一种用于测量pm2.5的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于测量PM2.5的装置及方法，该装置包括粒子源发射单元、平行极板对、极板电压调节单元、电流测量单元以及CCD监控单元；利用该装置进行PM2.5测量时，根据密立根静态油滴实验所喷油滴直径为1.2-2.0μm时测量效果最好，可以精确测量出元电荷，利用静态法能达到较高的PM2.5测量精度；该方法考虑了气固两相流多种因素，对多场区下PM2.5颗粒的质量进行计算；采用本发明的系统能够精确测量单位体积空气里所含PM2.5颗粒的质量，同时检测出PM2.5的浓度，满足校准PM2.5监测仪的要求，解决当前对PM2.5检测体系和大气环境污染防控的动态检测设备的极大需求。
【专利说明】-种用于测量PM2.日的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环境监测【技术领域】，特别是涉及一种用于测量PM2. 5的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 细颗粒物又称PM2. 5,是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2. 5微米的 颗粒物。细颗粒物的化学成分主要包括有机碳（0C)、元素碳巧C)、硝酸盐、硫酸盐、馈盐、轴 盐（化+)等。它能较长时间息浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严 重。虽然PM2. 5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要 的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2. 5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质 (例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大 气环境质量的影响更大。
[0003] 为了更有效地监测随着工业化日益发达而出现的、在旧标准中被忽略的对人体有 害的细小颗粒物。PM2. 5指数已经成为一个重要的测控空气污染程度的指数。除美国和欧盟 一些国家将PM2. 5纳入国标并进行强制性限制外，世界上大部分国家都还未开展对PM2. 5 的监测，大多通行对PM10进行监测。
[0004] 目前H种主流的检测PM2. 5方法有振荡天平法，该方法定量关系明确，缺点是测 定结果被认为偏低，需要加装膜动态测量系统（Filter Dynamic Measurement System，）对 偏低的结果进行校准；目射线法，该一方法是基于两个假设，其一是仪器的石英采样滤膜 条带均一，其二是采集下来的PM2. 5粒子物理特性均一，对目射线强度衰减率相同。而上述 两个在现实条件下，假设往往并不成立，因此测定数据一般被认为也存在偏差；光散射法， 主要测量PM2. 5的数量浓度，关注的是PM2. 5的个数，因此主要用于气象部口的能见度监测 研究。而如果将数量浓度转化为环保部口所需的质量浓度，其准确度将会大幅下降。因此， 环保部口很少采用该种方法。上述H种方法操作都比较复杂，测量结果都需要使用滤膜称 重法进行校准，且仪器造价昂贵。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于测量PM2. 5的装置及方 法，依据密立根静态油滴实验测量PM2. 5颗粒所包含的所有元电荷质量，W所有元电荷质 量之和作为PM2. 5颗粒重量，该方法检测精度和效率高，成本较低，操作简单。
[0006] 著名的密立根静态油滴实验所喷油滴直径为1. 2-2. Oum时测量效果最好，可W 精确测量出元电荷，而PM2. 5指当量直径《2. 5 y m的颗粒，两者尺度非常接近。由此可 结合密立根油滴实验的思想对PM2. 5进行测量。此方法简单易行；密立根实验可W测出 10'（-19)数量级的元电荷电量，利用静态法能达到较高的PM2. 5精度。
[0007] -种用于测量PM2. 5的装置，包括粒子源发射单元、平行极板对、极板电压调节单 元、电流测量单元W及CCD监控单元；
[0008] 所述粒子源发射单元位于平行极板对的中间，输入端与PM2. 5切割头的输出端相 连，输出端将经PM2. 5切割头切割后的颗粒打入平行极板对形成的电场中；
[0009] 所述CCD监控单元获取平行极板对间的图像。
[0010] 一种用于测量PM2. 5的方法，采用上述的一种用于测量PM2. 5的装置，具体步骤如 下：
[0011] 步骤1 ;将待测空气输入PM2. 5切割头，经PM2. 5切割头切割后得到的PM2. 5颗粒 相互碰撞后带电分离开，从粒子源发射单元打入平行极板对中；
[0012] 步骤2 ;利用极板电压调节单元，在平行极板对上加载电压，使得所有带电的 PM2. 5颗粒按正负极性分别聚集在平行极板上；
[0013] 步骤3 ;加载在平行极板对上的电压从0开始逐渐递增，同时，从CCD监控单元观 测平行极板对中的息浮颗粒，直到无法再从CCD监控单元中观测到息浮颗粒时，停止增加 平行极板对上的电压；
[0014] 每次出现息浮颗粒时，记录加载在平行极板对上的电压后，将电场撤去；
[0015] 利用电流测量单元测量平行极板对上的电流I，计算产生电流对应的电荷量化，Qi =/ I化；
[0016] 基于平行极板对之间的电场强度Ei，得到对应的颗粒质量，
[0017] 将所有的颗粒质量求和得到待测空气中的所有PM2. 5颗粒的质i
【权利要求】
1. 一种用于测量PM2. 5的装置，其特征在于，包括粒子源发射单元、平行极板对、极板 电压调节单元、电流测量单元以及CCD监控单元； 所述粒子源发射单元位于平行极板对的中间，输入端与PM2. 5切割头的输出端相连， 输出端将经PM2. 5切割头切割后的颗粒打入平行极板对形成的电场中； 所述CCD监控单元获取平行极板对间的图像。
2. -种用于测量PM2. 5的方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种用于测量 PM2. 5的装置，具体步骤如下： 步骤1 :将待测空气输入PM2. 5切割头，经PM2. 5切割头切割后得到的PM2. 5颗粒相互 碰撞后带电分离开，从粒子源发射单元打入平行极板对中； 步骤2 :利用极板电压调节单元，在平行极板对上加载电压，使得所有带电的PM2. 5颗 粒按正负极性分别聚集在平行极板上； 步骤3 :加载在平行极板对上的电压从O开始逐渐递增，同时，从C⑶监控单元观测平 行极板对中的悬浮颗粒，直到无法再从C⑶监控单元中观测到悬浮颗粒时，停止增加平行 极板对上的电压； 每次出现悬浮颗粒时，记录加载在平行极板对上的电压后，将电场撤去； 利用电流测量单元测量平行极板对上的电流I，计算产生电流对应的电荷量Qi,Qi = /Idt；
【文档编号】G01N15/06GK104502243SQ201410833878
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】李旭军, 曾以成, 胡伟, 龚跃球, 田前, 胡一飞, 宋福川, 候斌 申请人:湘潭大学