CN109813671A - 气/粒反应检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气/粒反应检测系统，涉及大气污染气体检测技术领域，本发明提供的气/粒反应检测系统包括供气组件、反应装置、检测装置以及多个用于储存反应气体的储气瓶，其中：各个储气瓶与供气组件连接，供气组件用于调节各个储气瓶释放至反应装置中气体的流量；反应装置中设置有用于与反应气体反应的颗粒物；检测装置设置在反应装置的顶部，用于检测反应气体与颗粒物反应时物质的光谱信息变化情况。本发明提供的气/粒反应检测系统能够研究多组分气体在颗粒物表面的反应机理，并且在实验过程中可以调节各反应气体的流量，改变混合气中各组分的浓度和配比，从而实现实时在线检测气粒反应过程，更好的研究大气污染物成因。

Description

气/粒反应检测系统

技术领域

本发明涉及大气污染气体检测技术领域，尤其是涉及一种气/粒反应检测系统。

背景技术

随着我国经济的快速发展，环境污染问题频频发生，呈现区域多种污染物耦合的复合型大气污染特征。对大气颗粒物表面的气粒转化非均相化学过程的研究是了解大气污染形成过程的必要手段。

国内外学者主要是利用原位红外光谱技术研究了不同大气污染物在颗粒物表面的反应过程，从而探讨反应机理，但是大多仅限于定性研究颗粒物的组分，仅对固定单组分气体在颗粒物表面的反应机理进行研究，无法实时在线检测气粒反应过程。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气/粒反应检测系统，能够研究多组分气体在颗粒物表面的反应机理，并且在实验过程中可以调节各反应气体的流量，从而实现定量的检测气粒反应过程，更好的研究大气污染物成因。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种气/粒反应检测系统，包括供气组件、反应装置、检测装置以及多个用于储存反应气体的储气瓶，其中：

各个所述储气瓶与所述供气组件连接，所述供气组件用于调节各个所述储气瓶释放至所述反应装置中气体的流量；

所述反应装置中设置有用于与所述反应气体反应的颗粒物；

所述检测装置设置在所述反应装置的顶部，用于检测所述反应气体与所述颗粒物反应时物质的光谱信息变化情况。

进一步地，所述供气组件包括主管路以及与多个所述储气瓶一一对应设置的多个子管路，所述子管路上设有阀门，所述子管路的一端与所述储气瓶连接，另一端与所述主管路连接，所述主管路背离所述子管路的一端与所述反应装置连接。

进一步地，至少一个所述子管路上设置有用于调节所述反应气体湿度的湿度调节装置，所述湿度调节装置包括沿所述反应气体的流动方向依次设置的防倒吸瓶和湿度调节瓶。

进一步地，所述供气组件还包括真空泵和换向阀，所述换向阀设置于所述主管路上并与所述真空泵连接，所述换向阀用于切换所述反应装置与所述真空泵连通或者所述反应装置与多个所述子管路连通。

进一步地，所述反应装置包括反应室和设于所述反应室内用于承载所述颗粒物的反应皿，其中：

所述反应室具有透光板；

所述反应皿能够接收所述透光板透射的光源，且所述反应皿具有进气口和排气口，所述进气口与所述供气组件连通，所述排气口与外界环境连通。

进一步地，所述反应装置还包括用于调节反应温度的加热器，所述加热器设置于所述反应室内。

进一步地，所述反应装置还包括用于调节光照强度的照明灯，所述照明灯设置于所述透光板背离所述反应皿的一侧。

进一步地，所述气/粒反应检测系统还包括离子色谱仪，所述离子色谱仪用于定量分析检测所述反应气体与所述颗粒物反应后的反应产物。

本发明提供的气/粒反应检测系统能产生如下有益效果：

在使用上述气/粒反应检测系统时，根据实验需要，实验人员通过供气组件将任意一个或者多个储气瓶内的反应气体释放至反应装置中，随后各个反应气体的混合气与反应装置中的颗粒物进行化学反应，检测装置检测反应气体与颗粒物反应时物质的光谱信息变化情况。在实验过程中可以通过供气组件调节各个储气瓶释放气体的流量，改变混合气中各组分的浓度和配比，实现实时在线检测气粒反应过程。

相对于现有技术来说，本发明提供的气/粒反应检测系统不仅能研究固定单组分气体在颗粒物表面的反应机理，还可以研究多组分气体在颗粒物表面的反应机理，可为复合型大气污染形成提供研究基础，并且在实验过程中可以调节各反应气体的流量，改变混合气中各组分的浓度和配比，能够实时在线检测气粒反应过程，更好的研究大气污染物成因。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的气/粒反应检测系统的结构示意图；

图2为本发明提供的湿度调节装置的结构示意图。

图标：1－供气组件；11－主管路；12－子管路；13－真空泵；14－换向阀；2－反应装置；21－反应室；211－透光板；22－反应皿；221－进气口；222－排气口；23－加热器；24－照明灯；3－检测装置；4－储气瓶；5－阀门；6－湿度调节装置；61－防倒吸瓶；62－湿度调节瓶；7-离子色谱仪。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1为本发明提供的气/粒反应检测系统的结构示意图；图2为本发明提供的湿度调节装置的结构示意图。

本实施例的目的在于提供一种气/粒反应检测系统，如图1和图2所示，包括供气组件1、反应装置2、检测装置3以及多个用于储存反应气体的储气瓶4，其中：

各个储气瓶4与供气组件1连接，供气组件1用于调节各个储气瓶4释放至反应装置2中气体的流量；

反应装置2中设置有用于与反应气体反应的颗粒物；

检测装置3设置在反应装置2外部，用于检测反应气体与颗粒物反应时物质的光谱信息变化情况。

在使用上述气/粒反应检测系统时，根据实验需要，实验人员通过供气组件将任意一个或者多个储气瓶内的反应气体释放至反应装置中，随后各个反应气体的混合气与反应装置中的颗粒物进行化学反应，检测装置检测反应气体与颗粒物反应时物质的光谱信息变化情况。在实验过程中可以通过供气组件调节各个储气瓶释放气体的流量，改变混合气中各组分的浓度和配比，实现实时在线检测气粒反应过程。

相对于现有技术来说，本实施例提供的气/粒反应检测系统不仅能研究固定单组分气体在颗粒物表面的反应机理，还可以研究多组分气体在颗粒物表面的反应机理，可为复合型大气污染形成提供研究基础，并且在实验过程中可以调节各反应气体的流量，改变混合气中各组分的浓度和配比，能够实时在线检测气粒反应过程，更好的研究大气污染物成因。

需要说明的是，上述气/粒反应检测系统中的“气”、“粒”分别指代反应气体的混合气以及与混合气反应的颗粒物，其中混合气所模拟的为大气污染气体，颗粒物所模拟的为大气颗粒物。“气/粒反应”意为模拟大气污染气体的混合气与模拟大气颗粒物的颗粒物之间的反应。

在一些实施例中，如图1所示，为了使得上述气/粒反应检测系统的结构更加的简单，供气组件1包括主管路11以及与多个储气瓶4一一对应设置的多个子管路12，子管路12上设有阀门5，子管路12的一端与储气瓶4连接，另一端与主管路11连接，主管路11背离子管路12的一端与反应装置2连接。

当需要向反应装置2内通入某一反应气体时，便可以将承装该反应气体的储气瓶4所对应子管路12上的阀门5打开，通过阀门5来控制该反应气体的通断，为复合型大气污染形成提供研究基础。

其中，阀门5可以为调节阀或者是截断阀。

当阀门5为截断阀时，供气组件1还包括现有的配气装置，配气装置设置在多个子管路12上，配气装置能够针对实验需要来控制各个子管路12反应气体的流量，从而实现定量的检测气粒反应过程，更好的研究大气污染物成因。

在一些实施例中，为了使得反应条件更加的接近自然条件，如图2所示，至少一个子管路12上设置有用于调节反应气体湿度的湿度调节装置6，湿度调节装置6包括沿反应气体的流动方向依次设置的防倒吸瓶61和湿度调节瓶62。

在至少一个实施例中，仅在氮气储气瓶4对应的子管路12上设置有湿度调节装置6，当该子管路12上的阀门5打开后，氮气首先通过第一进气管进入防倒吸瓶61，防倒吸瓶61为一密封性良好的空瓶，随后防倒吸瓶61内的氮气通过第一出气管进入湿度调节瓶62，湿度调节瓶62内留存有一定的液体，氮气通过第一出气管排入湿度调节瓶62内的液体中，随后再通过第二出气管排出湿度调节瓶62。需要说明的是，为了避免湿度调节瓶62内的液体进入第二出气管，第二出气管伸入湿度调节瓶62内的管端高于湿度调节瓶62内液体的液面。当需要增加反应气体的湿度时，可以通过阀门5减慢反应气体的流速；当需要减少反应气体的湿度时，可以通过阀门5增加反应气体的流速。

防倒吸瓶61的设置能够防止湿度调节瓶62内的液体倒吸回储气瓶4中，当湿度调节瓶62内的液体出现倒吸时，其液体直接进入防倒吸瓶61中，不会直接进入储气瓶4。

在一些实施例中，如图1所示，为了更加方便实验的进行，供气组件1还包括真空泵13和换向阀14，换向阀14设置于主管路11上并真空泵13连接，换向阀14用于切换反应装置2与真空泵13连通或者反应装置2与多个子管路12连通。

在使用时，可以切换换向阀14，使得反应装置2与真空泵13连通，随后通过真空泵13将反应装置2内的气体抽出，去除杂质气体，随后切换换向阀14，使得反应装置2与多个子管路12连通，打开所需反应气体所对应的阀门5，使得反应气体通过阀门5和换向阀14进入反应装置2，与反应装置2内的颗粒物进行反应。

在一些实施例中，如图2所示，反应装置2包括反应室21和设于反应室21内用于承载颗粒物的反应皿22，其中：反应室21具有透光板211；反应皿22能够接收透光板211透射的光源，且反应皿22具有进气口221和排气口222，进气口221与供气组件1连通，排气口222与外界环境连通。

在实验时，外界的光源能够通过透光板211照射在反应皿22上，各个反应气体的混合气通过进气口221进入反应皿22，与反应皿22上的颗粒物进行反应，在此过程中，检测装置3通过透光板211检测反应气体与颗粒物反应时物质的光谱信息变化情况，反应后的气体通过排气口222排至外界。

在一些实施例中，如图1所示，为了使得反应条件近似于自然条件，反应装置2还包括用于调节反应温度的加热器23，加热器23设置于反应室21内。

加热器23包括加热元件和热电偶，热电偶用于检测加热元件的加热温度，实验人员可以根据热电偶所反馈的温度来对加热元件的加热温度进行调节，使得反应温度尽量的与自然条件温度相吻合，使得实验数据更加的准确。

在一些实施例中，为了使得反应条件更加近似于自然条件，反应装置2还包括用于调节光照强度的照明灯24，照明灯24设置于透光板211背离反应皿22的一侧。

在使用时，照明灯24对反应皿22进行照射，为反应皿22提供光照，实验人员可以实验需要来调节照明灯24的光照强度，照明灯24与加热器23相互配合使用，共同对反应条件进行调节，可模拟真实大气中的气固反应，贴近自然条件。

其中，照明灯24可以为氙灯光源，也可以为LED灯光源。

具体地，反应室21具有一密封性较好的腔室，透光板211设于反应室21的顶部，方便照明灯24的照射以及检测装置3的检测。

具体地，如图1所示，检测装置3为红外光谱仪，具体可以为现有的傅立叶红外光谱仪，其基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪。傅里叶红外光谱仪设于反应室21外部，其发出的红外光通过透光板211反射回傅里叶红外光谱仪进行检测，通过反应体系中气体分子在颗粒物表面吸附和转化的光谱信号的变化来表征非均相反应中物质的化学信息，最终得到红外谱图曲线。

具体在使用时，反应装置2、照明灯24以及傅里叶红外光谱仪集成在同一仪器箱体内。此外，检测装置还包括与傅里叶红外光谱仪电连接的电脑，电脑用于显示最终得到红外谱图曲线。

在一些实施例中，如图1所示，上述气/粒反应检测系统还包括现有的离子色谱仪7，离子色谱仪7可以与反应室21连接，用于接收反应气体与颗粒物反应后的反应产物并定量分析检测反应后的反应产物。

其中，离子色谱仪7为离线的离子色谱仪7。

上述气/粒反应检测系统结合了红外光谱仪在线检测和离子色谱离线检测，共同分析反应机理，离子色谱离线检测反应生成的物种的质量，从而计算气粒反应的转化率，能够更准确的研究大气污染物成因。

需要说明的是，上述气/粒反应检测系统不仅能适用于研究气粒反应的机理，还可以用于表征材料对气体污染物的去除性能，具有较广的适用性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种气/粒反应检测系统，其特征在于，包括供气组件(1)、反应装置(2)、检测装置(3)以及多个用于储存反应气体的储气瓶(4)，其中：

各个所述储气瓶(4)与所述供气组件(1)连接，所述供气组件(1)用于调节各个所述储气瓶(4)释放至所述反应装置(2)中气体的流量；

所述反应装置(2)中设置有用于与所述反应气体反应的颗粒物；

所述检测装置(3)设置在所述反应装置(2)的顶部，用于检测所述反应气体与所述颗粒物反应时物质的光谱信息变化情况。

2.根据权利要求1所述的气/粒反应检测系统，其特征在于，所述供气组件(1)包括主管路(11)以及与多个所述储气瓶(4)一一对应设置的多个子管路(12)，所述子管路(12)上设有阀门(5)，所述子管路(12)的一端与所述储气瓶(4)连接，另一端与所述主管路(11)连接，所述主管路(11)背离所述子管路(12)的一端与所述反应装置(2)连接。

3.根据权利要求2所述的气/粒反应检测系统，其特征在于，至少一个所述子管路(12)上设置有用于调节所述反应气体湿度的湿度调节装置(6)，所述湿度调节装置(6)包括沿所述反应气体的流动方向依次设置的防倒吸瓶(61)和湿度调节瓶(62)。

4.根据权利要求2所述的气/粒反应检测系统，其特征在于，所述供气组件(1)还包括真空泵(13)和换向阀(14)，所述换向阀(14)设置于所述主管路(11)上并与所述真空泵(13)连接，所述换向阀(14)用于切换所述反应装置(2)与所述真空泵(13)连通或者所述反应装置(2)与多个所述子管路(12)连通。

5.根据权利要求1所述的气/粒反应检测系统，其特征在于，所述反应装置(2)包括反应室(21)和设于所述反应室(21)内用于承载所述颗粒物的反应皿(22)，其中：

所述反应室(21)具有透光板(211)；

所述反应皿(22)能够接收所述透光板(211)透射的光源，且所述反应皿(22)具有进气口(221)和排气口(222)，所述进气口(221)与所述供气组件(1)连通，所述排气口(222)与外界环境连通。

6.根据权利要求5所述的气/粒反应检测系统，其特征在于，所述反应装置(2)还包括用于调节反应温度的加热器(23)，所述加热器(23)设置于所述反应室(21)内。

7.根据权利要求5所述的气/粒反应检测系统，其特征在于，所述反应装置(2)还包括用于调节光照强度的照明灯(24)，所述照明灯(24)设置于所述透光板(211)背离所述反应皿(22)的一侧。

8.根据权利要求1所述的气/粒反应检测系统，其特征在于，所述气/粒反应检测系统还包括离子色谱仪(7)，所述离子色谱仪(7)用于定量分析检测所述反应气体与所述颗粒物反应后的反应产物。