一种大气气溶胶在线捕集及化学成分检测的方法与装置与流程

本发明涉及环境检测技术领域，具体地说是一种大气气溶胶在线捕集及化学成分检测的方法与装置。

背景技术：

对于大气中气溶胶收集及化学成分分析，传统分析方法是通过滤膜采集颗粒物，然后送至实验室称量、溶解、提取并使用离子色谱进行分析。该方法存在颗粒物采样误差大、样品存储易损失、耗时费力、不能反映大气颗粒物中水溶性组分的高频变化规律等缺点。

技术实现要素：

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种大气气溶胶在线捕集及化学成分检测的方法与装置。

本发明的技术方案是按以下方式实现的，本发明的一种大气气溶胶的在线捕集检测方法是将环境大气定量除去可溶性气体后，将大气在气溶胶捕集器中进行气溶胶的捕集，捕集方式采用蒸汽捕集，使蒸汽对气溶胶进行裹覆，冷却，使气溶胶聚集成液滴汇流收集，并对收集到的液化气溶胶进行在线化学成分定性定量检测的过程。

该方法是将环境大气与吸收液分别定量引入湿式静态圆形扩散溶蚀器，在湿式静态圆形扩散溶蚀器内通过气体选择透过性膜的膜分离方式，使吸收液对环境大气中的可溶成分进行定量吸收，将吸收后的吸收液收集；

被膜分离吸收后的环境大气输送到气溶胶捕集器中对大气气溶胶进行捕集，捕集是利用大气与气溶胶的扩散速度存在差异，气溶胶进入气溶胶捕集器时在蒸汽发生器喷出的水蒸汽作用下，气溶胶被大量的水蒸汽裹覆，在冷却状态下迅速形成液滴被获取得到捕集，捕集后得到液化气溶胶待测样品液，

将吸收后的吸收液和液化气溶胶待测样品液分别进样或一同进样到多通道离子色谱在线检测仪进行化学成分的分析，构成实时的大气气溶胶在线捕集及化学成分检测系统。

吸收液采用1％～3％浓度的双氧水，湿式静态圆形扩散溶蚀器内的气体选择透过性膜的膜动力采用双氧水和环境大气中能与双氧水发生氧化还原反应的反应动力，对环境大气中的可溶性气体以及污染物的无损完全吸收。

湿式静态圆形扩散溶蚀器中的气体选择透过性液体膜采用液体膜。

蒸汽发生器中的蒸汽来源于纯水；蒸汽发生器制造的蒸汽的控制参数是：蒸汽输出的90-110℃、0.02-0.03mpa温度、压力的饱和蒸汽。

气溶胶捕集器内气溶胶被大量的水蒸汽裹覆后的的冷却采用真空冷却，真空泵的工作状态为标准大气压，20℃流量16.7ml/min。

一种大气气溶胶在线捕集及化学成分检测装置，其机构包括湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)、气溶胶捕集器(2)、化学成分分析系统(5)，

在湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)的上游配置有环境大气定量引入装置，环境大气定量引入装置与湿式静态圆形扩散溶蚀器气体入口(104)连通，

湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)内配置有气体选择透过性膜，

吸收液储存瓶(106)内储存的吸收液经过吸收液输送泵(108)以及管路输送到湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)内，吸收液与大气通过气体选择透过性膜进行膜间物质交换，吸收液吸收大气的可溶成分；吸收液从湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)下游连接吸收液排出管路，吸收液从吸收液排出管路排出；

湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)的大气通过下游连接湿式静态圆形扩散溶蚀器气体出管(118)连通到气溶胶捕集器(2)上；

气溶胶捕集器(2)内腔在大气喷入处加设蒸汽喷入混流，蒸汽对气溶胶进行裹覆，

气溶胶捕集器(2)末端配置有冷却系统，冷却系统对气溶胶捕集器内的蒸汽裹覆气溶胶进行降温，气溶胶捕集器(2)末端连接液化气溶胶待测样品液汇流收集装置，

液化气溶胶待测样品液汇流收集装置通过自动进样装置(505)连接多通道离子色谱在线检测仪(508)进行在线检测。

环境大气定量引入装置是由空气颗粒物切割器入口(101)、空气颗粒物切割器(102)、空气颗粒物切割器出口(103)构成，环境大气定量引入装置配置有大气流量传感器，大气流量传感器监控环境大气定量引入装置引入大气的流速为恒速；

蒸汽喷入混流由蒸汽发生器(3)提供，蒸汽发生器(3)配置有纯水储存瓶(304)，纯水储存瓶(304)连接纯水输送泵进口管(303)，纯水输送泵进口管(303)管路上设置有纯水输送泵(305)，纯水输送泵进口管(303)通过蒸汽发生器液相进口管(302)连接到蒸汽发生器(3)，蒸汽发生器(3)配置有蒸汽发生器电加热控制系统(306)，蒸汽发生器(3)通过蒸汽发生器出口管及组合件(301)将蒸汽输送到气溶胶捕集器(2)内腔与大气混流，并对气溶胶进行裹覆；

冷却系统采用真空冷却，真空冷却配置真空发生器系统，真空发生器系统(4)由气溶胶捕集器真空进口连接管(401)连接到气溶胶捕集器(2)末端，气溶胶捕集器真空进口连接管(401)依次连接气体流量传感器(402)、真空表(403)、真空泵入口(404)真空泵、真空泵排出口；真空泵为气溶胶捕集器(2)内腔提供真空冷却；

液化气溶胶待测样品液汇流收集装置由待测样品进口(501)、液化气溶胶待测样品连接阀(502)以及液化气溶胶连接管(506)连接构成，液化气溶胶待测样品连接阀(502)上配置有待测样品出口(503)(504)，液化气溶胶连接管(506)连接到自动进样装置(505)上，自动进样装置(505)连接到多通道离子色谱在线检测仪(508)上。

吸收液从湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)下游连接吸收液排出管路，吸收液从吸收液排出管路排出；排出经湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出口(114)、湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出口控制阀(116)、湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出口(115)汇流到可溶性气体吸收液储存瓶(117)；

可溶性气体吸收液储存瓶(117)将可溶性气体吸收液连至自动进样装置(505)，可溶性气体吸收液与液化气溶胶待测样品液分别进样或一同进样到多通道离子色谱在线检测仪进行化学成分的分析。

离子色谱在大气环境监测化学成分上的应用；以及，蒸汽发生器在气溶胶捕集器中的应用。

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：

本发明的一种大气气溶胶在线捕集及化学成分检测的方法与装置是将离子色谱技术应用于大气环境监测，同时具备实验室检测仪器的高精确性及在线监测仪器的连续自动化可操作性。

气体采样装置为湿式静态圆形扩散溶蚀器，采用气体选择透过性膜技术，空气中气态污染物可穿过膜进入吸收液通道，并与双氧水反应。反应过程动力学原理为氧化还原反应，保证了对气态污染物的无损完全吸收。在湿式静态圆形扩散溶蚀器中可溶性气体可被定量吸收。

利用气体与气溶胶的扩散速度存在差异，气溶胶全部从气溶胶捕集器入口进入气溶胶捕集器时在蒸汽发生器喷出的水蒸汽作用下，气溶胶被大量的水蒸汽裹覆，在自冷却状态下迅速形成液滴，从气溶胶捕集器待测样品出口被获取；

经多通道离子色谱在线检测仪对化学成分进行检测并并通过多通道离子色谱在线检测仪的无线通讯系统及时将检测数据上传到大气环境管理平台上，使大气污染得到实时监控与防治。

本发明提供的一种大气气溶胶在线捕集及化学成分检测装置，采用湿式静态圆形扩散溶蚀器与具有蒸汽发生器的气溶胶捕集器集合，通过控制流量传感器使真空泵能在恒温恒流下工作，从而获取全部大气样中的气溶胶，通过多通道离子色谱在线检测仪对化学成分进行分析。具有实时、快捷、准确、运行维护简单等优点。

通过本发明可及时、准确将检测数据上传到大气环境管理平台上，使大气污染得到实时监控与防治。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。

附图中的标记分别表示：

1、湿式静态圆形扩散溶蚀器，2、气溶胶捕集器，3、蒸汽发生器，4、真空发生器系统，5、化学成分分析系统，

101、空气颗粒物切割器入口，

102、空气颗粒物切割器，

103、空气颗粒物切割器出口，

104、湿式静态圆形扩散溶蚀器气体入口，

105、湿式静态圆形扩散溶蚀器气体出口，

106、吸收液储存瓶，

107、吸收液输送泵进口管，

108、吸收液输送泵，

109、吸收液输送泵出口管，

110-111，湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液入口，

112-113、吸收液输送泵出口流量控制阀，

114、湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出口，

115、湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出管，

116、湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出口控制阀，

117、可溶性气体吸收液储存瓶，

201、气溶胶捕集器进口，

202、气溶胶捕集器蒸汽进口，

203、气溶胶捕集器真空进口，

204、气溶胶捕集器标样进口，

205、气溶胶捕集器待测样品出口，

206、气溶胶捕集器溢流液出口，

207、气溶胶捕集器冷凝液出口，

208、溢流液及冷凝液收集瓶，

301、蒸汽发生器出口管及组合件，

302、蒸汽发生器液相进口管，

303、纯水输送泵进口管，

304、纯水储存瓶，

305、纯水输送泵，

306、蒸汽发生器电加热控制系统，

401、气溶胶捕集器真空进口连接管，

402、气体流量传感器，

403、真空表，

404、真空泵入口，

405、真空泵排出口，

501、待测样品进口，

502、液化气溶胶待测样品连接阀，

503-504、待测样品出口，

505、自动进样装置，

506、液化气溶胶连接管，

508、多通道离子色谱在线检测仪，

509、气溶胶捕集器待测样品出口管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种大气气溶胶在线捕集及化学成分检测的方法与装置作以下详细说明。

如附图所示，本发明的一种大气气溶胶在线捕集及化学成分检测的方法与装置，该方法是将环境大气与吸收液分别定量引入湿式静态圆形扩散溶蚀器，在湿式静态圆形扩散溶蚀器内通过气体选择透过性膜的膜分离方式，使吸收液对环境大气中的可溶成分进行定量吸收，将吸收后的吸收液收集；

被膜分离吸收后的环境大气输送到气溶胶捕集器中对大气气溶胶进行捕集，捕集是利用大气与气溶胶的扩散速度存在差异，气溶胶进入气溶胶捕集器时在蒸汽发生器喷出的水蒸汽作用下，气溶胶被大量的水蒸汽裹覆，在冷却状态下迅速形成液滴被获取得到捕集，捕集后得到液化气溶胶待测样品液，

将吸收后的吸收液和液化气溶胶待测样品液分别进样或一同进样到多通道离子色谱在线检测仪进行化学成分的分析，构成实时的大气气溶胶在线捕集及化学成分检测系统。

吸收液采用1％--3％浓度的过氧化氢(双氧水)双氧水，湿式静态圆形扩散溶蚀器内的气体选择透过性膜的膜动力采用双氧水和环境大气中能与双氧水发生氧化还原反应的反应动力，对环境大气中的可溶性气体以及污染物的无损完全吸收。

湿式静态圆形扩散溶蚀器中的气体选择透过性膜采用液体膜。

蒸汽发生器中的蒸汽来源于纯水；蒸汽发生器的蒸汽输出的温度90～110℃、0.02～0.03mpa压力的饱和蒸汽。

气溶胶捕集器内气溶胶被大量的水蒸汽裹覆后的的冷却采用真空冷却，真空泵的工作状态是标准大气压，20℃流量16.7ml/min。

气体采样装置为湿式静态圆形扩散溶蚀器，采用气体选择透过性膜技术，空气中气态污染物可穿过膜进入吸收液通道，并与双氧水反应。反应过程动力学原理为氧化还原反应，保证了对气态污染物的无损完全吸收。在湿式静态圆形扩散溶蚀器中可溶性气体可被定量吸收；

利用气体与气溶胶的扩散速度存在差异，气溶胶全部从气溶胶捕集器入口进入气溶胶捕集器时在蒸汽发生器喷出的水蒸汽作用下，气溶胶被大量的水蒸汽裹覆，在自冷却状态下迅速形成液滴，从气溶胶捕集器待测样品出口被获取；

经多通道离子色谱在线检测仪对化学成分进行检测并通过多通道离子色谱在线检测仪的无线通讯系统及时将检测数据上传到大气环境管理平台上，使大气污染得到实时监控与防治。

一种大气气溶胶在线捕集及化学成分检测装置主要包括：湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)、气溶胶捕集器(2)、蒸汽发生器(3)、真空发生器系统(4)、化学成分分析系统(5)。

其中，

湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)包括：空气切割器(102)、空气切割器入口(101)、空气切割器出口(103)、湿式静态圆形扩散溶蚀器气体入口(104)、湿式静态圆形扩散溶蚀器气体出口(105)、吸收液储存瓶(106)、吸收液输送泵(108)、吸收液输送泵进口管(107)、吸收液输送泵出口管(109)、吸收液输送泵出口流量控制阀(112)(113)、湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液入口(110)(111)、湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出口(114)、湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出口控制阀(116)、湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出口(115)、可溶性气体吸收液储存瓶(117)、湿式静态圆形扩散溶蚀器气体出管(118)；

气溶胶捕集器(2)包括：气溶胶捕集器进口(201)、气溶胶捕集器蒸汽进口(202)、气溶胶捕集器真空进口(203)、气溶胶捕集器标样进口(204)、气溶胶捕集器待测样品出口(205)、气溶胶捕集器溢流液出口(206)、气溶胶捕集器冷凝液出口(207)、溢流液及冷凝液收集瓶(208)；

蒸汽发生器(3)真空发生器系统(4)蒸汽发生器出口管及组合件(301)、蒸汽发生器液相进口管(302)、纯水储存瓶(304)、纯水输送泵(305)、纯水输送泵进口管(303)、蒸汽发生器电加热控制系统(306)；

真空发生器系统(4)包括：气溶胶捕集器真空进口连接管(401)、气体流量传感器(402)、真空表(403)、真空泵入口(404)、真空泵排出口(405)；

化学成分分析系统(5)包括：液化气溶胶待测样品连接阀(502)、液化气溶胶待测样品连接阀设有：待测样品进口(501)、待测样品出口(503)和(504)、自动进样装置(505)、液化气溶胶连接管(506)、可溶性气体连接管(507)、多通道离子色谱在线检测仪(508)、气溶胶捕集器待测样品出口管(509)。

该装置的连接形式为：湿式静态圆形扩散溶蚀器气体出管(118)与气溶胶捕集器进口(201)连接；蒸汽发生器出口管及组合件(301)与气溶胶捕集器蒸汽进口(202)连接；气溶胶捕集器真空进口(203)与气溶胶捕集器真空进口连接管(401)连接；气溶胶捕集器待测样品出口(205)与待测样品进口(501)通过气溶胶捕集器待测样品出口管(509)连接；自动进样装置(505)与多通道离子色谱在线检测仪(508)连接；构成了大气气溶胶在线捕集及化学成分检测装置。

本装置，它可以在线实时监测大气气溶胶的化学成分，并通过多通道离子色谱在线检测仪的无线通讯系统及时将检测数据上传到大气环境管理平台上，使大气污染得到实时监控与防治。

现有的大气气溶胶检测装置通过滤膜采集颗粒物，然后送至实验室称量、溶解、提取并使用离子色谱进行分析。采样误差大、样品存储易损失、耗时费力、不能反映大气颗粒物中水溶性组分的高频变化规律等缺点。

该装置，采用湿式静态圆形扩散溶蚀器与具有蒸汽发生器的气溶胶捕集器集合，通过控制流量传感器使真空泵能在恒温横流下工作，从而获取全部大气样中的气溶胶，通过多通道离子色谱在线检测仪对化学成分进行分析。具有实时、快捷、准确、运行维护简单等优点。

该装置可及时、准确将检测数据上传到大气环境管理平台上，使大气污染得到实时监控与防治。

本发明的大气气溶胶在线捕集及化学成分检测装置，其机构包括湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)、气溶胶捕集器(2)、化学成分分析系统(5)，

在湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)的上游配置有环境大气定量引入装置，环境大气定量引入装置与湿式静态圆形扩散溶蚀器气体入口(104)连通，

湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)内配置有气体选择透过性膜，

吸收液储存瓶(106)内储存的吸收液经过吸收液输送泵(108)以及管路输送到湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)内，吸收液与大气通过气体选择透过性膜进行膜间物质交换，吸收液吸收大气的可溶成分；吸收液从湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)下游连接吸收液排出管路，吸收液从吸收液排出管路排出；

湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)的大气通过下游连接湿式静态圆形扩散溶蚀器气体出管(118)连通到气溶胶捕集器(2)上；

气溶胶捕集器(2)内腔在大气喷入处加设蒸汽喷入混流，蒸汽对气溶胶进行裹覆，

气溶胶捕集器(2)末端配置有冷却系统，冷却系统对气溶胶捕集器内的蒸汽裹覆气溶胶进行降温，气溶胶捕集器(2)末端连接液化气溶胶待测样品液汇流收集装置，

液化气溶胶待测样品液汇流收集装置通过自动进样装置(505)连接多通道离子色谱在线检测仪(508)进行在线检测。

环境大气定量引入装置是由空气颗粒物切割器入口(101)、空气颗粒物切割器(102)、空气颗粒物切割器出口(103)构成，环境大气定量引入装置配置有大气流量传感器，大气流量传感器监控环境大气定量引入装置引入大气的流速为恒速；

蒸汽喷入混流由蒸汽发生器(3)提供，蒸汽发生器(3)配置有纯水储存瓶(304)，纯水储存瓶(304)连接纯水输送泵进口管(303)，纯水输送泵进口管(303)管路上设置有纯水输送泵(305)，纯水输送泵进口管(303)通过蒸汽发生器液相进口管(302)连接到蒸汽发生器(3)，蒸汽发生器(3)配置有蒸汽发生器电加热控制系统(306)，蒸汽发生器(3)通过蒸汽发生器出口管及组合件(301)将蒸汽输送到气溶胶捕集器(2)内腔与大气混流，并对气溶胶进行裹覆；

冷却系统采用真空冷却，真空冷却配置真空发生器系统，真空发生器系统(4)由气溶胶捕集器真空进口连接管(401)连接到气溶胶捕集器(2)末端，气溶胶捕集器真空进口连接管(401)依次连接气体流量传感器(402)、真空表(403)、真空泵入口(404)真空泵(4)、真空泵排出口；真空泵为气溶胶捕集器(2)内腔提供真空冷却；

液化气溶胶待测样品液汇流收集装置由待测样品进口(501)、液化气溶胶待测样品连接阀(502)以及液化气溶胶连接管(506)连接构成，液化气溶胶待测样品连接阀(502)上配置有待测样品出口(503)(504)，液化气溶胶连接管(506)连接到自动进样装置(505)上，自动进样装置(505)连接到多通道离子色谱在线检测仪(508)上。

吸收液从湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)下游连接吸收液排出管路，吸收液从吸收液排出管路排出；排出经湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出口(114)、湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出口控制阀(116)、湿式静态圆形扩散溶蚀器吸收液排出口(115)汇流到可溶性气体吸收液储存瓶(117)；

可溶性气体吸收液储存瓶(117)将可溶性气体吸收液连至自动进样装置(505)，可溶性气体吸收液与液化气溶胶待测样品液分别进样或一同进样到多通道离子色谱在线检测仪进行化学成分的分析。

气溶胶捕集器(2)内的气流、液流、冷流的路径：

经过湿式静态圆形扩散溶蚀器(1)的大气通过气溶胶捕集器进口(201)进入气溶胶捕集器(2)，在大气进入并流经的气溶胶捕集器(2)内腔前管道上并联气溶胶捕集器蒸汽进管，蒸汽在气溶胶捕集器内腔前管道与大气混流，水蒸汽对气溶胶进行裹覆，形成液化气溶胶；

气溶胶捕集器(2)内腔的外围设置为密封的真空腔，内腔和真空腔于内腔的喷口端之处相通，喷口端设置为缩径喷口端，

在喷口端处设置有喷混腔，喷混腔连接上游的标样进口，标样液通过标样进口进入喷混腔，标样液与喷口端的喷出的液化气溶胶混流并通过气溶胶捕集器待测样品出口(205)排出至气溶胶捕集器待测样品出口管(509)，再通过进入液化气溶胶待测样品连接阀(502)进入自动进样装置(505)；

真空腔连接真空泵，真空泵为真空腔提供真空度，用于真空冷凝蒸汽以及液化气溶胶，蒸汽冷凝液以及液化气溶胶溢流液通过、气溶胶捕集器冷凝液出口(207)气溶胶捕集器溢流液出口(206)收集到溢流液及冷凝液收集瓶(208)；

多通道离子色谱在线检测仪(508)汇总可溶性气体吸收液储存瓶(117)内的成分、气溶胶捕集器待测样品出口(205)的成分以及溢流液及冷凝液收集瓶(208)的成分，进行检测分析。

本发明的大气气溶胶在线捕集及化学成分检测装置的操作过程是：

(1)真空泵开启后，待测大气经切割器进入湿式静态圆形扩散溶蚀器，通过大气流量传感器调整大气进气流量与压力，保持16.7l/min的流速；

(2)吸收液输送泵将吸收液连续输送至湿式静态圆形扩散溶蚀器内，保持湿式静态圆形扩散溶蚀器内处于润湿状态，在湿式静态圆形扩散溶蚀器中可溶性气体被定量吸收；

(3)由于气体与气溶胶的扩散速度存在差异，气溶胶全部从气溶胶捕集器入口进入气溶胶捕集器，在蒸汽发生器喷出的水蒸汽作用下，气溶胶被大量的水蒸汽裹覆，在自冷却状态下迅速形成液滴，在重力作用下从气溶胶捕集器待测样品出口流出；

(4)不可溶气体和废水蒸汽通过真空泵排出口排出，冷凝水和溢流液通过气溶胶捕集器溢流液出口和气溶胶捕集器冷凝液出口排出；

(5)气溶胶捕集器获取的待测样品经液化气溶胶待测样品连接阀，通过自动进样器进入多通道离子色谱在线检测仪进行化学成分检测；

(6)多通道离子色谱在线检测仪对化学成分进行检测后通过多通道离子色谱在线检测仪的无线通讯系统及时将检测数据上传到大气环境管理平台上，使大气污染得到实时监控与防治。