CN107014966B - 植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法 - Google Patents

Abstract

植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法，涉及环境环保领域，包括以下步骤：a、空气颗粒物浓度的控制；b、测量空白对照的实验箱内空气颗粒物沉降过程测定；c、植物样品处理的实验箱内空气颗粒物浓度变化过程测定；d、植物样品叶面积及枝表面积的测定；e、植物颗粒物吸滞量的计算。本专利申请公开的方法操作简单、计算方便、数值精准，尤其是可以实现对细颗粒物植物吸滞能力的测定，且可以动态、连续进行测定。可节约大量的人力物力，对于研究环境、植物关系有着极为重要的意义。

Description

植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法

技术领域

本发明涉及环境环保领域，具体涉及一种植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法。

背景技术

随着工业的发展，空气质量处于逐年下降之中，最典型的感受就是每年冬季的雾霾。雾霾，是雾和霾的组合词。雾霾常见于城市。中国不少地区将雾并入霾一起作为灾害性天气现象进行预警预报，统称为“雾霾天气”。雾霾是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。高密度人口的经济及社会活动必然会排放大量细颗粒物（如PM 2.5、PM10等），一旦排放超过大气循环能力和承载度，细颗粒物浓度将持续积聚，此时如果受静稳天气等影响，极易出现大范围的雾霾。

植物对空气颗粒物吸滞过程及吸滞量进行测定，可以更精准的掌握植物对空气颗粒物吸滞功能，吸滞能力、过程，进而可以科学合理的选择环保用植物,并对植物种类合理搭配，所以植物对空气颗粒物吸滞过程及吸滞量进行测定的方法的改进，对改善环境，科学、合理的设计植物种类，有极为重要的意义和作用。

现有技术中，对植物吸滞颗粒物量的测定方法主要是通过采集植物样品（主要是叶片），清洗叶片上吸附的颗粒物，将洗液通过不同孔径滤膜，将滤膜烘干，用称重法测定植物样品所吸附的颗粒物质量。该方法存在以下局限：（1）耗费较多的人力和时间。（2）该方法仅能获取植物样品在采样时刻累计吸附的颗粒物量，仅能静态地反映植物样品的颗粒物吸附量。

根据科学发展的需要，各粒径的颗粒物的测量、浓度对空气质量、人体健康等各方面的影响,所以植物对不同粒径的颗粒物吸滞过程及吸滞量的测定是必要的研究。尤其是对于小于1微米的颗粒物，采用传统的测定方法误差极大，基本没有意义。

发明内容

为解决现有技术中关于植物对空气颗粒物吸滞过程及吸滞量的测定方法耗费较多的人力和时间、只能获取植物样品在采样时刻累计吸附的颗粒物量的技术问题，本发明提供一种植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法。

植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法，包括以下步骤：

a、空气颗粒物浓度的控制：在带门的实验箱中，调节实验箱空气颗粒物的浓度，直到符合实验预设浓度的数值；

b、测量空白对照的实验箱内空气颗粒物沉降过程测定：实验箱中未放入吸滞颗粒物的植物样本材料的情况下，观察并记录预定颗粒物浓度下实验初始时刻（t₀,即半闭箱门时）及此后各时刻t₁、t₂、t₃······t_n以及各时刻对应的颗粒物检测仪所显示的实验箱内颗粒物浓度（C₀，C₁，C₂，C₃······C_n），直至实验箱内颗粒物全部沉降，箱内气体颗粒物浓度为零；

c、植物样品处理的实验箱内空气颗粒物浓度变化过程测定：将植物样品做清洁处理后置于实验箱中，并做抽真空处理；从缓冲箱中向实验箱中提供含有颗粒物的气体；重复步骤b记录的各时刻（t₀，t₁，t₂，t_3······tn)相应的箱内颗粒物检测仪显示的箱内气体颗粒物的浓度（分别记录C_Tt0，C_Tt1，C_Tt2，C_Tt3，·····C_Ttn）；

d、植物样品叶面积及枝表面积的测定：先分别计算植物样品的叶片的表面积、枝的表面积，进而计算植物枝叶表面积；

e、植物颗粒物吸滞量的计算：

实验箱中某时刻空白对照实验的沉降量为：实验箱中的初始浓度值与选定时刻颗粒物浓度差值再与实验箱体积相乘；

实验箱中加入植物样品后，可计算植物的吸滞量，植物的吸滞量加上该时刻的空白对照实验时的沉降量即可得出该时刻实验箱中颗粒物减少量。而颗粒物减少量是加入实验的植物样本后，实验箱中的初始浓度值与选定时刻颗粒物浓度差值再与实验箱体积相乘。

植物的吸滞过程是在不同的设定时刻对实验箱中浓度进行监测，再通过计算可得。

对不同植物样本的吸滞能力，在测量出植物枝叶表面积的情况下，用吸滞量除以植物枝叶表面积，就可以得到植物的单位面积的吸滞能力。

进一步的，实验箱中的初始浓度，是采集污染空气、相对纯净空气、污染空气沉降物，由上述三者调配而成，调配时，先将污染空气置于实验箱中，实验箱中的气体利用风扇等装置使其流动不沉降，动态测量颗粒物浓度；当实验需要高浓度的污染气体时，加入污染空气沉降物；当实验需要低浓度的污染气体时，加入相对纯净空气；调好气体浓度后，再调整气体压强到实验预设数值。

进一步的，实验箱中的初始浓度，是在实验箱的空气中，直接燃烧产生颗粒物的材料，当浓度达到预设的颗粒物浓度值后，迅速将燃烧的材料移出实验箱。

进一步的，步骤b中所述的空白对照实验重复至少3次以上，各时刻取值相同的情况下，颗粒物浓度取多次实验的平均值。

进一步的，步骤c中，在实验材料的准备时，剪切植物小枝，用蒸馏水清洗叶表面，用吸水纸拭去表面水分后插入瓶塞带孔容器内，容器中装入适量蒸馏水，以保持植物枝叶的水势，避免植物枝叶脱水而影响其气孔的活动。

进一步的，步骤d中在计算面积时，将植物样品的叶片用扫描仪进行扫描，并计算叶片面积, 将枝视为圆柱体，枝的面积用圆柱体表面积，用游标卡尺测量枝长，平均直径，用圆柱体表面积公式计算枝面积。

进一步的，所述的实验中，可用的公式如下：

（1）空白对照颗粒物沉降速率、沉降量的计算

v_c=(C_ct-C_ct’)/Δt×V………(1)

Δt=t′-t ………(2)

Q_Tt=（C_T0- C_Tt）×V………(3)

式中：

v_c 为箱内空气颗粒物沉降速率；C_ct（单位是μg/m³）为t时刻箱内空气颗粒物的浓度；

C_ct（单位是μg/m³）为t’时刻箱内空气的浓度，t时刻和t’时刻，均是选自时刻表中的时刻；Δt（单位是min）为t’时刻和t时刻间的时差；Q_ct为t时刻箱内颗粒物沉降量；Q_Tt为t时刻实验箱内颗粒物减少量。

（2）植物样品t时刻的吸滞量的计算

Q_pt=Q_Tt-Q_Ct………(4)

Q_Tt=（C_T0- C_Tt）×V………(3)

Q_ct=v_t×t………(5)

式中Q_pt(单位是μg)为植物样品吸滞量；Q_Tt为t时刻实验箱内颗粒物减少量;Q_ct为t时刻箱内颗粒物沉降量；V( 单位是m³)为实验箱容积。

（3）单位面积植物样品吸滞量的计算

Q_ptm=Q_pt/（A_l+A_b)………(6)

v_ptm= Q_ptm/Δt………(7)

式中Q_ptm（单位是μg/m²)为t时刻单位植物样品单位叶面积的颗粒物吸滞量；A_l为植物叶片表面积；A_b植物枝的表面积。

v_ptm(单位是μg/m²·min)为植物样品单位叶面积的颗粒物吸滞速率。

（4）样品的吸滞过程的处理

利用各时刻（t₁，t₂，t₃······t_n)测定并计算得到的植物样品吸滞量v_ptm速率绘制v_ptm-t的吸滞速率时间变化过程曲线，即可得到样品的吸滞过程。

进一步的，将步骤b中的空白测定实验重复多次，取平均值；并绘制空白对照箱内颗粒物浓度变化曲线。

进一步的，为能够预测沉降趋势，有必要计算空白对照沉降速率与颗粒物浓度的函数关系，在PM_2.5为900μg/m³、实验箱箱体体积为0.3*0.3*0.4 m³的情况下，沉降速率与颗粒物浓度关系的经验公式为：

v_c=0.0048*C_t ^0.9973(决定系数R²=0.9848）………（8）

常用的通常把粒径在10微米以下的颗粒物称为PM10,又称为可吸入颗粒物或飘尘。颗粒物的直径越小，进入呼吸道的部位越深。10微米直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道，5微米直径的可进入呼吸道的深部，2微米以下的可100%深入到细支气管和肺泡。本专利申请的方法，凡是颗粒物、均可进行植物样品吸滞过程的实验检测。现有技术中，对细颗粒物，尤其是低于1微米的颗粒物，基本无法检测植物的吸滞过程及能力。

本专利申请公开的方法操作简单、计算方便、数值精准，尤其是可以实现对细颗粒物植物吸滞能力的测定，且可以动态、连续进行测定。可节约大量的人力物力，对于研究环境、植物关系有着极为重要的意义。

本发明的保护范围不仅限于具体实施方式所公开的技术方案，凡利用本专利方法中对空白对照实验沉降量或速率、加入植物样本后的颗粒物减少量，或在本发明专利方法的基础上做出的等同替换、微小改进，均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法，包括以下步骤：

a、空气颗粒物浓度的控制：在带门的实验箱中，调节实验箱空气颗粒物的浓度，直到符合实验预设浓度的数值；

b、测量空白对照的实验箱内空气颗粒物沉降过程测定：实验箱中未放入吸滞颗粒物的植物样本材料的情况下，观察并记录预定颗粒物浓度下实验初始时刻即半闭箱门时的t₀、及此后各时刻t₁、t₂、t₃······t_n以及各时刻对应的颗粒物检测仪所显示的实验箱内颗粒物浓度C₀，C₁，C₂，C₃······C_n，直至实验箱内颗粒物全部沉降，箱内气体颗粒物浓度为零；

c、植物样品处理的实验箱内空气颗粒物浓度变化过程测定：将植物样品做清洁处理后置于实验箱中，并做抽真空处理；从缓冲箱中向实验箱中提供含有颗粒物的气体；重复步骤b记录的各时刻t₀，t₁，t₂，t_3······tn相应的箱内颗粒物检测仪显示的箱内气体颗粒物的浓度，分别记录C_Tt0，C_Tt1，C_Tt2，C_Tt3，·····C_Ttn；

进一步的，步骤c中，在实验材料的准备时，剪切植物小枝，用蒸馏水清洗叶表面，用吸水纸拭去表面水分后插入瓶塞带孔容器内，容器中装入适量蒸馏水，以保持植物枝叶的水势，避免植物枝叶脱水而影响其气孔的活动；

d、植物样品叶面积及枝表面积的测定：先分别计算植物样品的叶片的表面积、枝的表面积，进而计算植物枝叶表面积；

e、植物颗粒物吸滞量的计算：

实验箱中某时刻空白对照实验的沉降量为：实验箱中的初始浓度值与选定时刻颗粒物浓度差值再与实验箱体积相乘；

实验箱中加入植物样品后，可计算植物的吸滞量，植物的吸滞量加上该时刻的空白对照实验时的沉降量即可得出该时刻实验箱中颗粒物减少量；而颗粒物减少量是加入实验的植物样本后，实验箱中的初始浓度值与选定时刻颗粒物浓度差值再与实验箱体积相乘；

植物的吸滞过程是在不同的设定时刻对实验箱中浓度进行监测，再通过计算可得；

对不同植物样本的吸滞能力，在测量出植物枝叶表面积的情况下，用吸滞量除以植物枝叶表面积，就可以得到植物的单位面积的吸滞能力；

实验箱中的初始浓度，是采集污染空气、相对纯净空气、高浓度污染空气沉降物，由上述三者调配而成，调配时，先将污染空气置于实验箱中，实验箱中的气体利用风扇等装置使其流动不沉降，动态测量颗粒物浓度；当实验需要高浓度的污染气体时，加入高浓度污染空气；当实验需要低浓度的污染气体时，加入相对纯净空气；调好气体浓度后，再调整气体压强到实验预设数值。

2.根据权利要求1所述的植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法，其特征在于：步骤b中所述的空白对照实验重复至少3次以上，各时刻取值相同的情况下，颗粒物浓度取多次实验的平均值。

3.根据权利要求1所述的植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法，其特征在于：步骤d中在计算面积时，将植物样品的叶片用扫描仪进行扫描，并计算叶片面积, 将枝视为圆柱体，枝的面积用圆柱体表面积，用游标卡尺测量枝长，平均直径，用圆柱体表面积公式计算枝面积。

4.根据权利要求1所述的植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法，其特征在于：所述的实验中，可用的公式如下：

（1）空白对照颗粒物沉降速率、沉降量的计算

v_c=(C_ct-C_ct’)/Δt×V………(1)

Δt=t′-t ………(2)

Q_Tt=（C_T0- C_Tt）×V………(3)

式中：

v_c为箱内空气颗粒物沉降速率；C_ct，其单位是μg/m³，为t时刻箱内空气颗粒物的浓度；

C_ct，其单位是μg/m³为t’时刻箱内空气的浓度，t时刻和t’时刻，均是选自时刻表中的时刻；Δt，单位是min，为t’时刻和t时刻间的时差；Q_ct为t时刻箱内颗粒物沉降量；Q_Tt为t时刻实验箱内颗粒物减少量；

（2）植物样品t时刻的吸滞量的计算

Q_pt=Q_Tt-Q_Ct………(4)

Q_Tt=（C_T0- C_Tt）×V………(3)

Q_ct=v_t×t………(5)

式中Q_pt，单位是μg，为植物样品吸滞量；Q_Tt为t时刻实验箱内颗粒物减少量;Q_ct为t时刻箱内颗粒物沉降量；V，单位是m³，为实验箱容积；

（3）单位面积植物样品吸滞量的计算

Q_ptm=Q_pt/（A_l+A_b)………(6)

v_ptm= Q_ptm/Δt………(7)

式中Q_pm，单位是μg/m²，为t时刻单位植物样品单位叶面积的颗粒物吸滞量；v_ptm，单位是μg/m²·min，为植物样品单位叶面积的颗粒物吸滞速率；A_l为植物叶片表面积；A_b植物枝的表面积；

（4）样品的吸滞过程的处理

利用各时刻t₁，t₂，t₃······t_n测定并计算得到的植物样品吸滞量v_ptm速率绘制v_ptm-t的吸滞速率时间变化过程曲线，即可得到样品的吸滞过程。

5.根据权利要求1所述的植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法，其特征在于：根据实验数据绘制空白对照箱内颗粒物浓度变化曲线。

6.根据权利要求1所述的植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法，其特征在于：为能够预测沉降趋势，有必要计算空白对照沉降速率与颗粒物浓度的函数关系。

7.根据权利要求6所述的植物吸滞颗粒物动态过程及吸滞量的测定方法，其特征在于：在PM_2.5为900μg/m³、实验箱箱体体积为0.3*0.3*0.4的情况下，采用回归方法，沉降速率与颗粒物浓度关系的经验公式为：

v_c=0.0048*C_t ^0.9973决定系数R²=0.9848………（8）。