CN102798552B - 一种pm10单级大气采样切割器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PM10单级大气采样切割器，所述PM10单级大气采样切割器大致为圆柱形；包括切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、滤膜收集层、气态有机污染物收集层及出气层，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、滤膜收集层、气态POPs收集层及出气层依次密封串接；所述冲击咀层包括冲击咀及冲击咀板，所述冲击咀等距排列并垂直插入所述冲击咀板形成环状圈，所述冲击咀数量为6～8个，所述冲击咀为管状；所述冲击板层设有冲击板，所述冲击板为环形凹槽。采用本发明，突破了以往空气采样器均为中小流量的特点，300L/min的流量设计标准可以满足POPs采样需求，使得切割器的切割粒径更加精确，目标颗粒物在惯性冲击力切割下达到精确分层的目标。

Description

一种PM10单级大气采样切割器

技术领域

本发明涉及环境大气采集与监测领域，尤其涉及一种PM10单级大气采样切割器。

背景技术

大气环境对人们的生活及健康有着至关重要的影响，因此对于大气环境中的颗粒物的监控也尤为重要。一直以来，PM10可吸入颗粒物都是大气环境的监测的重点，PM10指的是空气动力学当量直径≤10μm的颗粒，也称为可吸入颗粒物，通过呼吸系统可以吸入人体，而且在环境中滞留时间较长，以及吸附的重金属和有毒有害物质较多，因而对人体的健康会产生重要影响。可吸入颗粒物被人吸入后，会累积在呼吸系统中，PM10颗粒物通常沉积在上呼吸道，易引发许多疾病。PM10作为空气中的重要污染物，能够反映一个地区的气溶胶状况，是空气质量评价的重要指标。

大气颗粒物的分级采集技术中最主要采用的是冲击切割技术，即利用惯性冲击原理对颗粒物进行分级采样，同时采集PM10以及气态POPs，就需要采用多功能采样器。由于我国对气溶胶颗粒的研究起步比较晚，国内环保部门使用的气溶胶颗粒的采样设备大都靠国外的引进，国内设计和生产气溶胶采集设备的能力较弱，尚无较强的竞争能力。在国际上较常用的MOUDIMMI、Andersen八级冲击采样器、Sioutas Cascade Impactor (SKC)，其流量仅为9L/min-90L/min，而且体积较小，远远不能满足颗粒态POPs分析所要求的样品量。此外，这些采样器也都不能同时采集气态POPs。而在大气POPs研究中较为常用的大流量采样器，如Tisch Environmental、Thermo Scientific和Digitel等，虽然能够同时采集颗粒态和气态污染物，但是其采集的颗粒物也基本为总悬浮颗粒物（TSP），实现不了颗粒物的分级采集。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种PM10单级大气采样切割器。可同时地有效采集空气中的PM10气溶胶和环境空气中农药、多氯联苯和多环芳香烃等物质，实现颗粒物的分级采集。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种PM10单级大气采样切割器，所述PM10单级大气采样切割器大致为圆柱形，直径为290~310㎜；所述PM10单级大气采样切割器包括切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、滤膜收集层、气态有机污染物收集层及出气层，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、滤膜收集层、气态有机污染物收集层及出气层依次密封串接；所述冲击咀层包括冲击咀及冲击咀板，所述冲击咀等距排列并垂直插入所述冲击咀板形成环状圈，所述冲击咀数量为6~8个，所述冲击咀为管状，内径为10~12㎜，外径为18~20㎜，高为55~58㎜；所述冲击板层设有冲击板，所述冲击板为环形凹槽，所述凹槽高为28~30㎜，外径为298~302㎜，内径为198~202㎜；所述冲击咀底部与所述冲击板底部的距离为5~6㎜。

作为上述方案的改进，所述切割口盖层为球面结构。

作为上述方案的改进，所述滤膜收集层高为448~452㎜，内设有石英滤膜及用于支撑所述滤膜的滤筛网；所述石英滤膜为矩形，长为80~100㎜，宽为150~180㎜。

作为上述方案的改进，所述气态有机污染物收集层为管状，高为120~130㎜，内径为80~100㎜；所述气态有机污染物收集层内套有玻璃管，所述玻璃管内设有用于收集气态有机污染物的吸附体；所述吸附体设有三层，由上至下分别为聚氨酯泡沫（PUF）、吸附树脂（XAD2）、聚氨酯泡沫（PUF）。

作为上述方案的改进，所述冲击咀板上设有第一环形凹槽及第二环形凹槽，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽及冲击咀板同轴，所述第一环形凹槽直径为248~252㎜，宽为14~16㎜，所述第二环形凹槽直径为198~202㎜，宽为19~21㎜；所述冲击咀形成的环状圈与所述冲击咀板同轴，直径为218~222㎜；距离所述冲击咀板中心40~50㎜处设有三个用于连接所述切割口盖层和冲击板层的连接口，所述连接口成等边三角形分布，直径为5~7㎜。

作为上述方案的改进，所述冲击板层还设有支架，所述支架包括三个位于同一水平高度的卡口及用于支撑所述冲击板的水平垫板；所述卡口设于所述冲击板内壁并通过螺母与所述水平垫板固定连接；所述水平垫板为空心圆柱体，外径为278~282㎜，内径为198~202㎜。

作为上述方案的改进，所述出气层底部设有与采样器连接的连接孔。

作为上述方案的改进，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、滤膜收集层、气态有机污染物收集层及出气层之间分别通过箱扣密封串接。

实施本发明的有益效果在于：突破了以往空气采样器均为中小流量的特点，300L/min中的流量设计标准可以满足有机污染物采样需求。本发明获取的颗粒物和溶胶细粒子的界限为PM10，气体沿所述切口盖层回旋进入所述大气采样切割器，并通过所述冲击咀层的冲击咀，形成稳定均匀的气流。气流自所述冲击咀流出，冲向所述冲击板层的冲击板上，由于不同粒径段的颗粒物质量不同，粒径不同，各种颗粒物的冲击速度与冲击距离各异，粒径小的颗粒物冲击速度高，而粒径大的颗粒物冲击速度低，因此颗粒物撞击在冲击板底部时，粒径小于或等于10μm的颗粒物经反弹后离开冲击板，而粒径大于10μm的颗粒物则滞留在冲击板内。此时粒径小于或等于10μm的颗粒物继续保持与气流的流向一致穿过所述冲击板层。随后气流进入所述滤膜收集层，粒径小于或等于10μm的颗粒物会截留在所述滤膜上，实现颗粒物的分级采集。气流离开所述滤膜收集层后进入气态有机污染物收集层，气流中的气态有机污染物经所述气态有机污染物收集层的吸附物吸附后实现了气态污染物的有效分离。最后，气流沿所述出气层流出，完成分离过程，使得切割粒径更加精确，空气中的目标颗粒物在惯性冲击力切割下达到精确的分层。

附图说明

图1是本发明一种PM10单级大气采样切割器的结构示意图；

图2是本发明一种PM10单级大气采样切割器中冲击咀层2的俯视图；

图3是本发明一种PM10单级大气采样切割器中冲击咀层2的冲击咀21的结构示意图；

图4是经本发明一种PM10单级大气采样切割器采样切割后其捕集的平均效率测试数据的图表。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，所述PM10单级大气采样切割器大致为圆柱形，直径为290~310㎜。所述PM10单级大气采样切割器包括切割口盖层1、冲击咀层2、冲击板层3、滤膜收集层4、气态有机污染物收集层5及出气层6，所述切割口盖层1、冲击咀层2、冲击板层3、滤膜收集层4、气态有机污染物收集层5及出气层6依次密封串接。气体沿所述切割口盖层1进入后，依次进入所述冲击咀层2、冲击板层3、滤膜收集层4及气态有机污染物收集层5，经分级采样切割后由出气层6排出。由于本发明所述颗粒物和溶胶细粒子的界限为PM10，因此气流中大于或等于10μm的颗粒物和溶胶细粒子会留在冲击板层3，小于10μm的颗粒物和溶胶细粒子则留在滤膜收集层4，而气态有机污染物最后会被气态有机污染物收集层5所吸附收集。

所述冲击板层3设有冲击板31，所述冲击板31为环形凹槽，所述凹槽高28~30㎜，外径为298~302㎜，内径为198~202㎜。优选地，所述外径为300㎜，所述内径为200㎜。

如图2和图3所示，所述冲击咀层2包括冲击咀21及冲击咀板22，所述冲击咀21等距排列并垂直插入所述冲击咀板22形成环状圈，所述冲击咀21数量为6~8个，所述冲击咀21为管状，内径为10~12㎜，外径为18~20㎜，高为55~58㎜。

所述冲击咀21底部与所述冲击板31底部的距离为5~6㎜。

优选地，所述冲击咀21底部边缘磨边打圆，使气流的阻力减少，更好冲击所述冲击板31。

需要说明的是，本发明采集所述颗粒物和溶胶细粒子的界限为PM10，因此，所述冲击咀21底部与所述冲击板31底部的距离为5~6㎜之间时，符合气体的切割粒径符合设计要求。同时，所述冲击板31高28~30㎜，外径为298~302㎜，内径为198~202㎜，这实现了所述颗粒物和溶胶细粒子的有效分离，防止了反弹带来的影响。气流自所述冲击咀21流出，冲向所述冲击板31上，由于不同粒径段的颗粒物质量不同，粒径不同，各种颗粒物的冲击速度与冲击距离各异，粒径小于或等于10μm的颗粒物冲击速度高，而粒径大于10μm的颗粒物冲击速度低，因此颗粒物撞击在冲击板31底部时，粒径小于或等于10μm的颗粒物经反弹后离开冲击板31，而粒径大于10μm的颗粒物则滞留在冲击板31内。

更佳地，所述滤膜收集层4高为448~452㎜，内设有石英滤膜41及用于支撑所述滤膜41的滤筛网42。所述滤筛网42用于支撑设置于其上的滤膜41，所述滤膜41能有效收集经所述冲击板31反弹后粒径小于或等于10μm的颗粒物，实现颗粒物的分级采样。所述石英滤膜41可以为圆形、方形，孔径为1um左右。优选地，所述滤膜收集层4高为450㎜，所述石英滤膜41为矩形，长为80~100㎜，宽为150~180㎜。

更佳地，所述气态有机污染物收集层5为管状，高为120~130㎜，内径为80~100㎜。所述气态有机污染物收集层5内套有玻璃管，所述玻璃管内设有用于收集气态有机污染物的吸附体。所述吸附体设有三层，由上至下分别为聚氨酯泡沫（PUF）、吸附树脂（XAD2）、聚氨酯泡沫（PUF）。

所述玻璃管与管状的所述气态有机污染物收集层5密闭连接，保证所述气态有机污染物收集层5的封闭性。另外，所述玻璃管清洁方便，稳定性强，不产生有害气体，不影响所述气态有机污染物收集层5的吸附效果。

需要说明的是，上层的所述聚氨酯泡沫（PUF）能有效地吸附气态有机污染物，而下层的所述聚氨酯泡沫（PUF）能对气态有机污染物做进一步的检查及再次吸附。

更佳地，所述出气层6底部设有与采样器连接的连接孔61。所述连接孔61便于连接采样器的传感装置或让气体进入其它采样渠道。

例如，气体沿所述切口盖层1进入所述大气采样切割器，并通过所述冲击咀21，形成稳定均匀的气流。气流自所述冲击咀21流出，冲向所述冲击板31上，此时，粒径小于或等于10μm的颗粒物经反弹后离开冲击板31，而粒径大于10μm的颗粒物则滞留在冲击板31内。粒径小于或等于10μm的颗粒物继续保持与气流的流向一致穿过所述冲击板层3。随后气流进入所述滤膜收集层4，颗粒物截留在所述滤膜41上，实现颗粒物的分级采集。气流离开所述滤膜收集层4后进入气态有机污染物收集层5，气流中的气态有机污染物经所述气态有机污染物收集层5的吸附物吸附后实现了气态污染物的有效分离。最后，气流沿所述出气层6上的连接孔61流出，完成分离过程，使得切割粒径更加精确，空气中的目标颗粒物在惯性冲击力切割下达到精确的分层。

需要说明的是，所述切割口盖层1为球面结构。所述球面结构使气体回旋进入切割口盖层，让采集的气流更更稳定、均匀。另外，所述球面结构能有效阻止雨水及空气中的树叶、昆虫等比较大的漂浮物进入切割器，也有利于切割器搬运的安全性和美观性。

如图2所示，所述冲击咀板22上设有第一环形凹槽221及第二环形凹槽222，所述第一环形凹槽221、第二环形凹槽222及冲击咀板22同轴，所述第一环形凹槽221直径为248~252㎜，宽为14~16㎜，所述第二环形凹槽222直径为198~202㎜，宽为19~21㎜；所述冲击咀21形成的环状圈与所述冲击咀板22同轴，直径为218~222㎜。距离所述冲击咀板22中心40~50㎜处设有三个用于连接所述切割口盖层1和冲击板层3的连接口，所述连接口成等边三角形分布，直径为5~7㎜。

优选地，所述第一环形凹槽221直径为250㎜，宽为15㎜，所述第二环形凹槽222直径为200㎜，宽为20㎜；所述冲击咀21形成的环状圈直径为220㎜。进一步，所述连接口可通过螺母连接所述切割口盖层1、冲击咀层2及冲击板层3。

需要说明的是，粒径小于或等于10μm的颗粒物沿所述冲击板层3的冲击板31上反弹出去后，部分颗粒物由于速度高，会反弹至所述冲击咀层2底部，颗粒物撞击至所述冲击咀板22的第一环形凹槽221及第二环形凹槽222的底部，再一次被反弹，最终落入所述滤膜收集层4。因此所述第一环形凹槽221及第二环形凹槽222能有效防止所述颗粒物粘附在所述冲击咀板22底部，更好地采集颗粒物。

进一步，所述冲击板层3还设有支架，所述支架包括三个位于同一水平高度的卡口及用于支撑所述冲击板3的水平垫板；所述卡口设于所述冲击板31内壁并通过螺母与所述水平垫板固定连接；所述水平垫板为空心圆柱体，外径为278~282㎜，内径为198~202㎜。所述水平垫板的外径小于所述冲击板31的外径且所述水平垫板的内径大于所述冲击板31的内径，这有效地保障所述冲击板31能在水平垫板的支撑下保持水平，同时不影响颗粒物的分离效果。优选地，所述卡口呈等边三角形分布，所述水平垫板外径为280㎜，内径为200㎜。

进一步，所述切割口盖层1、冲击咀层2、冲击板层3、滤膜收集层4、气态有机污染物收集层6及出气层6之间分别通过箱扣密封串接。用户拆装时直接扣上或打开箱扣即可，不需要使用任何辅助工具，方便快捷。

下面通过实施例来更详细地描述本发明。

实施例1

本实施例选取通过单分散气溶胶发生器发生特定粒径粒子单分散气溶胶作为样品，采样流量为300L/min，经本发明采样切割后其捕集平均效率测试数据如表1所示。

表1

粒径（μm）	17	15	13	10	9	7	5
								效率n（%）	92.5	83.7	77.2	52.3	41.8	21.3	6.8

由表1的测试数据，可得到如图4所示的图表。

参照国家环保总局PM10采样技术要求及检测方法，采样器的粒子捕集性能有多项式回归方程式表示为n=A+Bd_p+Cd_p ²+Dd_p ³，由表1的数据可求得其捕集效率线性回归方程为：n=-19.104+1.0189d_p+0.9963d_p ²-0.0396d_p ³。

由该回归方程可求出n为50时，d₅₀＝9.89 um，与本发明实际要求的10 um绝对误差为0.11 um，满足误差在±0.2 um之内。

实施例2

本实施例以广州市区作为实验区域，运用本发明采集挥发性有机物。经本发明测试后，气态有机污染物收集层采集到的挥发性有机物含量实验数据如表2所示。

根据表2的检查数据可知，上层的所述聚氨酯泡沫（PUF）已经能有效地吸附气态有机污染物，而下层的所述聚氨酯泡沫（PUF）能对气态有机污染物做进一步的检查及再次吸附，其中二氢苊、芴、蒽、荧蒽、苯[a]蒽、屈等有机物在上层的所述聚氨酯泡沫（PUF）已完全吸收，而苊、菲、芘通过上层的所述聚氨酯泡沫（PUF）后只剩微量，再一次经过下层的所述聚氨酯泡沫（PUF）后能全部吸收。

由上可知，实施本发明，突破了以往空气采样器均为中小流量的特点，切割粒径更加精确，空气中的目标颗粒物在惯性冲击力切割下实现精确分层的目标。同时，气态有机污染物能在所述气态有机污染物收集层的吸附作用下有效吸收。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种PM10单级大气采样切割器，其特征在于，所述PM10单级大气采样切割器大致为圆柱形，直径为290~310㎜；

所述PM10单级大气采样切割器包括切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、滤膜收集层、气态有机污染物收集层及出气层，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、滤膜收集层、气态有机污染物收集层及出气层依次密封串接；

所述冲击咀层包括冲击咀及冲击咀板，所述冲击咀等距排列并垂直插入所述冲击咀板形成环状圈，所述冲击咀数量为6~8个，所述冲击咀为管状，内径为10~12㎜，外径为18~20㎜，高为55~58㎜；

所述冲击板层设有冲击板，所述冲击板为环形凹槽，所述凹槽高为28~30㎜，外径为298~302㎜，内径为198~202㎜；

所述冲击咀底部与所述冲击板底部的距离为5~6㎜；

所述气态有机污染物收集层为管状，高为120~130㎜，内径为80~100㎜；

所述气态有机污染物收集层内套有玻璃管，所述玻璃管内设有用于收集气态有机污染物的吸附体；

所述吸附体设有三层，由上至下分别为聚氨酯泡沫、吸附树脂、聚氨酯泡沫。

2.如权利要求1所述的PM10单级大气采样切割器，其特征在于，所述切割口盖层为球面结构。

3.如权利要求1所述的PM10单级大气采样切割器，其特征在于，所述滤膜收集层高为448~452㎜，内设有石英滤膜及用于支撑所述滤膜的滤筛网；

所述石英滤膜为矩形，长为80~100㎜，宽为150~180㎜。

4.如权利要求1所述的PM10单级大气采样切割器，其特征在于，所述冲击咀板上设有第一环形凹槽及第二环形凹槽，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽及冲击咀板同轴，所述第一环形凹槽直径为248~252㎜，宽为14~16㎜，所述第二环形凹槽直径为198~202㎜，宽为19~21㎜；

所述冲击咀形成的环状圈与所述冲击咀板同轴，直径为218~222㎜；

距离所述冲击咀板中心40~50㎜处设有三个用于连接所述切割口盖层和冲击板层的连接口，所述连接口成等边三角形分布，直径为5~7㎜。

5.如权利要求1所述的PM10单级大气采样切割器，其特征在于，所述冲击板层还设有支架，所述支架包括三个位于同一水平高度的卡口及用于支撑所述冲击板的水平垫板；

所述卡口设于所述冲击板内壁并通过螺母与所述水平垫板固定连接；

所述水平垫板为空心圆柱体，外径为278~282㎜，内径为198~202㎜。

6.如权利要求1所述的PM10单级大气采样切割器，其特征在于，所述出气层底部设有与采样器连接的连接孔。

7.如权利要求1~6任一项所述的PM10单级大气采样切割器，其特征在于，所述切割口盖层、冲击咀层、冲击板层、滤膜收集层、气态有机污染物收集层及出气层之间分别通过箱扣密封串接。