一种用于检测颗粒相ROS基团含量的自动取样装置的制作方法

本实用新型涉及大气悬浮颗粒物检测技术领域，更具体地，涉及一种用于检测颗粒相ros基团含量的自动取样装置。

背景技术：

活性氧(reactiveoxygenspecies,ros)是体内一类氧的单电子还原产物，是电子在未能传递到末端氧化酶之前漏出呼吸链并消耗大约2％的氧生成的，包括氧的一电子还原产物超氧阴离子(o2·-)、二电子还原产物过氧化氢(h2o2)、三电子还原产物羟基自由基(·oh)以及一氧化氮等。pm2.5氧化应激损伤机理具体为：pm2.5组成组份里面存在引发ros产生的成分，如过渡金属、醌类、多环芳烃。ros过度累积结合这些成分引起氧化应激，造成机体损伤。

现有的颗粒相ros在线检测系统存在稳定性差，尤其检测装置存在样品混合不均匀、由于温差不够导致样品不能全部结晶的问题，这样的检测结果无法通过颗粒相中的ros含量反演出准确的大气中ros的浓度，也就导致后续研究难以弄清其在大气化学反应中的产生、传输及归趋规律的问题，对研究造成阻碍。

技术实现要素：

针对现有技术中含有ros基的颗粒相在进入取样室之前的混合不均、温差不够造成的结晶不完全影响检测结果的技术问题，本实用新型提供了一种用于检测颗粒相ros基团含量的自动取样装置。

为了实现上述技术问题的解决，本实用新型采用的具体技术方案为：

一种用于检测颗粒相ros基团含量的自动取样装置，包括依次连接的湿式旋转扩散器、高温蒸汽气幕器、气溶胶混合室、旋风分离室以及取样室；湿式旋转扩散器包括带有入口和出口的旋转腔室，旋转腔室的轴线与气溶胶混合室的轴线夹角为120～135°，旋转腔室的内表面为粗糙表面；高温蒸汽气幕器与气溶胶混合室的同轴对准分布；高温蒸汽气幕器上设有与其轴线垂直分布的高温蒸汽入口；高温蒸汽气幕器包括相互独立且分别与气溶胶混合室连通的ros颗粒物通道和螺旋气幕形成通道；旋风分离室的出口处设有渐收口，渐收口的出口对准取样室的取样壁；旋风分离室的底部和顶部分别设有冷却水入口以及冷却水出口。

湿式旋转扩散器的主体结构是一根可旋转二氧化硅玻璃管旋转腔室，其内壁经过磨砂工艺处理，以增加其亲水性能。旋转腔室的两端设置合适的水平高差，去离子水由高端泵入，低端抽出。运行过程中，旋转腔室内壁会形成一层水膜。湿式旋转扩散器提取气相ros样品的基本原理是绝大多数气相ros在水中具有很高的溶解度和扩散率(远大于颗粒相ros)，当大气从旋转腔室中水膜的表面流过时，气相ros会被去离子水吸收，而颗粒相ros会穿过扩散器进入气溶胶采样器。大气流动方向和扩散器中去离子水的流动方向相反。大气流速、去离子水流速、水膜厚度等工艺参数直接影响大气中气相ros的提取率。

高温蒸汽通过高温蒸汽气幕器，一方面为从湿式旋转扩散器过来的携带有ros的颗粒物提供预热，另一方面高温蒸汽与颗粒物在气溶胶混合室内混合会变得更加均匀，以充分升温颗粒物。

在气溶胶混合室中，大气和120℃左右的水蒸气充分混合均匀。混合气体进入旋风分离室后，由于温度急剧下降，水蒸气会以大气中的颗粒物为核迅速液化长大形成小液滴。旋风分离室可滤除大气中空气动力学直径大于2.5μm的颗粒物质，并将过滤后的大气以一定的流速输送到采样室。最后，混合气流通过渐收口，渐收口的作用类似于喷嘴。在渐收口中混合气流流速瞬间加快，包含有颗粒相ros的液滴在惯性力的作用下碰撞在取样壁上，在取样室中气液分离，采取颗粒相ros样品。

本实用新型中带有倾斜角度的湿式旋转扩散器利用待检测样品的流入惯性，更容易与湿式旋转扩散器的内壁进行碰撞，增大了接触性，方便气相中ros进入湿式旋转扩散器内壁上的水膜。

本实用新型通过湿式旋转扩散器将液相和颗粒相中的ros分离，留下颗粒相中的ros进行检测，屏蔽了难以检测的气相中ros基，有助于提高检测结果的准确性；通过旋风分离室滤除大气中空气动力学直径大于2.5μm的颗粒物质，以得到精确的检测结果。本实用新型通过螺旋气幕形成通道在出口处形成环形气流出口，有助于高温蒸汽与待检测样品的混合，为待检测样品和高温蒸汽提供良好的混合环境以及良好的传热条件，同时具有连续检测的有益效果，为实现连续自动化的大气悬浮颗粒物的检测打下基础。

作为本实用新型进一步的技术方案，气溶胶混合腔室内壁上设有骨架状扰流体。

这样的结构为气相流动提供了更好的混合环境，骨架状扰流体的自由端部位圆弧过渡结构，为流体产生涡流提供条件，涡流下的悬浮颗粒物可以与气相更好的混合，而且也增加了传热的效率。

作为本实用新型进一步的技术方案，取样室包括二次冷却水入口以及二次冷却水出口；二次冷却水入口连接冷却水出口。

这样的结构充分利用水资源，达到从旋风分离室流出的冷却水的重复利用的技术效果。

作为本实用新型进一步的技术方案，旋风分离室的螺旋圈数为4，螺距为20cm。

这样的结构可以出去大气中大于pm2.5的颗粒。

作为本实用新型进一步的技术方案，取样室包括气体出口和颗粒物出口。

作为本实用新型进一步的技术方案，旋转腔室的轴线与气溶胶混合室的轴线夹角为120°。

作为本实用新型进一步的技术方案，气溶胶混合室的轴线为水平轴线。

这样的结构方便检测。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过湿式旋转扩散器将液相和颗粒相中的ros分离，留下颗粒相中的ros进行检测，屏蔽了难以检测的气相中ros基，有助于提高检测结果的准确性；通过旋风分离室滤除大气中空气动力学直径大于2.5μm的颗粒物质，以得到精确的检测结果。本实用新型通过螺旋气幕形成通道在出口处形成环形气流出口，有助于高温蒸汽与待检测样品的混合，为待检测样品和高温蒸汽提供良好的混合环境以及良好的传热条件，同时具有连续检测的有益效果，为实现连续自动化的大气悬浮颗粒物的检测打下基础。

附图说明

图1为本实用新型的平面结构示意图；

图2为本实用新型的高温蒸汽气幕器的透视结构示意图；

图3为本实用新型的高温蒸汽气幕器的出口截面结构示意图。

图中：

10、湿式旋转扩散器；20、高温蒸汽气幕器；30、气溶胶混合室；40、旋风分离室；50、取样室；

101、入口；102、出口；103、旋转腔室；

201、高温蒸汽入口；202、ros颗粒物通道；203、螺旋气幕形成通道；

301、骨架状扰流体；

401、渐收口；402、冷却水入口；403、冷却水出口；

501、取样壁；502、二次冷却水入口；503、二次冷却水出口；504、气体出口；505、颗粒物出口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

参考图1～3，本实施例1提供了一种用于检测颗粒相ros基团含量的自动取样装置，包括依次连接的湿式旋转扩散器10、高温蒸汽气幕器20、气溶胶混合室30、旋风分离室40以及取样室50。湿式旋转扩散器10包括带有入口101和出口102的旋转腔室103。旋转腔室103的轴线与气溶胶混合室30的轴线夹角为120～135°，旋转腔室103的内表面为粗糙表面。高温蒸汽气幕器20与气溶胶混合室30呈同轴对准分布。高温蒸汽气幕器20上设有与其轴线垂直分布的高温蒸汽入口201。高温蒸汽气幕器20包括相互独立且分别与气溶胶混合室30连通的ros颗粒物通道202和螺旋气幕形成通道203；旋风分离室40的出口处设有渐收口401，渐收口401的出口对准取样室50的取样壁。旋风分离室40的底部和顶部分别设有冷却水入口402以及冷却水出口403。

气溶胶混合室30内壁上设有骨架状扰流体301。取样室50包括二次冷却水入口502以及二次冷却水出口503；二次冷却水入口502连接冷却水出口402。旋风分离室中螺旋管道的螺旋圈数为4，螺距为20cm。取样室50包括气体出口504和颗粒物出口505。旋转腔室103的轴线与气溶胶混合室30的轴线夹角为120°。气溶胶混合室30的轴线为水平轴线。

本实用新型的工作原理为：

湿式旋转扩散器10的主体结构是一根可旋转二氧化硅玻璃管旋转腔室103，其内壁经过磨砂工艺处理，以增加其亲水性能。旋转腔室103的两端设置合适的水平高差，去离子水由高端泵入，低端抽出。运行过程中，旋转腔室103内壁会形成一层水膜。湿式旋转扩散器10提取气相ros样品的基本原理是绝大多数气相ros在水中具有很高的溶解度和扩散率(远大于颗粒相ros)，当大气从旋转腔室103中水膜的表面流过时，气相ros会被去离子水吸收，而颗粒相ros会穿过湿式旋转扩散器10进入气溶胶混合室30。大气流动方向和湿式旋转扩散器10中去离子水的流动方向相反。大气流速、去离子水流速、水膜厚度等工艺参数直接影响大气中气相ros的提取率。

高温蒸汽通过高温蒸汽入口进入高温蒸汽气幕器20，并在螺旋气幕形成通道203内流过，一方面为从湿式旋转扩散器10过来的携带有ros的颗粒物提供预热，另一方面高温蒸汽与颗粒物在气溶胶混合室30内混合会变得更加均匀，以充分升温颗粒物。

本实用新型的具体工作方式为：

在气溶胶混合室30中，大气和120℃左右的水蒸气充分混合均匀。混合气体进入旋风分离室40后，由于旋风分离室40的冷却水入口402和冷却水出口403不断的通入冷却水，使得温度急剧下降，水蒸气会以大气中的颗粒物为核迅速液化长大形成小液滴。旋风分离室40可滤除大气中空气动力学直径大于2.5μm的颗粒物质，并将过滤后的大气以一定的流速输送到采样室50。最后，混合气流通过渐收口401，渐收口401的作用类似于喷嘴。在渐收口401中混合气流流速瞬间加快，包含有颗粒相ros的液滴在惯性力的作用下碰撞在取样壁上，在取样室50中气液分离，分离的气体从气体出口排出，颗粒从颗粒物出口排出，采取颗粒相ros样品。采样室50的二次冷却水入口502连接旋风分离室40的冷却水入口402，达到了充分利用水资源的技术效果。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。