CN109187456B - 一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统 - Google Patents

一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，包括依次相连的进气机构、光化学反应腔和检测箱，检测箱包括检测机构和结果显示机构；进气机构包括微型真空泵；光化学反应腔包括相同数量的若干透光腔和若干蔽光腔，透光腔和蔽光腔一端设有透气孔，另一端连接有三位四通电磁阀，内部设有可自由滑动的活塞，三位四通电磁阀与微型真空泵的出气端相连；检测机构包括相连的NO反应管和激光诱导荧光检测器；所述结果显示机构包括设于检测箱内部的中控CPU、设于检测箱外部的显示屏和开关。本发明通过检测光照下与非光照下大气中总氧化剂浓度的差异计算总氧化剂生成速率，操作方便，检测效率高。

Description

一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统。
背景技术
环境空气中总氧化剂(OX)是与光化学烟雾有关的一种大气污染指标，它包括大气中除了二氧化氮以外的，由光化学作用产生的，能从硼酸碘化钾溶液中释放出碘的所有物质，主要是臭氧及少量的过氧乙酰硝酸酯、过氧化物等。通常以臭氧与二氧化氮浓度的加和来表示大气中光化学氧化剂含量。
近地面臭氧(O3)是城市光化学烟雾的主要成分，它是一种主要由氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)在光照下发生光化学反应形成的二次污染物。近地面高浓度臭氧具有很强的氧化性，会引起一系列人群的不良健康效应，如刺激眼睛和呼吸道，损害人体心肺功能，甚至导致死亡；并且会使农作物减产，可直接导致高产农作物高产性能的消失。
因此，获取本地区的总氧化剂生成速率对于了解本地区的大气氧化性、从而制定相应的污染物减排措施具有重要意义。由于臭氧不是来自于一次排放，而是经过复杂化学过程生成的二次产物，因此无法通过直接监测获取臭氧生成速率。因此，需要设计一套大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，用于测量实际大气中的总氧化剂生成速率。
发明内容
本发明的目的是提供一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，通过检测光照下与非光照下大气中总氧化剂浓度的差异计算总氧化剂生成速率，操作方便，检测效率高。
本发明提供了如下的技术方案：
一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，包括依次相连的进气机构、光化学反应腔和检测箱，所述检测箱包括检测机构和结果显示机构；
所述进气机构包括微型真空泵；
所述光化学反应腔包括相同数量的若干透光腔和若干蔽光腔，所述透光腔和所述蔽光腔的结构相同，一端设有透气孔，另一端设有通孔且所述通孔连接有三位四通电磁阀，内部设有可自由滑动的活塞，所述三位四通电磁阀与所述微型真空泵的出气端相连；
所述检测机构包括相连的NO反应管和激光诱导荧光检测器，所述NO反应管连接有电磁阀，所述电磁阀分别连接有第一进气管、第二进气管和混合进气管，所述第一进气管连接所述透光腔端部的三位四通电磁阀，所述第二进气管连接所述蔽光腔端部的三位四通电磁阀，所述混合进气管连接有FeSO4螺旋填充管，所述FeSO4螺旋填充管连接有填充NO和N2混合气体的气瓶；
所述结果显示机构包括设于所述检测箱内部的中控CPU、设于所述检测箱外部的显示屏和开关，所述中控CPU分别与所述三位四通电磁阀、NO反应管、激光诱导荧光检测器、电磁阀、显示屏和开关相连接。
优选的，所述电磁阀为三通电磁阀且分别连接有第一质量流量控制器和第二质量流量控制器，所述第一质量流量控制器与所述第一进气管和所述第二进气管分别连接，所述第二质量流量控制器与所述混合进气管连接，所述第一质量流量控制器和所述第二质量流量控制器分别与所述中控CPU相连。三通电磁阀通过控制阀门的开关来保证同时间仅有一个管道在进样，第一质量流量控制器和第二质量流量控制器可以使气体以一个固定的流速和方向流动。
优选的，所述激光诱导荧光检测器的出气端连接有第一微型真空泵，第一微型真空泵接在出口处，是控制气体流向的动力装置。
优选的，所述蔽光腔的表面设有一层UV阻隔膜，具有避光作用且避光效果好。
优选的，所述透光腔和所述蔽光腔的数量均为4个。
优选的，所述微型真空泵的进气端连接有过滤口，过滤口主要用来过滤环境空气中的颗粒物等杂质。
优选的，所述三位四通电磁阀包括连接口、进气口和出气口，所述连接口与所述通孔相连，所述进气口与所述微型真空泵的出气端相连，所述出气口与所述第一进气管或所述第二进气管相连，便于控制透光腔和蔽光腔的进气和出气。
本发明的有益效果是：通过检测光照下与非光照下大气中总氧化剂浓度的差异计算总氧化剂生成速率，操作方便，检测效率高。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是透光腔和蔽光腔的内部结构示意图；
图3是右线圈通电时三位四通电磁阀的结构示意图；
图4是左线圈通电时三位四通电磁阀的结构示意图；
图5是断电时三位四通电磁阀的结构示意图；
图6是中控CPU工作的自动化流程图。
图中标记为：1、光化学反应腔；2、透光腔；3、蔽光腔；4、三位四通电磁阀；5、微型真空泵；6、过滤口；7、检测箱；8、第一微型真空泵；9、气瓶；10、FeSO4螺旋填充管；11、MFC2；12、NO反应管；13、MFC1；14、中控CPU；15、激光诱导荧光检测器；16、显示屏；17、开关；18、第一进气管；19、第二进气管；20、活塞；21、通孔；22、透气孔；23、右线圈；24、左线圈；25、出气口；26、进气口；27、连接口。
具体实施方式
如图1所示，一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，包括依次相连的进气机构、光化学反应腔1和检测箱7，检测箱7包括检测机构和结果显示机构。
如图1所示，进气机构包括微型真空泵5，微型真空泵5的进气端连接有过滤口6，过滤口6主要用来过滤环境空气中的颗粒物等杂质。
如图1至图3所示，光化学反应腔1包括4个透光腔2和4个蔽光腔3，蔽光腔3的表面设有一层UV阻隔膜，具有避光作用且避光效果好。透光腔2和蔽光腔3的结构相同，一端设有透气孔22，另一端设有通孔21且通孔21连接有三位四通电磁阀4，内部设有可自由滑动的活塞20。三位四通电磁阀4包括连接口27、进气口26和出气口25，连接口27与通孔21相连，进气口26与微型真空泵5的出气端相连，透光腔2端部的三位四通电磁阀的出气口与第一进气管18相连，蔽光腔3端部的三位四通电磁阀的出气口与第二进气管19相连，便于控制透光腔2和蔽光腔3的进气和出气。
如图3所示，当需要进气时，右线圈23通电，进气口26与透光腔2/蔽光腔3相连通，微型真空泵5将过滤后的空气引入，气体经过进气口26和连接口27流入透光腔2/蔽光腔3内储存；如图4所示，当反应完需要出气时，左线圈24通电，出气口25与透光腔2/蔽光腔3相连通，透光腔2/蔽光腔3内储存的气体经过接口27和出气口25流入检测机构；如图5所示，气体在检测机构进行反应的过程中，两边断电，透光腔2/蔽光腔3中无气体流通。
如图1所示，检测机构包括相连的NO反应管12和激光诱导荧光检测器15，激光诱导荧光检测器15的出气端连接有第一微型真空泵8，是控制气体流向的动力装置。NO反应管12连接有三通电磁阀，三通电磁阀分别连接有第一质量流量控制器(MFC1)13和第二质量流量控制器(MFC2)11，MFC1 13与第一进气管18和第二进气管19分别连接，MFC2 11与混合进气管连接，混合进气管连接有FeSO4螺旋填充管10，FeSO4螺旋填充管10连接有填充NO和N2混合气体的气瓶9。FeSO4螺旋填充管10的作用是去除气瓶9中可能存在的NO2；三通电磁阀通过控制阀门的开关来保证同时间仅有一个管道在进样，MFC1 13和MFC2 11可以使气体以一个固定的流速和方向流动。
检测气体中Ox的原理为：从第一进气管18和第二进气管19流入的待检测气体与气瓶9中的一氧化氮气体以固定的流速进入NO反应管12中，待检测气体具有氧化性的气体(主要指臭氧)会将NO氧化为NO2气体(O3+NO→NO2)，最后，反应完全的气体通过检测NO2的激光诱导荧光检测器对气体中的NO2浓度进行定量，通过换算，即可得到总氧化剂(OX＝O3+NO2)的浓度。
如图1所示，结果显示机构包括设于检测箱7内部的中控CPU、设于检测箱7外部的显示屏16和开关17，中控CPU分别与三位四通电磁阀、NO反应管12、激光诱导荧光检测器15、MFC1 13和MFC2 11、三通电磁阀、显示屏16和开关17相连接。显示屏16主要显示每个时间段内的Ox生成速率及MFC1 13和MFC2 11控制的气体的流速。
将透光腔从左至右依次记为：1号透光腔、2号透光腔、3号透光腔和4号透光腔；蔽光腔从左至右依次记为：1号蔽光腔、2号蔽光腔、3号蔽光腔和4号蔽光腔。
打开仪器的开关后，中控CPU可以实现的主要功能如下：
①打开微型真空泵，1号透光腔和1号蔽光腔的三位四通电磁阀的右线圈通电，开始进气，待1号透光腔和1号蔽光腔中的活塞到达最左端时，三位四通电磁阀两边断电，微型真空泵关闭；
②打开微型真空泵，2号透光腔和Z号蔽光腔的三位四通电磁阀的右线圈通电，开始进气，待2号透光腔和2号蔽光腔中的活塞到达最左端时，三位四通电磁阀两边断电，微型真空泵关闭；
③打开微型真空泵，3号透光腔和3号蔽光腔的三位四通电磁阀的右线圈通电，开始进气，待3号透光腔和3号蔽光腔中的活塞到达最左端时，三位四通电磁阀两边断电，微型真空泵关闭；
④打开微型真空泵，4号透光腔和4号蔽光腔的三位四通电磁阀的右线圈通电，开始进气，待4号透光腔和4号蔽光腔中的活塞到达最左端时，三位四通电磁阀两边断电，微型真空泵关闭；
⑤第一微型真空泵打开，打开MFC1和MFC2；
⑥1号透光腔的三位四通电磁阀的左线圈通电，待1号透光腔中的活塞到达最右端时，三位四通电磁阀两边断电，读取NO2的浓度，1号蔽光腔的三位四通电磁阀的左线圈通电，待1号蔽光腔中的活塞到达最右端时，三位四通电磁阀两边断电，读取NO2的浓度，将两次NO2的浓度差除以20分钟后的结果显示在显示屏上；
⑦2号透光腔的三位四通电磁阀的左线圈通电，待2号透光腔中的活塞到达最右端时，三位四通电磁阀两边断电，读取NO2的浓度，2号蔽光腔的三位四通电磁阀的左线圈通电，待2号蔽光腔中的活塞到达最右端时，三位四通电磁阀两边断电，读取NO2的浓度，将两次NO2的浓度差除以20分钟后的结果显示在显示屏上；
⑧3号透光腔的三位四通电磁阀的左线圈通电，待3号透光腔中的活塞到达最右端时，三位四通电磁阀两边断电，读取NO2的浓度，3号蔽光腔的三位四通电磁阀的左线圈通电，待3号蔽光腔中的活塞到达最右端时，三位四通电磁阀两边断电，读取NO2的浓度，将两次NO2的浓度差除以20分钟后的结果显示在显示屏上；
⑨4号透光腔的三位四通电磁阀的左线圈通电，待4号透光腔中的活塞到达最右端时，三位四通电磁阀两边断电，读取NO2的浓度，4号蔽光腔的三位四通电磁阀的左线圈通电，待4号蔽光腔中的活塞到达最右端时，三位四通电磁阀两边断电，读取NO2的浓度，将两次NO2的浓度差除以20分钟后的结果显示在显示屏上；
如图6所示，按照功能的编号，中控CPU工作的自动化流程如下：
其中T＝20n，表示当开始循环第n次时，时间为T分钟，n大于等于1。
1)打开仪器开关；
2)当T＝0分钟时，依次执行功能①②③④；
3)当n＝1，即T＝20分钟时，依次执行功能⑤⑥①、⑦②、⑧③、⑨④；
4)当n＝n+1＝2，即T＝40分钟时，依次执行功能⑥①、⑦②、⑧③、⑨④；
5)此时，若关闭开关，则执行功能结束，若不关闭开关，则n＝n+1＝3，再次执行功能⑥①、⑦②、⑧③、⑨④；
6)重复步骤5)直至结束，完成大气中总氧化剂生成速率的检测。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，其特征在于，包括依次相连的进气机构、光化学反应腔和检测箱，所述检测箱包括检测机构和结果显示机构；
所述进气机构包括微型真空泵；
所述光化学反应腔包括相同数量的若干透光腔和若干蔽光腔，所述透光腔和所述蔽光腔的结构相同，一端设有透气孔，另一端设有通孔且所述通孔连接有三位四通电磁阀，内部设有可自由滑动的活塞，所述三位四通电磁阀与所述微型真空泵的出气端相连；
所述检测机构包括相连的NO反应管和激光诱导荧光检测器，所述NO反应管连接有电磁阀，所述电磁阀分别连接有第一进气管、第二进气管和混合进气管，所述第一进气管连接所述透光腔端部的三位四通电磁阀，所述第二进气管连接所述蔽光腔端部的三位四通电磁阀，所述混合进气管连接有FeSO4螺旋填充管，所述FeSO4螺旋填充管连接有填充NO和N2混合气体的气瓶；
所述结果显示机构包括设于所述检测箱内部的中控CPU、设于所述检测箱外部的显示屏和开关，所述中控CPU分别与所述三位四通电磁阀、NO反应管、激光诱导荧光检测器、电磁阀、显示屏和开关相连接。
2.根据权利要求1所述的一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，其特征在于，所述电磁阀为三通电磁阀且分别连接有第一质量流量控制器和第二质量流量控制器，所述第一质量流量控制器与所述第一进气管和所述第二进气管分别连接，所述第二质量流量控制器与所述混合进气管连接，所述第一质量流量控制器和所述第二质量流量控制器分别与所述中控CPU相连。
3.根据权利要求1所述的一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，其特征在于，所述激光诱导荧光检测器的出气端连接有第一微型真空泵。
4.根据权利要求1所述的一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，其特征在于，所述蔽光腔的表面设有一层UV阻隔膜。
5.根据权利要求1所述的一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，其特征在于，所述透光腔和所述蔽光腔的数量均为4个。
6.根据权利要求1所述的一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，其特征在于，所述微型真空泵的进气端连接有过滤口。
7.根据权利要求1所述的一种大气总氧化剂光化学生成速率监测系统，其特征在于，所述三位四通电磁阀包括连接口、进气口和出气口，所述连接口与所述通孔相连，所述进气口与所述微型真空泵的出气端相连，所述出气口与所述第一进气管或所述第二进气管相连。
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