一种环境湿度调控的多通道大气颗粒物采样器

本技术属于大气科学，尤其是一种环境湿度调控的多通道大气颗粒物采样器。

背景技术：

1、大气颗粒物来源广泛，具有复杂的物理和化学性质，对全球气候变化、环境空气质量和人体健康有着十分重要的作用，深入了解大气颗粒物的物理化学性质是准确评估大气颗粒物的气候、环境和健康效应的基础。

2、大气颗粒物的化学组分分析技术包括在线和离线分析两种，在线分析技术的优势是具有更高的时间分辨率(例如，1小时)，但可测量的化学组分十分有限，特别是可分辨的有机物物种远少于离线分析，且仪器检出限较高、仪器类型较少、仪器价格及使用成本高昂；离线分析技术的发展更为成熟，可使用的仪器和方法更为多样(例如，使用各类型离子色谱分析法、质谱分析法、液相色谱-质谱联用等方法)，能够实现更多化学物质/物种、更低检出限的颗粒物化学组分全面分析，是目前大气颗粒物理化性质研究的主要方法。但离线分析强烈依赖于离线采样获取的大气颗粒物膜样品，可以说，大气颗粒物膜样品的采集工作在很大程度上决定了后续离线分析的质量。因此，能够满足不同采样需求的大气颗粒物采样器是研究大气环境科学的重要基础和必要保障。

3、大气颗粒物采样器一般由采样头、流量计和气泵系统三部分组成，可实现对于大气中悬浮颗粒物(包括pm10、pm2.5等)的连续采样，将颗粒物收集在滤膜上，以备后续分析使用。现有的大气颗粒物采样技术可分为：a)便携式颗粒物采样器；b)大、中流量大气颗粒物采样器；c)双、多通道大气颗粒物采样器；d)多级式大气颗粒物采样器。上述各类型大气颗粒物采样器在采样时间设置上大多支持定时启动采样、间隔时间采样和人工手动启停，能够满足常规采样的需要，但无法根据大气环境快速变化的特点自动调整膜样品的收集时间。

4、环境空气相对湿度的变化可能显著改变颗粒相含水量，影响二次颗粒物的非均相反应和液相生成，例如有研究表明相对湿度的增加会促进大气中二次有机组分的液相生成。环境空气的相对湿度和温度具有明显的日变化规律，也可能受到天气过程或气团运动的影响而在较短时间内发生较大改变。我国华北地区的霾污染过程通常伴随着环境相对湿度的增加，在静稳高湿环境中，二次污染物能够快速生成和积累，呈爆发性增长，加重局地或区域污染程度。因此，不同相对湿度条件下大气颗粒物理化性质及生成机制的研究对于深入认识大气重污染成因十分重要。但现有大气颗粒物膜采样多为连续24小时或12小时不间断采集，所有颗粒物全部收集在一张采样膜上，无法区分不同相对湿度等环境条件下的大气颗粒物，损失了因环境条件变化而导致的颗粒物化学组分差异，无法在物种层面进行精细化解析，极大地阻碍了对二次有机组分液相生成和对霾污染发生机制的深入理解。而且，环境湿度的变化幅度大、时间不固定，随相对湿度变化而人工手动更换采样膜的方式在实际操作上难以实现，不具有操作可行性。综上，需要一种能够根据相对湿度等环境条件变化自动切换采样膜，分别收集设定环境湿度条件下大气颗粒物的多通道采样器，并满足多功能性的采样需要，以提高对大气二次颗粒物化学组分(特别是二次有机组分)的高精度识别和解析。

5、通过检索，尚未发现与本实用新型专利申请相关的专利公开文献。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种环境湿度调控的多通道大气颗粒物采样器。

2、为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

3、一种环境湿度调控的多通道大气颗粒物采样器，所述采样器包括大气颗粒物进样模块、多通道大气颗粒物收集模块、气象温湿度测量模块和动力与流量控制模块，所述多通道大气颗粒物收集模块与气象温湿度测量模块、动力与流量控制模块均相连接设置，所述大气颗粒物进样模块的输入端能够输入待采样的大气颗粒物，所述大气颗粒物进样模块的输出端与多通道大气颗粒物收集模块的输入端可拆装密封相连接设置。

4、进一步地，所述大气颗粒物进样模块能够将待采样的大气颗粒物传输至多通道大气颗粒物收集模块中；

5、所述气象温湿度测量模块能够实时测量环境空气的温度和相对湿度，是环境湿度的判断指标；

6、所述动力与流量控制模块能够控制、记录采样气体的流量参数(例如，瞬时流量、累积流量)，并为大气颗粒物进样模块、多通道大气颗粒物收集模块提供抽气动力。

7、进一步地，所述多通道大气颗粒物收集模块包括三个以上并联设置的采样通道，每个采样通道均与气象温湿度测量模块相连接设置，不同的采样通道与气象温湿度测量模块测得的不同范围的气象湿度一一相对应设置，当气象温湿度测量模块测得的气象温湿度处于某一范围时，则与该范围值相对应的采样通道能够打开进行采样，剩余采样通道关闭不采样，实现采样通道的切换，且至少一个采样通道是打开并采样的。

8、进一步地，所述多通道大气颗粒物收集模块包括三个以上并联设置的采样通道和开关电源，所述采样通道包括大气颗粒物切割头、采样膜托、电磁阀和继电器，大气颗粒物切割头、采样膜托、电磁阀和继电器通过气体管路依次相连接设置，所述继电器与开关电源相连接设置。

9、进一步地，所述大气颗粒物切割头的切割粒径根据采样需要选用pm10、pm2.5，pm10即粒径小于10微米、pm2.5即粒径小于2.5微米；

10、或者，所述大气颗粒物切割头的输出端与采样膜托的输入端、采样膜托的输出端与电磁阀的输入端通过气体管路以可拆装卡套方式紧密相连接设置。

11、进一步地，所述采样器还包括系统控制模块，所述多通道大气颗粒物收集模块、气象温湿度测量模块、动力与流量控制模块均与系统控制模块通过通讯传输线相连接设置；

12、所述系统控制模块能够接收气象温湿度测量模块的实时测量数据，所述系统控制模块能够设定环境湿度阈值，且系统控制模块能够根据设定的环境湿度阈值条件触发多通道大气颗粒物收集模块的电磁阀开闭和动力与流量控制模块的真空抽气泵启停，从而实现采样通道的切换和不同环境湿度条件下大气颗粒物膜样品的收集；所述系统控制模块能够设置、记录和实时显示工作参数，可视化展示和储存采样时间、采样通道、环境湿度、设定工作参数。

13、进一步地，设置启用的采样通道数量，每个采样通道对应着一个在系统控制模块中设定的环境湿度阈值；

14、当达到系统控制模块设定的环境湿度条件时，所述多通道大气颗粒物收集模块能够按照系统控制模块的指令切换电磁阀，在动力与流量控制模块的作用下，将大气颗粒物收集在对应采样通道的采样膜上。

15、进一步地，所述采样器还包括防水散热箱体、内部铝型材支架和福马轮底座，所述内部铝型材支架设置于防水散热箱体内，所述福马轮底座设置于防水散热箱体的下底面上；

16、所述多通道大气颗粒物收集模块和动力与流量控制模块均设置于防水散热箱体内，所述气象温湿度测量模块设置于防水散热箱体外。

17、进一步地，所述大气颗粒物进样模块包括防雨罩、大气颗粒物进样口和进样连接杆，所述防雨罩间隔设置在大气颗粒物进样口的上方和下方，大气颗粒物能够从360度各个方向进入进样口，大气颗粒物进样口的输出端与进样连接杆的输入端紧密相连接设置，进样连接杆的输出端与多通道大气颗粒物收集模块的输入端可拆卸紧密相连接设置；

18、或者，所述气象温湿度测量模块包括智能温湿度传感器、防雨通风罩和固定支架，智能温湿度传感器通过固定支架固定安装在防水散热箱体的外壁，防雨通风罩设置在智能温湿度传感器的上方；

19、或者，所述动力与流量控制模块包括质量流量控制器、真空抽气泵和电源排插，质量流量控制器与真空抽气泵、电源排插相连接设置，真空抽气泵与电源排插、大气颗粒物进样模块、多通道大气颗粒物收集模块(如与开关电源相连接设置)相连接设置。质量流量控制器用于精准地控制、记录采样气体的瞬时流量、累积流量，真空抽气泵用于给大气颗粒物进样模块、多通道大气颗粒物收集模块提供抽气动力，电源排插用于给开关电源、质量流量控制器、真空抽气泵和工控机提供电能；

20、或者，所述系统控制模块包括工控机，所述工控机能够实现数字和模拟信号的读取与控制，能够设置气象温湿度测量模块、动力与流量控制模块的工作参数，控制采样通道中电磁阀的开启和关闭状态，从而实现采样状态的切换，控制质量流量控制器的工作状态，控制真空抽气泵的开启和关闭，并实现相关数据的采集、储存和展示。

21、进一步地，所述防雨罩、大气颗粒物进样口和进样连接杆之间的连接方式为螺丝固定，所述进样连接杆的输出端与多通道大气颗粒物收集模块的输入端通过可拆装卡套方式紧密相连接设置；

22、或者，所述大气颗粒物进样口为配有防虫网的大气颗粒物进样口，所述大气颗粒物进样口的输入端设置有防虫网，防虫网能够防止昆虫进入进样口，且防虫网不会影响大气颗粒物从任意角度(即360度方向)通过进样口连续地进入进样口；

23、或者，所述进样连接杆的输出端与采样通道的输入端通过气体管路以可拆装卡套方式相连接设置，所述采样通道的输出端与质量流量控制器的输入端通过气体管路以可拆装卡套方式相连接设置，所述质量流量控制器的输出端与真空抽气泵的输入端通过气体管路以可拆装卡套方式相连接设置，所述真空抽气泵的输出端连通环境大气。

24、本实用新型取得的优点和效果是：

25、1、本采样器结构设计合理，安全可靠，易于制造、安装、使用和维护，使用灵活便捷，有效弥补了常规大气颗粒物采样器的不足，能够准确收集不同环境湿度下的大气颗粒物膜样品，满足相关科学研究的需要。

26、2、本采样器的多通道大气颗粒物收集模块设置有多个(附图中以三个为例，包括但不限于三个)采样通道，可以通过控制电磁阀的开闭实现采样通道的切换，从而能够收集不同设定条件下的大气颗粒物膜样品。

27、3、本采样器设置有气象温湿度测量模块，并将实时测量的秒级分辨率环境湿度(数据刷新时间<1s，量程0-100％rh，精度±0.5％rh，长期稳定性<1％rh/年)作为输入数据来自动判断和切换采样通道，可以分别在低湿度、中湿度和高湿度条件下(可根据需要任意设置湿度范围，例如：低湿度0-40％、中湿度40-70％和高湿度70-100％)收集对应的大气颗粒物膜样品，满足二次颗粒物非均相反应、液相生成和霾污染发生机制研究的采样需要。

28、4、本采样器采用模块化结构设计，具备常规大气颗粒物采样器的功能，同时能够满足不同环境湿度下颗粒物膜样品采集需要，采样通道切换的环境湿度阈值可以灵活设置，启用的采样通道数量可以根据采样需要调整。

29、5、本采样器的工控机能够通过通讯传输线连接，设置气象温湿度测量模块、动力与流量控制模块的工作参数，控制采样通道中电磁阀的开闭状态从而实现采样状态的切换，控制质量流量控制器的工作状态，控制真空抽气泵的开启和关闭，具有采样时间控制及计时功能，可以设置环境湿度阈值、采样流量、仪器时钟、采样开始时间、采样时长，能够自动测量、记录并显示采样通道编号、瞬时流量、累积流量、环境温度、环境湿度、露点温度，显示更新时间不超过1s，人机界面友好，数据的采集、储存、展示和下载简明便捷，使用工控机实现数据的采集和处理，具有高稳定性和高可靠性；质量流量控制器恒流精度高，能提供稳定、连续的采样。