CN104142289A - 一种大气气溶胶的在线监视系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大气气溶胶的在线监视系统，其特征在于，它包括一倒置光学显微镜，所述倒置光学显微镜配备有一CCD相机，在所述倒置光学显微镜的载物台上设置一样品通道，所述样品通道为一由盖玻片制成的盒体，在所述盒体相对的两侧分别开设有一样品进口和一样品出口，所述样品进口通过一采样管连接一PM2.5旋风分离器，所述样品出口通过另一采样管连接一流量控制器的气流入口，所述流量流量控制器的气流出口连接一采样泵。本发明能够利用高倍光学显微镜观测大气气溶胶的形态特征，并能够通过CCD相机及相关软件分析并统计图像所获取的不同大小及形态的颗粒物的数量，能同时实现颗粒物形态特征的观察及种类和数量的统计，实用性强，且设备简单易操作，自动化程度高，人力成本低，特别适用于实验室研究及外场观测。
Description
技术领域
本发明涉及一种监视系统，特别是关于一种大气气溶胶的在线监视系统。
背景技术
大气气溶胶是悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称，粒子的空气动力学直径多在0.001～100μm之间，主要包括：沙尘气溶胶、碳气溶胶(黑碳和有机碳气溶胶)、硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐气溶胶和海盐气溶胶。大气气溶胶不仅对大气能见度、太阳辐射、大气温度等具有重大影响，而且由于其粒径小、比表面积大、吸湿性强，能为复杂的大气化学反应提供反应床，并吸附大气中其他污染物如细菌、病毒等，因此对人体健康有重大影响。
常规的大气气溶胶研究一般以获取气溶胶颗粒物的成分和浓度特征为重点，主要分为数谱浓度分析，质量浓度分析和化学成分分析；其分析手段包括离线分析和在线分析。数谱浓度分析主要是利用颗粒物的动力学特征对不同粒径的粒子先分离再检测其数浓度。质量浓度分析大部分是基于膜采样分析。化学成分分析的手段有多种多样，根据所测量的物质化学成分特征选取最优的方法，包括光吸收法、离子色谱法、飞行质谱法等。常用的这些测量方法一般是通过对气溶胶的某项物理或化学特征进行计量，例如数谱浓度分析和质量浓度分析是测量气溶胶不同粒径颗粒物的数浓度和质量浓度，不表征气溶胶粒子的化学成分；化学成分分析法是对气溶胶中某些具体组分进行分析，一般不表示气溶胶颗粒物的数量。
已有的研究表明，不同类型的气溶胶一般具有不同的形态和聚集特征，例如烟尘气溶胶一般为链状或簇状集合体；飞灰则一般呈较规则的圆球形，表面光滑；矿物颗粒物一般具有不规则的形态特征，主要是由氧化物和铝硅酸盐等组成；硫酸盐气溶胶由于较易分解，分解后可能形成泡沫状形态特征。一般地，具有特定形态特征的气溶胶粒子可表征为某种特定类型的气溶胶。因此可以将观测到具有特定形态特征的颗粒物统计为一类，由此来计量不同类型的气溶胶粒子并判定其来源。
现有的气溶胶观测并未对气溶胶粒子的形态和聚集特征进行在线监视，一般采用离线的分析方法，利用扫描电子显微镜获取气溶胶粒子的形貌特征。扫描电子显微镜虽然具有很高的分辨率，但需将样品置于真空中观察，且样品制片困难，仪器价格昂贵，运行维护的成本较高。所以不能广泛适用于外场在线观测。因此亟需一种便于在线观测大气气溶胶的形态和聚集特征的在线监视系统。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种便于在线观测大气气溶胶的形态和聚集特征的在线监视系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大气气溶胶的在线监视系统，其特征在于，它包括一倒置光学显微镜，所述倒置光学显微镜配备有一CCD相机，在所述倒置光学显微镜的载物台上设置一样品通道，所述样品通道为一由盖玻片制成的盒体，在所述盒体相对的两侧分别开设有一样品进口和一样品出口，所述样品进口通过一采样管连接一PM2.5旋风分离器，所述样品出口通过另一采样管连接一流量控制器的气流入口，所述流量流量控制器的气流出口连接一采样泵。
所述样品通道的所述样品进口与所述采样管之间通过一渐缩接头连接，所述样品通道的所述样品出口与所述另一采样管之间通过一渐扩接头连接，所述渐缩接头和渐扩接头的小端为方口，大端为圆口。
所述渐缩接头、渐扩接头与所述样品通道的连接处设置有密封圈；所述渐缩接头与所述采样管以及所述渐扩接头与所述另一采样管的连接处均设置有密封圈。
所述采样泵采用真空泵。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用倒置光学显微镜，结合CCD相机，能实时监视并记录大气气溶胶的形态特征，从而可以将监测到的颗粒物按形态特征记录为特定类型颗粒物，并以此推算大气中各种类气溶胶颗粒物的数量浓度。2、本发明采用倒置显微镜，可以实现较大的显微镜工作距离。3、本发明样品通道与采样管连接处采用渐缩接头和渐扩接头，能够保证通道内样品充分混合。4、本发明采用流量控制器实时监控并调节采样流量，保证稳定的采样流量。5、本发明通过CCD相机摄像记录，结合图像分析软件，分析并统计图像所获取的不同大小及形态的颗粒物的数量，能同时实现颗粒物形态特征的观察及种类和数量的统计，实用性强，且设备简单易操作，自动化程度高，人力成本低，特别适用于实验室研究及外场观测。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图；
图2是本发明样品通道与渐缩接头、渐扩接头连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括一倒置光学显微镜1，倒置光学显微镜1配备有一CCD相机2。在倒置光学显微镜1的载物台上设置一样品通道3，样品通道3为一由盖玻片制成的盒体，其相对的两侧分别开设有一样品进口和一样品出口。样品通道3的样品进口通过一采样管连接一PM2.5旋风分离器4，样品通道3的样品出口通过另一采样管连接一流量控制器5的气流入口，流量流量控制器5的气流出口连接一采样泵6。
上述实施例中，如图2所示，样品通道3的样品进口与采样管之间通过一渐缩接头7连接，样品通道3的样品出口与另一采样管之间通过一渐扩接头8连接。渐缩接头7和渐扩接头8的小端为方口，大端为圆口。
上述实施例中，渐缩接头7、渐扩接头8与样品通道3的连接处设置有密封圈(图中未示出)；渐缩接头7与采样管，以及渐扩接头8与另一采样管的连接处均设置有密封圈(图中未示出)。
上述实施例中，采样泵6可采用真空泵。
本发明的工作原理和工程过程如下：
研究表明，含有大气气溶胶主要组分的颗粒物在0.3～2.5μm粒径段之间质量浓度最大，其中包括硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐气溶胶、有机气溶胶、含重金属和土壤元素气溶胶等。因此观测此粒径段间颗粒物的形态特征对大气气溶胶的研究意义重大。一般地，高倍光学显微镜的最高分辨率可达0.2μm，即可以实现0.3～2.5μm粒径段之间颗粒物的观测。因此，本发明旨在利用高倍光学显微镜观测大气气溶胶的形态特征。
本发明所述系统在工作时，环境大气通过PM2.5旋风分离器4去除颗粒粒径大于2.5μm的较大颗粒物，然后经过采样管进入样品通道3中，通过倒置显微镜1自动调节工作距离，由CCD相机2摄像监视，采集到的图像由图像分析软件分析统计颗粒物的种类及数量；流量控制器5控制并调节采样泵6的采样流量。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (5)
1.一种大气气溶胶的在线监视系统，其特征在于，它包括一倒置光学显微镜，所述倒置光学显微镜配备有一CCD相机，在所述倒置光学显微镜的载物台上设置一样品通道，所述样品通道为一由盖玻片制成的盒体，在所述盒体相对的两侧分别开设有一样品进口和一样品出口，所述样品进口通过一采样管连接一PM2.5旋风分离器，所述样品出口通过另一采样管连接一流量控制器的气流入口，所述流量流量控制器的气流出口连接一采样泵。
2.如权利要求1所述的一种大气气溶胶的在线监视系统，其特征在于，所述样品通道的所述样品进口与所述采样管之间通过一渐缩接头连接，所述样品通道的所述样品出口与所述另一采样管之间通过一渐扩接头连接，所述渐缩接头和渐扩接头的小端为方口，大端为圆口。
3.如权利要求1或2所述的一种大气气溶胶的在线监视系统，其特征在于，所述渐缩接头、渐扩接头与所述样品通道的连接处设置有密封圈；所述渐缩接头与所述采样管以及所述渐扩接头与所述另一采样管的连接处均设置有密封圈。
4.如权利要求1或2所述的一种大气气溶胶的在线监视系统，其特征在于，所述采样泵采用真空泵。
5.如权利要求3所述的一种大气气溶胶的在线监视系统，其特征在于，所述采样泵采用真空泵。
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