测单元；

7.根据权利要求6所述的基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备，其特征在于，所述检测单元包括超声雾化-干燥颗粒物发生器、粒径谱仪、荧光检测仪。

8.根据权利要求7所述的基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备，其特征在于，所述设备还包括信号收集与处理器；

技术总结
本说明书提供了一种基于荷电喷雾技术的大气颗粒物可溶性组分液相捕集设备，该设备采用粒径切割器分选可对大气环境中的总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物和可入肺颗粒物进行分选，使设定粒径范围的大气颗粒物进入并被静电喷雾系统，大气颗粒物与电喷雾滴碰并被捕获，在电场力定性作用下，液滴被收集。通过改变静电喷液的理化特性，分别获得大气颗粒物的脂溶性、水溶性捕集液。可见，该设备能够实现水溶性或脂溶性可溶物的捕集，且在电场力和气流的作用下，液滴可定向移动至收集腔，大大缩小了捕集系统液量体积。

技术研发人员：张阳,曹语轩,胡潇予
受保护的技术使用者：中国科学院大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8