CN113310860B - 基于sibs和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置及方法，将所需检测环境中的气溶胶颗粒进入内部空腔，并在其电晕区域吸收电荷后，最终吸附在收集电极的表面，接着拉曼探针对收集电极表面的气溶胶颗粒进行一次拉曼分析，使微控制器与数据处理系统获得本次气溶胶颗粒的成分数据；然后通过高压脉冲发生器使阳极针对收集电极表面的气溶胶颗粒发射多个电脉冲进行烧蚀，此时收集电极上的气溶胶颗粒被消融和雾化，产生原子发射及散射光谱，此时再通过SIBS探头接收光谱，并经过电火花光谱仪传递给微控制器与数据处理系统进行分析，从而获得本次气溶胶颗粒元素成分及浓度数据；最终实现气溶胶颗粒的元素成分、分子结构及其浓度的快速检测过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置及方法，属于光谱分析技术领域。
背景技术
随着社会生产力的不断提高，工业场所以及煤矿中的气溶胶已经对工人的身体健康产生了严重威胁，如尘肺病，癌症，全身性中毒，重金属疾病，刺激性和炎症性肺损伤，过敏反应，感染以及各种皮肤病等，对工作场所的气溶胶成分及浓度及检测与识别已经成为环境治理体系的一个重要组成部分。
火花诱导击穿光谱技术(Spark-Induced Breakdown Spectroscopy，简称SIBS)，是一种原子发射光谱技术，该技术涉及将带电的气溶胶颗粒通过电场力集中到收集电极上，在尖端阳极上施加10kV左右的高压脉冲，击穿空气中的电介质，建立离子通道，积累能量，产生受控的火花脉冲。每个脉冲能量为50到300mJ，形成脉冲等离子体。收集电极上的颗粒物质被消融和雾化，产生原子发射，随后使用光谱仪记录该原子发射，以获取元素信息。与激光诱导击穿光谱法相比，该技术不需要任何激光束光学器件，来自直流电源的脉冲能量高并且有利于制作紧凑便捷的仪器。
拉曼光谱技术，是一种散射分子光谱分析技术，分子具有不同的能级，能级包括振动能级和转动能级两种，一定波长的电磁波作用于分子，引起相应分子能级的跃迁，产生分子吸收光谱，引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的跃迁。拉曼散射是指当用一定频率的激发光照射分子时，一部分散射光的频率和激发光的频率不等，这种散射成为拉曼散射，拉曼散射光谱是分子的振动-转动光谱。该技术是指通过对样品发射激光获得拉曼散射，从而通过样品分子的振动，转动信息来获得相关的分子结构以识别分子。但是目前还没有利用拉曼光谱和电火花诱导击穿光谱联用对气溶胶成分进行快速检测的装置及方法，其是本行业的研究方向之一。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置及方法，无需光学校准设备，即能对当前环境气溶胶颗粒的成分及浓度进行实时连续监测，不仅能准确的获得数据，而且检测快速，且设备体积小巧，便于携带。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置，包括电晕气溶胶微浓缩器、拉曼光谱装置、电火花光谱装置、高压脉冲发生器、电晕直流电源、数据采集系统、微控制器、高效过滤器、流量计和微型真空泵；
所述电晕气溶胶微浓缩器包括顶盖、筒体、底座和两个气溶胶入口；筒体固定在底座上，顶盖固定在筒体上端，筒体、顶盖和底座围成内部空腔；顶盖中心开设通孔Ⅰ，喷嘴处于内部空腔内、并固定在顶盖下部；喷嘴与通孔Ⅰ处于同一轴线，阳极针一端依次穿过通孔Ⅰ和喷嘴伸入内部空腔内，阳极针另一端分别与高压脉冲发生器和电晕直流电源正极连接，两个气溶胶入口对称装在顶盖上、且两个气溶胶入口与喷嘴连通；气溶胶入口通过管路与外界空气连通；
所述底座中心开设通孔Ⅱ，收集电极一端通过通孔Ⅱ伸入内部空腔并处于阳极针下方，且收集电极与阳极针处于同一轴线，收集电极与高压脉冲发生器和电晕直流电源的负极相连；底座上开设气溶胶排出通道，气溶胶排出通道一端与内部空腔连通、另一端通过管路与高效过滤器一端连通，高效过滤器另一端通过管路与微型真空泵连通；
所述筒体侧部设有光学透镜、拉曼探针安装孔和装配孔，拉曼光谱装置包括激光器、拉曼探针和拉曼光谱仪，拉曼探针一端通过拉曼探针安装孔伸入内部空腔，并对准收集电极；拉曼探针另一端与激光器和拉曼光谱仪通过光纤连接；电火花光谱装置包括电火花光谱仪和SIBS探头，SIBS探头一端通过装配孔伸入内部空腔，并对准收集电极；SIBS探头另一端与电火花光谱仪通过光纤连接；所述电火花光谱仪和拉曼光谱仪均与数据处理系统连接；
所述微控制器与数据处理系统用于控制高压脉冲发生器、电晕直流电源、微型真空泵、电火花光谱仪、拉曼光谱仪、激光器和流量计的工作状态及接收数据处理系统反馈的光谱数据。
进一步，所述高效过滤器和微型真空泵之间的管路上装有流量计。
进一步，所述拉曼探针与收集电极所处轴线之间的夹角为40°至50°；所述SIBS探头与收集电极所处轴线之间的夹角为40°至50°。
进一步，所述气溶胶入口为粒径切割器。进一步，所述阳极针与收集电极之间的距离为3～7mm。
一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置的工作方法，具体步骤为：
A、将检测装置放置到所需检测的环境中，然后通过微控制器控制微型真空泵和电晕直流电源启动，此时微型真空泵将该空气环境中的气溶胶颗粒吸入，并经过气溶胶入口及喷嘴进入内部空腔，电晕直流电源对阳极针施加电压，从而在阳极针和收集电极之间产生电晕区域，进入内部空腔的气溶胶颗粒从电晕区域获取电荷，并向收集电极迁移，最终吸附在收集电极的表面，持续一段时间后，停止微型真空泵和电晕直流电源的工作；
B、微控制器控制激光器和拉曼光谱仪开始工作，激光器通过拉曼探针将产生的激光照射到收集电极表面的气溶胶颗粒上，同时拉曼探针将气溶胶颗粒被激光照射后产生的散射光收集并反馈给拉曼光谱仪，拉曼光谱仪经分析获得本次气溶胶颗粒的拉曼光谱数据，接着拉曼光谱仪将拉曼光谱数据反馈给微控制器与数据处理系统，获得本次气溶胶颗粒的成分数据，完成一次拉曼分析过程；
C、然后微控制器控制高压脉冲发生器开始工作，进而使阳极针对收集电极上的气溶胶颗粒发射多个电脉冲进行烧蚀；每个电脉冲的输出能量为200mJ；此时收集电极上的气溶胶颗粒被消融、汽化、离子化，产生原子发射光谱，此时控制电火花光谱仪开始工作，通过SIBS探头接收，并使电火花光谱仪记录该原子发射及光谱数据；接着电火花光谱仪将原子发射及光谱数据反馈给微控制器与数据处理系统进行分析，从而获得本次气溶胶颗粒元素成分及浓度数据；
D、最后微控制器控制微型真空泵开始启动，将内部空腔内的气溶胶颗粒通过气溶胶排出通道排出，并通过流量计控制排出流量，高效过滤器能防止颗粒物进入微型真空泵，通过光学透镜能观察整个检测过程中内部空腔的情况，最终完成气溶胶颗粒的元素成分、分子结构及其浓度的快速检测过程。
与现有技术相比，本发明采用电晕气溶胶微浓缩器、拉曼光谱装置、电火花光谱装置、高压脉冲发生器、电晕直流电源、数据采集系统、微控制器、高效过滤器、流量计和微型真空泵相结合方式，先通过真空泵将所需检测环境中的气溶胶颗粒吸入电晕气溶胶微浓缩器，然后气溶胶颗粒进入内部空腔的电晕区域吸收电荷后，最终吸附在收集电极的表面，接着拉曼光谱装置的拉曼探针对收集电极表面的气溶胶颗粒进行一次拉曼分析，使微控制器与数据处理系统，获得本次气溶胶颗粒的成分数据；然后通过高压脉冲发生器使阳极针对收集电极表面的气溶胶颗粒发射多个电脉冲进行烧蚀，此时收集电极上的气溶胶颗粒被消融和雾化，产生原子发射及散射光谱，此时再通过SIBS探头接收光谱，并传递给电火花光谱仪进行处理，完成后传递给微控制器与数据处理系统进行分析，从而获得本次气溶胶颗粒元素成分及浓度数据；最终实现气溶胶颗粒的元素成分、分子结构及其浓度的快速检测过程；因此本发明无需光学校准设备，即能对当前环境气溶胶颗粒的成分及浓度进行实时连续监测，不仅能准确的获得数据，而且检测快速，且设备体积小巧，便于携带。
附图说明
图1是本发明中电晕气溶胶微浓缩器的结构示意图；
图2是本发明检测过程的电原理框图。
图中：1、拉曼光谱仪，2、电晕直流电源，3、粒径切割器，4、阳极针，5、拉曼探针，6、SIBS探头，7、电火花光谱仪，8、收集电极，9、气溶胶排出通道，10、高压脉冲发生器。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明包括电晕气溶胶微浓缩器、拉曼光谱装置、电火花光谱装置、高压脉冲发生器10、电晕直流电源2、数据采集系统、微控制器、高效过滤器、流量计和微型真空泵；
所述电晕气溶胶微浓缩器包括顶盖、筒体、底座和两个气溶胶入口；筒体固定在底座上，顶盖固定在筒体上端，筒体、顶盖和底座围成内部空腔；顶盖中心开设通孔Ⅰ，喷嘴处于内部空腔内、并固定在顶盖下部；喷嘴与通孔Ⅰ处于同一轴线，阳极针4一端依次穿过通孔Ⅰ和喷嘴伸入内部空腔内，阳极针4另一端分别与高压脉冲发生器10和电晕直流电源2正极连接，两个气溶胶入口对称装在顶盖上、且两个气溶胶入口与喷嘴连通；气溶胶入口通过管路与外界空气连通；
所述底座中心开设通孔Ⅱ，收集电极8一端通过通孔Ⅱ伸入内部空腔并处于阳极针4下方，且收集电极8与阳极针4处于同一轴线，收集电极8与高压脉冲发生器10和电晕直流电源2的负极相连；底座上开设气溶胶排出通道9，气溶胶排出通道9一端与内部空腔连通、另一端通过管路与高效过滤器一端连通，高效过滤器另一端通过管路与微型真空泵连通；
所述筒体侧部设有光学透镜、拉曼探针安装孔和装配孔，拉曼光谱装置包括激光器、拉曼探针5和拉曼光谱仪1，拉曼探针5一端通过拉曼探针安装孔伸入内部空腔，并对准收集电极8；拉曼探针5另一端与激光器和拉曼光谱仪1通过光纤连接；电火花光谱装置包括电火花光谱仪7和SIBS探头6，SIBS探头6一端通过装配孔伸入内部空腔，并对准收集电极8；SIBS探头6另一端与电火花光谱仪7通过光纤连接；所述电火花光谱仪7和拉曼光谱仪1均与数据处理系统连接；
所述微控制器与数据处理系统用于控制高压脉冲发生器、电晕直流电源2、微型真空泵、电火花光谱仪7、拉曼光谱仪1、激光器和流量计的工作状态及接收数据处理系统反馈的光谱数据。
进一步，所述高效过滤器和微型真空泵之间的管路上装有流量计。设置流量计能根据需要调节微型真空泵排出内部空腔气体的流速。
进一步，所述拉曼探针5与收集电极8所处轴线之间的夹角为40°至50°；所述SIBS探头6与收集电极8所处轴线之间的夹角为40°至50°。这个夹角使得拉曼探针5和SIBS探头6更好的对准收集电极8，保证数据检测的准确性。
进一步，所述气溶胶入口为粒径切割器3。粒径切割器3能控制进入内部空腔的颗粒的粒径，比如采用PM1通道即通道可以通过直径小于或等于1μm的气溶胶颗粒，这样防止较大的颗粒物进入，对后续试验检测造成影响。
进一步，所述阳极针4与收集电极8之间的距离为3～7mm。
上述检测装置的工作方法，具体步骤为：
A、将检测装置放置到所需检测的环境中，然后通过微控制器控制微型真空泵和电晕直流电源2启动，此时微型真空泵将该空气环境中的气溶胶颗粒吸入，并经过气溶胶入口及喷嘴进入内部空腔，电晕直流电源2对阳极针4施加电压，从而在阳极针4和收集电极8之间产生电晕区域，进入内部空腔的气溶胶颗粒从电晕区域获取电荷，并向收集电极8迁移，最终吸附在收集电极8的表面，持续一段时间后，停止微型真空泵和电晕直流电源2的工作；
B、微控制器控制激光器和拉曼光谱仪1开始工作，激光器通过拉曼探针5将产生的激光照射到收集电极8表面的气溶胶颗粒上，同时拉曼探针5将气溶胶颗粒被激光照射后产生的散射光收集并反馈给拉曼光谱仪1，拉曼光谱仪1经分析获得本次气溶胶颗粒的拉曼光谱数据，接着拉曼光谱仪1将拉曼光谱数据反馈给微控制器与数据处理系统，获得本次气溶胶颗粒的成分数据，完成一次拉曼分析过程；
C、然后微控制器控制高压脉冲发生器10开始工作，进而使阳极针4对收集电极8上的气溶胶颗粒发射多个电脉冲进行烧蚀；每个电脉冲的输出能量为200mJ；此时收集电极8上的气溶胶颗粒被消融、汽化、离子化，产生原子发射光谱，此时控制电火花光谱仪7开始工作，通过SIBS探头6接收，并使电火花光谱仪7记录该原子发射及光谱数据；接着电火花光谱仪7将原子发射及光谱数据反馈给微控制器与数据处理系统进行分析，从而获得本次气溶胶颗粒元素成分及浓度数据；
D、最后微控制器控制微型真空泵开始启动，将内部空腔内的气溶胶颗粒通过气溶胶排出通道9排出，并通过流量计控制排出流量，高效过滤器能防止颗粒物进入微型真空泵，通过光学透镜能观察整个检测过程中内部空腔的情况，最终完成气溶胶颗粒的元素成分、分子结构及其浓度的快速检测过程。
Claims (5)
1.一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置的工作方法，其特征在于，采用的气溶胶颗粒快速检测装置包括电晕气溶胶微浓缩器、拉曼光谱装置、电火花光谱装置、高压脉冲发生器、电晕直流电源、数据采集系统、微控制器、高效过滤器、流量计和微型真空泵；
所述电晕气溶胶微浓缩器包括顶盖、筒体、底座和两个气溶胶入口；筒体固定在底座上，顶盖固定在筒体上端，筒体、顶盖和底座围成内部空腔；顶盖中心开设通孔Ⅰ，喷嘴处于内部空腔内、并固定在顶盖下部；喷嘴与通孔Ⅰ处于同一轴线，阳极针一端依次穿过通孔Ⅰ和喷嘴伸入内部空腔内，阳极针另一端分别与高压脉冲发生器和电晕直流电源正极连接，两个气溶胶入口对称装在顶盖上、且两个气溶胶入口与喷嘴连通；气溶胶入口通过管路与外界空气连通；
所述底座中心开设通孔Ⅱ，收集电极一端通过通孔Ⅱ伸入内部空腔并处于阳极针下方，且收集电极与阳极针处于同一轴线，收集电极与高压脉冲发生器和电晕直流电源的负极相连；底座上开设气溶胶排出通道，气溶胶排出通道一端与内部空腔连通、另一端通过管路与高效过滤器一端连通，高效过滤器另一端通过管路与微型真空泵连通；
所述筒体侧部设有光学透镜、拉曼探针安装孔和装配孔，拉曼光谱装置包括激光器、拉曼探针和拉曼光谱仪，拉曼探针一端通过拉曼探针安装孔伸入内部空腔，并对准收集电极；拉曼探针另一端与激光器和拉曼光谱仪通过光纤连接；电火花光谱装置包括电火花光谱仪和SIBS探头，SIBS探头一端通过装配孔伸入内部空腔，并对准收集电极；SIBS探头另一端与电火花光谱仪通过光纤连接；所述电火花光谱仪和拉曼光谱仪均与数据处理系统连接；
所述微控制器与数据处理系统用于控制高压脉冲发生器、电晕直流电源、微型真空泵、电火花光谱仪、拉曼光谱仪、激光器和流量计的工作状态及接收数据处理系统反馈的光谱数据，具体步骤为：
A、将检测装置放置到所需检测的环境中，然后通过微控制器控制微型真空泵和电晕直流电源启动，此时微型真空泵将该空气环境中的气溶胶颗粒吸入，并经过气溶胶入口及喷嘴进入内部空腔，电晕直流电源对阳极针施加电压，从而在阳极针和收集电极之间产生电晕区域，进入内部空腔的气溶胶颗粒从电晕区域获取电荷，并向收集电极迁移，最终吸附在收集电极的表面，持续一段时间后，停止微型真空泵和电晕直流电源的工作；
B、微控制器控制激光器和拉曼光谱仪开始工作，激光器通过拉曼探针将产生的激光照射到收集电极表面的气溶胶颗粒上，同时拉曼探针将气溶胶颗粒被激光照射后产生的散射光收集并反馈给拉曼光谱仪，拉曼光谱仪经分析获得本次气溶胶颗粒的拉曼光谱数据，接着拉曼光谱仪将拉曼光谱数据反馈给微控制器与数据处理系统，获得本次气溶胶颗粒的成分数据，完成一次拉曼分析过程；
C、然后微控制器控制高压脉冲发生器开始工作，进而使阳极针对收集电极上的气溶胶颗粒发射多个电脉冲进行烧蚀；每个电脉冲的输出能量为200mJ；此时收集电极上的气溶胶颗粒被消融、汽化、离子化，产生原子发射光谱，此时控制电火花光谱仪开始工作，通过SIBS探头接收，并使电火花光谱仪记录该原子发射及光谱数据；接着电火花光谱仪将原子发射及光谱数据反馈给微控制器与数据处理系统进行分析，从而获得本次气溶胶颗粒元素成分及浓度数据；
D、最后微控制器控制微型真空泵开始启动，将内部空腔内的气溶胶颗粒通过气溶胶排出通道排出，并通过流量计控制排出流量，高效过滤器能防止颗粒物进入微型真空泵，通过光学透镜能观察整个检测过程中内部空腔的情况，最终完成气溶胶颗粒的元素成分、分子结构及其浓度的快速检测过程。
2. 根据权利要求1 所述的一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置的工作方法，其特征在于，所述高效过滤器和微型真空泵之间的管路上装有流量计。
3. 根据权利要求1 所述的一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置的工作方法，其特征在于，所述拉曼探针与收集电极所处轴线之间的夹角为40°至50°；所述SIBS探头与收集电极所处轴线之间的夹角为40°至50°。
4. 根据权利要求1 所述的一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置的工作方法，其特征在于，所述气溶胶入口为粒径切割器。
5. 根据权利要求1 所述的一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置的工作方法，其特征在于，所述阳极针与收集电极之间的距离为3～7mm。
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| US9140653B2 (en) * | 2010-10-08 | 2015-09-22 | Tsi Incorporated | Spark emission particle detector |
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| US8970840B2 (en) * | 2011-12-09 | 2015-03-03 | The United States of America, as represented by the Secretary of the Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention | Method and apparatus for aerosol analysis using optical spectroscopy |
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