CN108656156B - 一种自循环式扫脱烟雾箱及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自循环式扫脱烟雾箱，密闭箱体位于不锈钢外壳内，条状U型空气冲洗管路位于密闭箱体内，内外压力保护装置、变速风扇、照明灯固定于密闭箱体内壁。透明面板供实验者观察和操作，也可向外打开作为进样口，并设有两个手臂伸入操作窗口，每个操作窗口上固定有足够长的橡胶手套，保证箱体内部的密闭状态。预留接口位于外壳顶端。操作面板固定在支撑桌台的上表面，空气过滤器固定在支撑桌台的下表面，真空泵位于支撑桌台下方。同时提供了一种自循环式扫脱烟雾箱的使用方法。本发明将植物叶片样品上截留的颗粒物通过吹脱法和扫脱法再次释放到空气中，在密闭箱体内形成稳定、均匀的气溶胶，保证测定的准确性。

Description

一种自循环式扫脱烟雾箱及其使用方法

技术领域

本发明涉及烟雾箱技术领域，具体地，涉及一种自循环式扫脱烟雾箱及其使用方法。

背景技术

气溶胶是固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100微米，是霾形成的重要组成成分。植物可以减少空气中粉尘的出现和移动。同时，随着风速的降低，空气中携带的大颗粒灰尘下沉到树木的叶片或地面，而产生滞尘效应。有的植物叶片表面多绒毛，有的叶片分泌粘性的油脂和汁液等，能够吸附大量的环境污染物并具有指示作用，修复化学性大气污染；此外，其中一些分泌物还具有杀菌作用，从而减少生物性大气污染。植物通过叶片上的气孔将大气污染物持留并吸入体内，进而对污染物进行降解、转化和同化作用，从而达到净化空气的目的。但是，如何测定叶片上滞留了多少颗粒物，并将不同粒径的颗粒物(PM₁₀、PM_2.5、PM₁等)区分出来，是非常困难的。通常的方法是用水洗法，但是由于水洗法会将可溶性的颗粒物溶解，致使测定的叶片滞尘量偏小。

有关文献也公开了使用强风将叶片上截留的颗粒物吹起，使之再悬浮到空气中，尔后再用精密的仪器测定空气中不同粒径的气溶胶浓度的方法。但是其缺陷在于：用于吹起叶片上颗粒物的空气本身就不纯净，并且吹脱的颗粒物直接被吹走，无法形成稳定的气溶胶结构，因此对测定的准确性有极大地影响，测试结果具有很大的不确定性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种自循环式扫脱烟雾箱及其使用方法，该循环式扫脱烟雾箱能够将植物叶片样品上截留的颗粒物再次释放到空气中，在密闭箱体内形成稳定、均匀的气溶胶，保证测定的准确性。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种自循环式扫脱烟雾箱，包括：

-外壳1；

-设置于外壳1内部的密闭箱体2；

-设置于密闭箱体2内部的条状U型空气冲洗管路16、内外压力保护装置13、变速风扇6和抽气口14；

-设置于外壳顶部的预留接口15；

-设置于外壳1一侧外壁上并与条状U型空气冲洗管路16的一端部连接的空气进样口4；

-设置于外壳1另一侧外壁上并与条状U型空气冲洗管路16的另一端部连接的冲洗管路旋转轴9；

-与抽气口14依次连接的空气过滤器11和真空泵12；

-分别与真空泵12、照明灯7、变速风扇6连接的操作面板10；

所述密闭箱体2的正面面板为透明面板3，所述透明面板3上设有手臂伸入操作窗口8，所述手臂伸入操作窗口8上设有操作手套；

所述条状U型空气冲洗管路16上分布有多个出气孔，并能够绕冲洗管路旋转轴9旋转。

优选地，所述外壳1采用不锈钢材质。

优选地，所述透明面板3与密闭箱体2的其他外壁之间为相对翻转结构，并通过密封螺栓与其他外壁之间形成密封。

优选地，所述条状U型空气冲洗管路16上相邻两个出气孔之间的距离为5cm，并能够绕冲洗管路旋转轴9360°旋转。

优选地，所述变速风扇的风速可调范围为1～10m/s。

优选地，所述内外压力保护装置13设有压力预设值；当密闭箱体内部的正压或负压超过压力预设值时，内外压力保护装置13自动启用。

优选地，所述操作面板10上设有如下开关：

-控制真空泵的抽充气开关；

-控制照明灯的照明开关；

-控制变速风扇的风扇开关和风扇风力调节开关。

优选地，所述预留接口15包括：

-粒径谱仪检测器专用接口；

-探头专用接口；

-其他检测器通用个接口。

优选地，还包括如下部件：

-粒径谱仪检测器(简称粒径谱仪)，设置于粒径谱仪检测器专用接口处，监测密闭箱体内部气溶胶浓度；

-支撑桌面5，所述外壳1和操作面板10分别安装于支撑桌面5的上表面，所述空气过滤器11安装于支撑桌面5的下表面，所述真空泵12安装于支撑桌面5的下方。

根据本发明的另一个方面，提供了一种自循环式扫脱烟雾箱的使用方法，包括以下步骤：

步骤S1，将植物叶片和毛刷放在自封袋中封好，打开密闭箱体的透明面板，将自封袋放在密闭箱体内后对密闭箱体密封；

步骤S2，打开照明灯，调试粒径谱仪检测器，并将粒径谱仪检测器的进气口连接硬质橡胶管的一端，硬质橡胶管的另一端从预留接口处伸入到密闭箱体内部中央，测定密闭箱体内部中央位置的空气中颗粒物浓度；

步骤S3，通过操作面板开启真空泵，密闭箱体内部的空气开始内循环：

密闭箱体内部空气通过抽气口被抽入空气过滤器后，净化并形成洁净气体，进入条状U型空气冲洗管路，随冲洗管路旋转轴旋转时，通过设置于管路上的出气孔向内壁喷射洁净气体，对密闭箱体的内壁进行气体冲刷；经过一段时间后，密闭箱体内空气达到完全洁净，粒径谱仪检测器实时监测的箱体中央颗粒物浓度低于2微克/立方米；此时关闭真空泵，记录此时时间和粒径谱仪检测器测得的各粒径颗粒物的浓度；

步骤S4，通过透明面板上操作窗口处的橡胶手套，对密闭箱体内部进行如下操作：打开自封袋，将毛刷和植物叶片取出，使用毛刷将每一片叶片表面进行仔细扫刷；待全部扫刷完成后，通过操作面板开启变速风扇；

步骤S5，粒径谱仪检测器上的数值，当颗粒物浓度值达到最大并保持稳定后，记录此时时间和各粒径颗粒物的浓度作为最终浓度；记录完毕后，关闭变速风扇，用已知参数计算得到所测样品表面再悬浮颗粒物的质量；

步骤S6，打开密闭箱体的透明面板，将密闭箱体内部的自封袋取出，再将下一个装有毛刷和植物叶片的自封袋放入箱内；重复上述步骤进行测定。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用了密闭箱体设计，使箱体内空气与外部空气隔绝，叶片上被扫脱并吹起悬浮的颗粒物不会外泄损失，而是全部在密闭箱体内形成稳定气溶胶，保证了测试的准确性和可靠性。

2、变速风扇和扫脱法保证叶片上颗粒物被全部吹脱。研究证实，风速在10m/s以上时，叶片上的颗粒物就会被吹脱，辅以人工毛刷扫脱，叶片上颗粒物脱离效果更佳。为了在密闭箱体内产生强大的风力和气压，本发明配备了最高风速达10m/s的变速风扇。该风扇采用了静音无尘的设计，并且可以控制风速，这样就能够达到既能够产生强风又能够用来混匀箱体内气溶胶的效果。加之人工毛刷扫脱，叶片表面的颗粒物得以最大程度地分散到密闭箱体内空间，使测量值更接近真实值。

3、本发明采用空气过滤器过滤空气中颗粒物，形成较为纯净的气体，并通过真空泵，形成纯净气体自循环系统，杜绝带入污染。密闭箱内空气通过抽气口被抽入空气过滤器后，净化后形成洁净气体，进入条状U型空气冲洗管路，随管路绕中心轴旋转时，通过管路上的出气孔向内壁喷射洁净气体，对密闭箱体的内壁进行气体冲刷。经过一段时间后，密闭箱体内空气达到完全洁净，粒径谱仪实时监测的箱体中央颗粒物浓度为极低水平(低于2微克/立方米)保证了测试数据的准确性和可靠性。

4、本发明采用集成电路，实现电路控制，用简单的几个控制按钮就可以控制整个烟雾箱在模拟不同环境下的要求。目前实现可操作的按钮有：温度加热按钮、风速代销调节按钮、风扇开关按钮、冲洗开关按钮、箱体气压平衡(紧急防爆)按钮等。

5、本发明可以选用德国Grimm1109粒径谱仪作为监测箱体内气溶胶浓度的仪器。该仪器有31个通道，可对不同粒径的大气颗粒物进行每6秒一次的浓度监测，测试结果精确可信。

6、自循环式扫脱烟雾箱的内腔顶部预留了4个单独的通气口，其中一个通气口的管路可与Grimm1109粒径谱仪直接联通。另外3个通气口采用了单向通道式的密闭管路设计，在试验需要时，可与外部的干燥管、气溶胶发生器、温湿度计、压力表等仪器仪表设备(其他检测器)进行较好的衔接，满足不同的实验方案。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明自循环式扫脱烟雾箱的主视图。

图2为本发明自循环式扫脱烟雾箱的轴测图。

图中：1为外壳，2为密闭箱体，3为透明面板，4为空气进样口，5为支撑桌面，6为变速风扇，7为照明灯，8为手臂伸入操作窗口，9为冲洗管路旋转轴，10为操作面板，11为空气过滤器，12为真空泵，13为内外压力保护装置，14为抽气口，15为预留接口，16为条状U型空气冲洗管路。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

本实施例提供了一种自循环式扫脱烟雾箱，密闭箱体位于不锈钢外壳内，条状U型空气冲洗管路位于密闭箱体内，内外压力保护装置、变速风扇、照明灯固定于密闭箱体内壁。烟雾箱正面为透明材质供实验者观察和操作，也可向外打开作为进样口，并设有两个手臂伸入操作窗口，每个操作窗口上固定有足够长的橡胶手套，保证箱体内部的密闭状态。粒径谱仪检测器接口和预留其他检测器及探头接口位于外壳顶端。操作面板固定在支撑桌台的上表面，空气过滤器固定在支撑桌台的下表面，真空泵位于支撑桌台下方。

进一步地，所述密闭箱体为前盖式、立方体式的密闭箱体。

进一步地，所述粒径谱仪选用德国Grimm1109粒径谱仪作为监测密闭箱内气溶胶浓度的仪器。

进一步地，所述条状U型空气冲洗管能绕中心轴360°转动，空气冲洗管管路侧面每隔5cm即分布一个细小的出气孔。冲洗管绕轴转动时可喷出洁净空气，对箱体内壁进行冲洗，使密闭箱体内达到纯净无尘的测试环境。

进一步地，所述变速风扇为最高风速高达10m/s的强力风扇，模拟一级至十级自然风，采用了静音无尘的设计，并且可以通过操作面板控制风速。

进一步地，所述操作面板设有抽充气开关、电源指示灯、照明开关、风扇开关、风扇风力调节开关等。

进一步地，所述密闭箱体内空气由真空泵抽气，通过抽气口进入空气过滤器中，过滤器采用三层滤芯设计，可净化空气中颗粒物后，形成纯净的气体，并通过条状U型空气冲洗管喷出释放到箱体内，形成纯净气体自循环系统。

本实施例提供的自循环式扫脱烟雾箱，其使用方法，包括以下步骤：

步骤S1，实验前将植物叶片和细毛刷放在自封袋中封好，打开密闭箱体正面前门，将装有植物叶片的自封袋放在密闭箱体内。关闭箱体前门，旋紧密封固定螺栓。

步骤S2，打开照明灯，调试好粒径谱仪，并将粒径谱仪进气口连接硬质橡胶管，橡胶管另一端从烟雾箱顶部预留口处伸入到烟雾箱中央，测定烟雾箱中央位置的空气中颗粒物浓度。

步骤S3，按下操作面板上“抽气”开关，抽气泵开始工作，密闭箱体内的空气开始内循环：箱内空气通过抽气口被抽入空气过滤器后，净化后形成洁净气体，进入条状U型空气冲洗管路，随管路绕中心轴旋转时，通过管路上的出气孔向内壁喷射洁净气体，对密闭箱体的内壁进行气体冲刷。经过一段时间后，密闭箱体内空气达到完全洁净，粒径谱仪实时监测的箱体中央颗粒物浓度为极低水平(低于2微克/立方米)。此时关闭操作面板上的“抽气”开关，记录此时时间和粒径谱仪测得的各粒径颗粒物的浓度。

步骤S4，将双手通过箱体正面的两个操作窗口，通过固定在窗口上的橡胶手套伸入到箱体内部。打开自封袋，将毛刷和叶片取出，使用毛刷将每一片叶片表面进行仔细扫刷。待全部扫刷完成后，开启变速风扇。

步骤S5，观察粒径谱仪上的数值，当颗粒物的值达到最大并保持稳定后，记录此时的时间和各粒径颗粒物的浓度作为最终浓度。记录完毕后，关闭风扇，用已知参数可计算得到所测样品表面再悬浮颗粒物的质量。

步骤S6，旋松密封固定螺栓，打开箱体前门，将毛刷、自封袋及所有叶片取出，再将下一个装有毛刷的植物叶片的自封袋封好放入箱内。重复上述步骤进行测定。

下面结合附图对本实施例进一步详细描述。

如图1和图2所示，本发明自循环式扫脱烟雾箱包括不锈钢外壳1、密闭箱体2、正面的透明面板3、手臂伸入操作窗口(固定有橡胶手套)8、空气进样口4、支撑桌台5、冲洗管路旋转轴9，密闭箱体2位于不锈钢外壳1之内，内外压力保护装置13、抽气口14、变速风扇6和照明灯7位于密闭箱体2内壁，预留接口15位于外壳顶端，操作面板10及空气过滤器11分别固定在支撑桌台5的上下表面，真空泵12位于支撑桌台5下方。

不锈钢外壳1的形状为长方体，密闭箱体2为下翻前盖式、立方体形的密闭箱体，便于箱内气溶胶混匀及冲洗。

密闭箱体2的内壁设有一个内外压力保护装置13，通过实时的压力检测，当腔体内正压或负压超过设定值时，内外压力保护装置自动启用，通过排除或引入外部空气达到控制腔体内气压的功能。

变速风扇6的最高风速达10m/s(风速可调，1m/s至10m/s)，采用了静音无尘的设计，并且可以人为控制风速，用于叶片上颗粒物的吹脱及密闭箱体内气溶胶的混匀。

抽气口14外连接真空泵，保证密闭箱体2内的空气被抽走净化。

操作面板10设有抽充气开关、电源指示灯、照明开关、风扇开关、风扇风力调节开关等。

条状U型空气冲洗管路16沿着冲洗管路旋转轴9进行旋转，同时管路上的出气孔喷出洁净的空气，对密闭箱体2的内壁进行冲洗，保证密闭箱体2内的颗粒物浓度逐渐降低到非常洁净的水平。

本发明自循环式扫脱烟雾箱的使用方法包括以下步骤：

步骤一，实验前将植物叶片和细毛刷放在自封袋中封好，打开密闭箱体正面前门，将装有植物叶片的自封袋放在密闭箱体内。关闭箱体前门，旋紧密封固定螺栓。

步骤二，打开照明灯，调试好粒径谱仪，并将粒径谱仪进气口连接硬质橡胶管，橡胶管另一端从烟雾箱顶部预留口处伸入到烟雾箱中央，测定烟雾箱中央位置的空气中颗粒物浓度。

步骤三，按下操作面板上“抽充气”开关，抽气泵开始工作，密闭箱体内的空气开始内循环：箱内空气通过抽气口被抽入空气过滤器后，净化后形成洁净气体，进入条状U型空气冲洗管路，随管路绕中心轴旋转时，通过管路上的出气孔向内壁喷射洁净气体，对密闭箱体的内壁进行气体冲刷。经过一段时间后，密闭箱体内空气达到完全洁净，粒径谱仪实时监测的箱体中央颗粒物浓度为极低水平(低于2微克/立方米)。此时关闭操作面板上的“抽充气”开关，记录此时时间和粒径谱仪测得的各粒径颗粒物的浓度。

步骤四，将双手通过箱体正面的两个操作窗口，通过固定在窗口上的橡胶手套伸入到箱体内部。打开自封袋，将毛刷和叶片取出，使用毛刷将每一片叶片表面进行仔细扫刷。待全部扫刷完成后，开启变速风扇。

步骤五，观察粒径谱仪上的数值，当颗粒物的值达到最大并保持稳定后，记录此时的时间和各粒径颗粒物的浓度作为最终浓度。记录完毕后，关闭风扇，用已知参数可计算得到所测样品表面再悬浮颗粒物的质量。

步骤六，旋松密封固定螺栓，打开箱体前门，将毛刷、自封袋及所有叶片取出，再将下一个装有毛刷的植物叶片的自封袋封好放入箱内。重复上述步骤进行测定。

本实施例通过密闭箱体中风扇的转动产生气流，加之人工使用毛刷扫脱，将待测叶片样品表面吸滞的颗粒物再次吹起，并在密闭箱体中形成稳定的气溶胶结构。

本发明以上实施例提供的自循环式扫脱烟雾箱及其使用方法，密闭箱体位于不锈钢外壳内，条状U型空气冲洗管路位于密闭箱体内，内外压力保护装置、变速风扇、照明灯固定于密闭箱体内壁。烟雾箱正面为透明材质供实验者观察和操作，也可向外打开作为进样口，并设有两个手臂伸入操作窗口，每个操作窗口上固定有足够长的橡胶手套，保证箱体内部的密闭状态。粒径谱仪检测器接口和预留其他检测器及探头接口位于外壳顶端。操作面板固定在支撑桌台的上表面，空气过滤器固定在支撑桌台的下表面，真空泵位于支撑桌台下方。本发明将植物叶片样品上截留的颗粒物通过吹脱法和扫脱法再次释放到空气中，在密闭箱体内形成稳定、均匀的气溶胶，保证测定的准确性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种自循环式扫脱烟雾箱，其特征在于，包括：

-外壳(1)；

-设置于外壳(1)内部的密闭箱体(2)；

-设置于密闭箱体(2)内部的条状U型空气冲洗管路(16)、内外压力保护装置(13)、变速风扇(6)和抽气口(14)；

-设置于外壳顶部的预留接口(15)；

-设置于外壳(1)一侧外壁上并与条状U型空气冲洗管路(16)的一端部连接的空气进样口(4)；

-设置于外壳(1)另一侧外壁上并与条状U型空气冲洗管路(16)的另一端部连接的冲洗管路旋转轴(9)；

-与抽气口(14)依次连接的空气过滤器(11)和真空泵(12)；

-分别与真空泵(12)、照明灯(7)、变速风扇(6)连接的操作面板(10)；

所述密闭箱体(2)的正面面板为透明面板(3)，所述透明面板(3)上设有手臂伸入操作窗口(8)，所述手臂伸入操作窗口(8)上设有操作手套；

所述条状U型空气冲洗管路(16)上分布有多个出气孔，并能够绕冲洗管路旋转轴(9)旋转。

2.根据权利要求1所述的自循环式扫脱烟雾箱，其特征在于，所述外壳(1)采用不锈钢材质。

3.根据权利要求1所述的自循环式扫脱烟雾箱，其特征在于，所述透明面板(3)与密闭箱体(2)的其他外壁之间为相对翻转结构，并通过密封螺栓与其他外壁之间形成密封。

4.根据权利要求1所述的自循环式扫脱烟雾箱，其特征在于，所述条状U型空气冲洗管路(16)上相邻两个出气孔之间的距离为5cm，并能够绕冲洗管路旋转轴(9)360°旋转。

5.根据权利要求1所述的自循环式扫脱烟雾箱，其特征在于，所述变速风扇的风速可调范围为1～10m/s。

6.根据权利要求1所述的自循环式扫脱烟雾箱，其特征在于，所述内外压力保护装置(13)设有压力预设值；当密闭箱体内部的正压或负压超过压力预设值时，内外压力保护装置(13)自动启用。

7.根据权利要求1所述的自循环式扫脱烟雾箱，其特征在于，所述操作面板(10)上设有如下开关：

-控制真空泵的抽充气开关；

-控制照明灯的照明开关；

-控制变速风扇的风扇开关和风扇风力调节开关。

8.根据权利要求1所述的自循环式扫脱烟雾箱，其特征在于，所述预留接口(15)包括：

-粒径谱仪检测器专用接口；

-探头专用接口；

-其他检测器通用个接口。

9.根据权利要求8所述的自循环式扫脱烟雾箱，其特征在于，还包括如下部件：

-粒径谱仪检测器，设置于粒径谱仪检测器专用接口处，监测密闭箱体内部气溶胶浓度；

-支撑桌面(5)，所述外壳(1)和操作面板(10)分别安装于支撑桌面(5)的上表面，所述空气过滤器(11)安装于支撑桌面(5)的下表面，所述真空泵(12)安装于支撑桌面(5)的下方。

10.一种自循环式扫脱烟雾箱的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，将植物叶片和毛刷放在自封袋中封好，打开密闭箱体的透明面板，将自封袋放在密闭箱体内后对密闭箱体密封；

步骤S2，打开照明灯，调试粒径谱仪检测器，并将粒径谱仪检测器的进气口连接硬质橡胶管的一端，硬质橡胶管的另一端从预留接口处伸入到密闭箱体内部中央，测定密闭箱体内部中央位置的空气中颗粒物浓度；

步骤S3，通过操作面板开启真空泵，密闭箱体内部的空气开始内循环：

密闭箱体内部空气通过抽气口被抽入空气过滤器后，净化并形成洁净气体，进入条状U型空气冲洗管路，随冲洗管路旋转轴旋转时，通过设置于管路上的出气孔向内壁喷射洁净气体，对密闭箱体的内壁进行气体冲刷；经过一段时间后，密闭箱体内空气达到完全洁净，粒径谱仪检测器实时监测的箱体中央颗粒物浓度低于2微克/立方米；此时关闭真空泵，记录此时时间和粒径谱仪检测器测得的各粒径颗粒物的浓度；

步骤S4，通过透明面板上操作窗口处的橡胶手套，对密闭箱体内部进行如下操作：打开自封袋，将毛刷和植物叶片取出，使用毛刷将每一片叶片表面进行仔细扫刷；待全部扫刷完成后，通过操作面板开启变速风扇；

步骤S5，粒径谱仪检测器上的数值，当颗粒物浓度值达到最大并保持稳定后，记录此时时间和各粒径颗粒物的浓度作为最终浓度；记录完毕后，关闭变速风扇，用已知参数计算得到所测样品表面再悬浮颗粒物的质量；

步骤S6，打开密闭箱体的透明面板，将密闭箱体内部的自封袋取出，再将下一个装有毛刷和植物叶片的自封袋放入箱内；重复上述步骤进行测定。

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