大气颗粒物中硫酸盐的测定装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于环境监测技术领域，具体涉及大气颗粒物中硫酸盐的测定装置，该装置包括主管路以及设置在主管路上的颗粒物切割器、借助三通并联设置的测定系统和稳定系统，所述的测定系统包括依次连接的并联的两条支路、与支路出口依次连接的硫酸盐转化炉、第三粒子过滤器、流量传感器和SO2检测器，并联的两条支路两端分别设置有第一三通电磁阀和第二三通电磁阀，两条支路分别设置有第二粒子过滤器和通风管；稳定系统包括依次设置的流量计和真空泵；测定系统还包括控制单元。该装置选用的测定设备成本低，操作环境及对操作人员的技术要求低，便于推广应用。
【专利说明】
大气颗粒物中硫酸盐的测定装置
技术领域
[0001]本发明属于环境监测技术领域，具体涉及大气颗粒物中硫酸盐的测定装置。
【背景技术】
[0002]空气是人类赖以生存的物质基础之一，空气污染不但对大气能见度和自然环境产生恶劣影响，而且威胁人体健康，近年来我国空气污染形势异常严峻，细颗粒物(PM2.5)已成为许多城市的首要污染物，细颗粒物的组成较复杂，含有重金属、无机碳、有机碳、硫酸盐、硝酸盐和铵盐等多种物质，其中硫酸盐、硝酸盐和铵盐在细颗粒物中的质量比达到了25-30%以上，当细颗粒物浓度高于70yg/m3时，三者所占比例之和大于70%，是颗粒物浓度升高的主要因素。细颗粒物中的硫酸盐在很大程度上是由大气化学反应形成的，SO2可以和空气中的NH3反应，生成硫酸铵或硫酸氢铵，二者还可以发生分解重新生成SOdPNH3 ο监测细颗粒物中硫酸盐的含量对于解析细颗粒物来源和理解其生成机理具有非常重要的意义。
[0003]现有技术中主要采用色谱分析仪进行大气颗粒物中成分的测定，该设备不仅成本较高，而且对操作环境及操作人员的技术要求较高，不利于在该领域推广实施。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种大气颗粒物中硫酸盐的测定装置及测定方法，该测定设备成本低，操作环境及对操作人员的技术要求低，便于使用及推广。
[0005]本发明可以通过以下技术方案来实现:一种大气颗粒物中硫酸盐的测定装置，关键是:包括主管路以及设置在主管路上的颗粒物切割器、三通、借助三通并联设置的测定系统和稳定系统，
[0006]所述的测定系统包括依次并联设置的两条支路、与支路出口依次连接的硫酸盐转化炉、第三粒子过滤器、流量传感器和SO2检测器，并联的两条支路两端分别设置有第一三通阀门和第二三通阀门，其中一条支路设置有第二粒子过滤器，另一条支路设置有通风管；
[0007]所述的稳定系统包括依次设置的流量计和真空栗；
[0008]测定系统还包括控制单元，流量计、真空栗、第一三通阀门、第二三通阀门、流量传感器和SO2检测器分别与控制单元连接。
[0009]所述颗粒物切割器与三通之间设置有干扰气体滤除装置，在稳定系统支路设置有第一粒子过滤器。
[0010]所述的颗粒物切割器为空气动力学颗粒物切割器，用于切割?11至?11()之间的颗粒，干扰气体滤除装置为环形溶蚀器。
[0011]所述的环形溶蚀器采用2 %-4%的Na2CO3溶液进行镀层处理。
[0012]所述的第一三通阀门和第二三通阀门为电磁阀。
[0013]所述SO2检测器为紫外荧光法SO2检测器。
[0014]所述硫酸盐转化炉的结构包括桥型结构的转化炉保温棉、电阻丝、螺旋状的炉管和热电偶，两个转化炉保温棉对称设置组成外方内圆的中空柱体结构，电阻丝纵向分布在转化炉保温棉的内表层，炉管设置在转化炉保温棉的中空区域，炉管内设置有催化剂，热电偶设置在炉管的中心位置。
[0015]本发明的有益效果:
[0016]该测定装置中各组成部分连接结构简单，成本较低，操作时也较为方便，对操作人员没有较高的技术要求，而且该装置在使用时对环境的要求低，可以在任意场合进行使用，大大方便了大气颗粒物硫酸盐浓度的测定，通过控制单元进行循环操作的控制，从而通过多组数据的计算得出较为精准的空气颗粒物硫酸盐浓度。此外，与常规的离子色谱分析方法相比，本发明不仅能监测水溶性的颗粒态硫酸盐，还能监测非水溶性组分；
[0017]颗粒物切割器选用的空气动力学颗粒物切割器可以进行?11至?110的颗粒切割，通过选取PM2.5的切割头来筛选出含PM2.5的颗粒的空气；
[0018]干扰气体滤除装置为环形溶蚀器，优选采用2%的Na2CO3溶液进行镀层处理，有效滤除干扰气体，主要包括SO2和H2S ；
[0019]硫酸盐转化炉用于将空气样品中气态硫化物和颗粒态硫酸盐转化为SO2，转化时所用的催化剂为不锈钢，催化温度为900-1000°C ；
[0020]稳定系统用于保证整个测定装置的总采样流量符合空气动力学颗粒物切割器中切割头的设计流量要求，用颗粒物切割器的设计流量减去流量传感器的实时测定值得到一个计算流量值，并将此计算流量值设定给流量计。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的结构示意图。
[0022]图2是图1中硫酸盐转化炉的纵切面图。
[0023]图3是图1中硫酸盐转化炉的横切面图。
[0024]附图中，I是颗粒物切割器，2是干扰气体滤除装置，3是三通，4是第一粒子过滤器，5是流量计，6是真空栗，7是第一三通阀门，8是第二粒子过滤器，9是第二三通阀门，10是硫酸盐转化炉，11是第三粒子过滤器，12是流量传感器，13是SO2检测器，14是控制单元，15是转化炉保温棉，16是电阻丝，17是炉管，18是热电偶。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0026]具体实施例，如图1所示，一种大气颗粒物中硫酸盐的测定装置，包括主管路以及设置在主管路上的颗粒物切割器I，颗粒物切割器I为空气动力学颗粒物切割器，可以进行卩11至?110的颗粒切割，主管路在颗粒物切割器I后端连接设置有干扰气体滤除装置2，干扰气体滤除装置2为环形溶蚀器，优选采用2 % -4 %或的Na2CO3进行镀层处理，在干扰气体滤除装置2后端连接有三通3，三通3分别与主管路、测定系统、稳定系统连接。
[0027]测定系统依次设有并联的两条支路、与两条支路出口连接的硫酸盐转化炉10、第三粒子过滤器U、流量传感器12和SO2检测器13，并联的两条支路两端分别连接设置有包括a I端口、b I端口、c I端口的第一三通电磁阀7和包括a2端口、b2端口、c 2端口的第二三通电磁阀9，al端口与主管路上三通3的一出口连接，a2端口与硫酸盐转化炉10的入口连接，两条支路的入口分别与bl端口、Cl端口连接，出口分别与b2端口、c2端口连接，其中，bl端口与b2端口之间设置有第二粒子过滤器8，Cl端口与c2端口之间设置有通风管。
[0028]稳定系统与主管路上三通3的另一出口连接，依次设置有第一粒子过滤器4、流量计5和真空栗6。
[0029]测定装置中还设置有控制单元14，流量计5、真空栗6、第一三通电磁阀7、第二三通电磁阀9、流量传感器12和SO2检测器13分别与控制单元14连接。
[0030]以上三通阀门优选为三通电磁阀，SO2检测器13为紫外荧光法SO2检测器。
[0031]如图2和图3所示，硫酸盐转化炉10包括转化炉保温棉15、电阻丝16、炉管17和热电偶18，转化炉保温棉15为桥型结构，两个转化炉保温棉15对称连接组成外方内圆的中空柱体结构，电阻丝16纵向分布在转化炉保温棉15的内表层，炉管17为螺旋结构并设置在转化炉保温棉15的中空区域，炉管17内设置有催化剂，热电偶18插入炉管17的中心位置。
[0032]使用该测定装置进行大气颗粒物中硫酸盐的测定方法，步骤如下:
[0033]a、空气样品的制备
[0034]颗粒物切割器I为空气动力学颗粒物切割器，选取PM2.5的切割头，待测空气经过处理后筛选出PM2.5的粒子，然后通过干扰气体滤除装置2将干扰气体(主要包括SOdPH2S)滤除，得到空气样品；
[0035]b、检测气态硫化物和颗粒态硫酸盐的浓度
[0036]第一三通电磁阀7的al端口、c I端口开启，bl端口关闭，第二三通电磁阀9的a2端口、c2端口开启，b2端口关闭，通过SO2检测器13将空气样品进行抽取，含有PM2.5颗粒的空气样品途经通风管直接进入硫酸盐转化炉10，硫酸盐转化炉10将气态硫化物和颗粒态硫酸盐转化为SO2，第三粒子过滤器11滤除空气样品中剩余的颗粒物，流量传感器12记录空气流量Qi，最后进入SO2检测器13，测得气态硫化物和颗粒态硫酸盐的浓度；
[0037]C、检测气态硫化物的浓度
[0038]第一三通电磁阀7的a I端口、b I端口开启，c I端口关闭，第二三通电磁阀9的a2端口、b2端口开启，c2端口关闭，通过SO2检测器13将空气样品进行抽取，含有PM2.5颗粒的空气样品途经第二粒子过滤器8，将空气样品中的颗粒物全部过滤掉，然后再通过硫酸盐转化炉10，硫酸盐转化炉10将气态硫化物转化为S02，第三粒子过滤器11滤除空气样品中剩余的颗粒物，流量传感器12记录空气流量Q2，最后进入SO2检测器13，测得气态硫化物的浓度；
[0039]d、计算颗粒态硫酸盐的浓度
[0040]将步骤b中的气态硫化物和颗粒态硫酸盐的浓度减去步骤c中气态硫化物的浓度，最终得到待测空气中的颗粒态硫酸盐的浓度。
[0041]步骤b和步骤c中，硫酸盐转化炉10用于将空气样品中气态硫化物和颗粒态硫酸盐转化为SO2，转化时所用的催化剂为不锈钢，催化温度为950°C，其中气态硫化物包括二氧化硫SO2、硫化氢H2S、硫醇和硫醚等，颗粒态硫酸盐包括硫酸铵(NH4) 2SO4、硫酸氢铵NH4HSO4、硫酸钠Na2S04、硫酸钾K2S04、硫酸镁MgS04、硫酸钙CaS04;S02检测器13选用紫外荧光法SO2检测器。
[0042]本装置中，还可以通过控制单元14控制第一三通电磁阀7和第二三通电磁阀9的状态切换，每间隔20分钟切换一次阀门状态，分别进行步骤b、步骤c的操作，一个循环周期结束后，就可以得到一组浓度数据用来进行d步骤中的颗粒态硫酸盐浓度的计算，可以有效的减小检测结果的误差。
【主权项】
1.一种大气颗粒物中硫酸盐的测定装置，其特征在于:包括主管路以及设置在主管路上的颗粒物切割器(I)、三通(3)、和借助三通(3)并联设置的测定系统和稳定系统， 所述的测定系统包括依次并联设置的两条支路、与支路出口依次连接的硫酸盐转化炉(10)、第三粒子过滤器(11)、流量传感器(12)和SO2检测器(13)，并联的两条支路两端分别设置有第一三通阀门(7)和第二三通阀门(9)，其中一条支路设置有第二粒子过滤器(8)，另一条支路设置有通风管； 所述的稳定系统包括依次设置的流量计(5)和真空栗(6); 测定系统还包括控制单元(14)，流量计(5)、真空栗(6)、第一三通阀门(7)、第二三通阀门(9)、流量传感器(12)和SO2检测器(13)分别与控制单元(14)连接。2.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物中硫酸盐的测定装置，其特征在于:所述颗粒物切割器(I)与三通(3)之间设置有干扰气体滤除装置(2)，在稳定系统支路设置有第一粒子过滤器(4)。3.根据权利要求2所述的一种大气颗粒物中硫酸盐的测定装置，其特征在于:所述的颗粒物切割器(I)为空气动力学颗粒物切割器，用于切割?11至?110之间的颗粒，干扰气体滤除装置(2)为环形溶蚀器。4.根据权利要求3所述的一种大气颗粒物中硫酸盐的测定装置，其特征在于:所述的环形溶蚀器采用2 % -4%的Na2CO3溶液进行镀层处理。5.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物中硫酸盐的测定装置，其特征在于:所述的第一三通阀门(7)和第二三通阀门(9)为电磁阀。6.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物中硫酸盐的测定装置，其特征在于:所述302检测器(13)为紫外荧光法SO2检测器。7.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物中硫酸盐的测定装置，其特征在于:所述硫酸盐转化炉(10)的结构包括桥型结构的转化炉保温棉(15)、电阻丝(16)、螺旋状的炉管(17)和热电偶(18)，两个转化炉保温棉(15)对称设置组成外方内圆的中空柱体结构，电阻丝(16)纵向分布在转化炉保温棉(15)的内表层，炉管(17)设置在转化炉保温棉(15)的中空区域，炉管(17)内设置有催化剂，热电偶(18)设置在炉管(17)的中心位置。
【文档编号】G01N21/64GK205506789SQ201620139929
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】杨建虎, 王良, 孙程, 马铁成, 周涛
【申请人】河北先河环保科技股份有限公司