CN103048169B

CN103048169B - 一种微环境空气持久性有机污染物主动采样装置及其方法

Info

Publication number: CN103048169B
Application number: CN201210533107.3A
Authority: CN
Inventors: 宿鹏浩; 丁永生; 李一凡; 朱时茂
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN103048169A

Abstract

本发明公开了一种微环境空气持久性有机污染物主动采样装置，其特征在于，包括：外壳（1）、针阵列不锈钢电极（7）、ITO玻璃电极（10）、直流高压电源（3）、风扇（13）和控制器（17）。还公开了其采样方法。本发明使用金属外壳、入口金属格栅、铝箔覆盖裸露绝缘材料避免有机制品对检测结果的影响。使用金属外壳、绝版隔板、密封橡胶条，采样器漏风率为0.1%。本发明采用ITO玻璃作为地电级和收集板，获得均匀稳定的负直流电晕放电提高气溶胶的洗脱提取效率。该采样装置的噪音低于20dB，各分级粒径气溶胶收集效率为99.9%。

Description

一种微环境空气持久性有机污染物主动采样装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种采样装置，具体涉及一种微环境空气持久性有机污染物主动采样装置及其方法。

背景技术

持久性有机污染物（POPs）具有持久性、生物累积性、“三致”效应（致癌、致畸、致突变）及环境内分泌干扰性，对人类健康产生严重影响。为有效控制和削减环境介质中持久性有机污染物，2001国际社会共同签署了《斯德哥尔摩公约》(Stockholm Convention)，并于2004年起付诸实施，我国为该公约缔约国。进行POPs监测是履约工作的不可或缺的重要步骤。大气具有较好的均一性，对区域POPs使用和排放十分敏感，是进行POPs监测的良好环境介质，大气中POPs监测技术广泛地应用于对POPs的环境过程研究中。

目前对大气POPs与其它环境介质和生命体间的相互作用、在整个环境中的迁移转化规律和在生命体中的代谢规律以及其毒理学研究成为热点，以服务于污染源表征和诊断以及人体POPs暴露研究。针对如电子垃圾处理场所、室内环境、社区环境、职业暴露环境等微环境空气中的POPs采样方法及装置尚属空白。

大气POPs采样装置可分为被动采样器（朱秀华,陈吉平,施泰安,王炜,穆军.一种大气中持久性有机污染物被动采样装置.发明专利201210172065.5）和主动采样器。

被动采样器广泛应用于POPs在大气-地表中的交换、在大气中长距离迁移的采样监测，但存在无法精确控制采样气体流量、采样时间漫长无法表征POPs的瞬时浓度、在静风条件下无法采样等缺点（张干,刘向.大气持久性有机污染物（POPs）被动采样[J].化学进展,2009,21（23）:297~306.），无法胜任微环境空气中的POPs采样。

主动采样器能够测定所采集大气的体积，提高数据准确程度；采样时间较短，可避免由于采样时间过长而引起的POPs降解问题；流量较大，可以进行瞬时浓度的测定，因此适用于微环境空气中POPs的采样。

目前广泛应用的主动采样器主要基于吸附原理，采用将聚氨酯泡沫、半透膜或玻璃纤维滤膜等材料安装在采样器内，利用这些材料对空气中POPs的吸附、拦截作用而进行采样。这种主动采样器为克服吸附材料的阻力而采用大流量气泵，价格昂贵，体积庞大，采样时噪音巨大（刘征侃,杨利民,王秋泉.大气持久性有机污染物分析研究进展.环境化学,2011,30(1):272-280），限制了其对特定环境室内空气POPs进行采样；采样后从吸附材料中提取POPs过程复杂、耗时漫长，对操作人员要求较高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有大气中持久性有机污染物被动采样装置存在的采样时间漫长、在静风条件下无法采样等缺点，以及主动采样装置体积大、噪音大、检查限低、操作复杂等缺点，提供一种微环境空气持久性有机污染物主动采样装置及其方法。本发明是一种结合风扇、直流高压电源、不锈钢针阵列高压电极、ITO导电玻璃地电极的主动采样装置，以实现对气溶胶中的持久性有机污物的主动采样。

POPs多为半挥发性有机化合物，在气体-气溶胶中的分配存在特定规律。捕集微环境空气中的气溶胶，提取、测定气溶胶中的POPs含量，再根据POPs在气体-气溶胶中的分配方程，计算出微环境空气中POPs的浓度。直流电晕放电可以高效捕集空气中的气溶胶，设备体积小，工作过程中噪音低，适于对微环境中空气中POPs进行采样。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

作为本发明的第一方面，一种微环境空气持久性有机污染物主动采样装置，其特征在于，包括：

外壳，其两侧分别为气流入口和气流出口，其下方设置取放口；

针阵列不锈钢电极，设置于所述外壳内，用作高压电极；

ITO玻璃电极，设置于所述外壳内，用作地电极及收集板；

直流高压电源，与所述针阵列不锈钢电极连接，用于将单相工频电压转换为负直流高电压，为针阵列不锈钢电极提供高电压；

风扇，将空气引入外壳内；

控制器，与所述直流高压电源和风扇连接，用于控制直流高压电源的输出电压强度和风扇的转速。

进一步，所述外壳的材料为铝、铁、铜的一种或几种的合金。

进一步，所述气流入口安装入口金属格栅，用于滤去气流中固体杂物。

进一步，所述气流出口截面形状包括正方形、长方形、圆形、椭圆形，所述气流出口安装出口金属格栅，用于保护风扇的叶片。

进一步，所述针阵列不锈钢电极包括：不锈钢平板和不锈钢针阵列，所述不锈钢针阵列垂直于不锈钢平板的表面。

进一步，所述取放口设置可拆装的密封橡胶条。

作为本发明的第二方面，一种微环境空气持久性有机污染物主动采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）开启密封橡胶条，放入预处理后的ITO玻璃电极，并使ITO玻璃电极的ITO涂层向上，关闭密封橡胶条；

（2）打开电源，调节控制面板设定采样时长、气体流量和直流电晕放电强度，启动控制器；

（3）针阵列不锈钢电极被赋予负直流高电压，ITO玻璃电极与地线接通保持零电位，针阵列不锈钢电极与ITO玻璃电极之间产生负直流电晕放电；

（4）气流通过气流入口的入口金属格栅进入针阵列不锈钢电极与ITO玻璃电极之间，气流中气溶胶收集于ITO玻璃电极的表面；

（5）尾气经过风扇和气流出口的出口金属格栅排出；

（6）采样结束后控制器自动断路，该采样装置自动停止运行；

（7）开启密封橡胶条，取出ITO玻璃电极，提取ITO玻璃电极向上表面的气溶胶，浓缩、检测气溶胶中持久性有机污染物含量，通过公式换算空气中吸附态和挥发态持久性有机污染物浓度。

步骤（3）中，所述针阵列不锈钢电极（7）包括：不锈钢平板（71）和不锈钢针阵列（72），所述不锈钢针阵列（72）垂直于不锈钢平板（71）的表面，所述不锈钢针阵列（72）的密度为0.2~0.5根/cm²，不锈钢针的长度1~20mm。

其中，步骤（7）中，所述公式为F＝K_p·A·TSP。

本发明的有益效果：

使用金属外壳、入口金属格栅、铝箔覆盖裸露绝缘材料避免有机制品对检测结果的影响。

使用密封外壳、密封隔板、密封橡胶条，采样器漏风率为0.1%。

本发明采用ITO玻璃作为地电极和收集板，获得均匀稳定的负直流电晕放电，提高气溶胶的洗脱提取效率。

采样器运行噪音低于20dB。

各分级粒径气溶胶收集效率为99.9%。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图。

图2为本发明的主视图。

图3为本发明的后视图。

图4为针阵列不锈钢电极的结构示意图。

附图标记：

外壳1、绝缘隔板2、直流高压电源3、供电线4、高压输出导线5、接线柱6、针阵列不锈钢电极7、铝箔8、入口金属格栅9、ITO玻璃电极10、金属卡子11、导线12、风扇13、出口金属格栅14、供电线15、三相插座16、控制器17、控制面板18、取放口19，密封橡胶条20、导线孔21、不锈钢平板71、不锈钢针阵列72。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1

图1为本发明的内部结构示意图。如图1所示。一种微环境空气持久性有机污染物主动采样装置及其方法，包括：外壳1、绝缘隔板2、直流高压电源3、供电线4、高压输出导线5、接线柱6、针阵列不锈钢电极7、铝箔8、入口金属格栅9、ITO玻璃电极10、金属卡子11、导线12、风扇13、出口金属格栅14、供电线15、三相插座16、控制器17、控制面板18、取放口19，密封橡胶条20、导线孔21。

如图1所示，外壳1为金属壳体，可以采用铝、铁、铜的一种或几种的合金制成金属外壳。

外壳1的两侧分别为气流入口的入口金属格栅9和气流出口的出口金属格栅14。外壳1用于固定直流高压电源3、针阵列不锈钢电极7、ITO玻璃电极10、风扇13和控制器17。

如图1所示，外壳1内部设有绝缘隔板2，绝缘隔板2平行于外壳1的上、下壁，绝缘隔板2四边与外壳1内壁密封。

如图1所示，直流高压电源3固定于绝缘隔板2的向上表面，直流高压电源3通过供电线4接入控制器17，控制器17接入三相插座16单项工频端，直流高压电源3通过高压输出导线5接于接线柱6，接线柱6与针阵列不锈钢电极7连接。

如图1所示，针阵列不锈钢电极7固定于绝缘隔板2的向下表面，针阵列不锈钢电极7前裸露的绝缘隔板2的表面用铝箔8覆盖，接线柱6与针阵列不锈钢电极7良好接触，采样装置气流入口安装入口金属格栅9。

如图1所示，ITO玻璃电极10用金属卡子11固定于外壳1的底部，ITO玻璃电极10与金属卡子11良好接触。金属卡子11用导线12与三相插座16接地端连接。

如图1所示，风扇13固定于采样装置气流出口安装出口金属格栅14之前，风扇13通过供电线15接入控制器17。

出口金属格栅14的网格尺寸为1~5mm。

如图2所示，外壳1的正面左上角设有控制面板18，控制面板18与控制器17用导线12连接，外壳1的正面右下角设有ITO玻璃电极10取放口19，取放口19设有可拆装的密封橡胶条20。

如图3所示，外壳1的气流出口侧面设有导线孔21。

如图4所示，针阵列不锈钢电极7包括：不锈钢平板71和不锈钢针阵列72。不锈钢针阵列72垂直于不锈钢平板71的表面。不锈钢针阵列72的密度为0.2~0.5根/cm²，不锈钢针的长度1~20mm。

本发明的使用方法：

（1）开启密封橡胶条20，放入预处理后的ITO玻璃电极10，并使ITO玻璃电极10的ITO涂层向上，关闭密封橡胶条20。

（2）接通三项插座16，调节控制面板18设定采样时长、气体流量和直流电晕放电强度，设定结束后触发控制器17开始采样。

（3）针阵列不锈钢电极7被赋予负直流高电压，ITO玻璃电极10与地线接通保持零电位，针阵列不锈钢电极7与ITO玻璃电极10之间产生负直流电晕放电。

（4）气流通过入口金属格栅9进入针阵列不锈钢电极7与ITO玻璃电极10之间，气流中的大尺寸固体杂物被气流入口的入口金属格栅9拦截。气流中气溶胶收集于ITO玻璃电极10的表面。

（5）尾气经过风扇13和气流出口的出口金属格栅14排出采样装置。

（6）采样结束后控制器17断开电路，该采样装置自动停止运行。

（7）开启密封橡胶条20，取出ITO玻璃电极10，提取ITO玻璃电极10向上表面的气溶胶，浓缩、检测气溶胶中持久性有机污染物含量，通过公式换算空气中吸附态和挥发态持久性有机污染物浓度。

计算公式为F＝K_p·A·TSP，其中K_p为持久性有机污染物在气态和颗粒物表面的分配系数，A为颗粒物中持久性有机污染物浓度，TSP为总悬浮颗粒物浓度。各参数单位按实测条件确定。

通过控制面板18调节气体流量和直流电晕放电强度，改变风扇13排风量和直流高压电源3输出电压，可采集不同筛上累计频率粒径的气溶胶，实现分级采样。各分级粒径气溶胶收集效率为99%。

使用ITO玻璃作为地电级和收集板，获得均匀稳定的负直流电晕放电提高气溶胶的洗脱提取效率。

使用金属外壳、入口金属格栅、铝箔覆盖裸露绝缘材料避免有机制品对检测结果的影响。使用密封外壳、密封隔板、密封橡胶条，采样装置的漏风率为0.1%。采样装置运行噪音低于20dB。

以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。

Claims

1.一种微环境空气持久性有机污染物主动采样装置，包括：外壳(1)，其两侧分别为气流入口和气流出口，其下方设置取放口(19)；针阵列不锈钢电极(7)，设置于所述外壳(1)内，用作高压电极；直流高压电源(3)，与所述针阵列不锈钢电极(7)连接，用于将单相工频电压转换为负直流高电压，为针阵列不锈钢电极(7)提供高电压；风扇(13)，将空气引入外壳(1)内；控制器(17)，与所述直流高压电源(3)和风扇(13)连接，用于控制直流高压电源(3)的输出电压强度和风扇(13)的转速，其特征在于：ITO玻璃电极(10)，设置于所述外壳(1)内，用作地电极及收集板；所述气流入口安装入口金属格栅(9)，用于滤去气流中固体杂物；所述针阵列不锈钢电极(7)包括：不锈钢平板(71)和不锈钢针阵列(72)，所述不锈钢针阵列(72)垂直于不锈钢平板(71)的表面。