CN114441269B - 一种大气气溶胶的成分与数量检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大气气溶胶的成分与数量检测装置，包括混合腔、检测箱组件，其中，所述混合腔上方设有可拆卸的连接盖，所述连接盖上能够贯通连接样品罐，所述样品罐与连接盖的接口处有气压平衡装置，所述连接盖上还贯通连接有蒸汽发生器；所述混合腔底部外壁圆周均匀分布有多根离心扩散管，所述离心扩散管与混合腔内贯通连接，每根且所述离心扩散管的另一端通过文丘里管连接有检测箱组件。与现有技术相比，本发明通过气溶胶被水蒸汽裹覆，在通过流量反馈调节宽度的样品制片通道中冷凝依附在夹片中形成样品制片进行检测，且综合多个检测箱组件的统计情况，得出最终的检测结果，检测效率高，确保了检测结果的准确性。

Description

一种大气气溶胶的成分与数量检测装置

技术领域

本发明涉及一种气溶胶检测技术领域，具体是一种大气气溶胶的成分与数量检测装置。

背景技术

大气气溶胶指的是悬浮在大气中的液态或固态粒子，主要包括六大类7种气溶胶粒子:沙尘气溶胶、碳气溶胶、硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐气溶胶和海盐气溶胶。它是城市大气中数量巨大、成分复杂、性质多样、危害最大的一种污染物。其对气候系统、环境和人类健康具有重要影响。当前大气气溶胶研究已成为大气化学乃至地球环境科学研究的热点之一。

对于大气中气溶胶收集及化学成分分析，传统分析方法是通过滤膜采集颗粒物，然后送至实验室称量、溶解、提取并使用离子色谱进行分析。该方法存在颗粒物采样误差大、样品存储易损失、耗时费力。

已有的研究表明，不同类型的气溶胶一般具有不同的形态和聚集特征，例如烟尘气溶胶一般为链状或簇状集合体；飞灰则一般呈较规则的圆球形，表面光滑；矿物颗粒物一般具有不规则的形态特征，主要是由氧化物和铝硅酸盐等组成；硫酸盐气溶胶由于较易分解，分解后可能形成泡沫状形态特征。一般地，具有特定形态特征的气溶胶粒子可表征为某种特定类型的气溶胶。因此可以将观测到具有特定形态特征的颗粒物统计为一类，由此来计量不同类型的气溶胶粒子并判定其来源。

现有技术中，利用扫描电子显微镜获取气溶胶粒子的形貌特征。扫描电子显微镜虽然具有很高的分辨率，但需将样品置于真空中观察，且样品制片困难，仪器价格昂贵，运行维护的成本较高。

因此，有必要提供一种大气气溶胶的成分与数量检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大气气溶胶的成分与数量检测装置，包括混合腔、检测箱组件，其中，所述混合腔上方设有可拆卸的连接盖，所述连接盖上能够贯通连接样品罐，所述样品罐与连接盖的接口处有气压平衡装置，所述连接盖上还贯通连接有蒸汽发生器；

所述混合腔底部外壁圆周均匀分布有多根离心扩散管，所述离心扩散管与混合腔内贯通连接，每根且所述离心扩散管的另一端通过文丘里管连接有检测箱组件。

进一步的，作为优选，所述混合腔内的中心设有可转动的中心筒，所述中心筒外壁固定有离心叶片，所述中心筒中设有能够驱动其旋转的驱动电机。

进一步的，作为优选，所述离心扩散管为弧形管，其旋向与混合腔内产生的离心气流旋向相同，所述离心扩散管远离混合腔一端中固定有先收缩而后逐渐扩大的文丘里管，所述文丘里管的另一端贯通连接有检测箱组件，所述文丘里管中还设有流体测量装置。

进一步的，作为优选，检测箱组件包括壳体、夹片，所述壳体的一端与文丘里管的输出端固定贯通连接，所述壳体的另一端为开口；

所述壳体内两侧固定有两片呈“八”字聚合橡胶挡片，所述橡胶挡片通过弹力与壳体内上下面密封，其向中心聚合的一端中固定有与壳体侧面平行的夹片，两片橡胶挡片连接的两块夹片间的缝隙为样品制片通道。

进一步的，作为优选，所述夹片远离橡胶挡片的一端中固定有与其垂直的导向板，所述导向板贯穿与其对应的壳体的一侧面，且通过滑动衬垫与壳体的侧面可滑动地连接。

进一步的，作为优选，所述壳体的一侧面对应样品制片通道中心的位置中设有电子显微镜，所述电子显微镜与壳体间通过直线电机可移动地连接；

且，所述电子显微镜对应方向的夹片为透明材料。

进一步的，作为优选，所述夹片上下面中通过密封胶层与壳体上下面接触连接，且所述夹片中与电子显微镜成像区域错开的位置中设有制冷管。

进一步的，作为优选，所述检测箱组件还包括调整转轴，所述壳体与其侧面和端面垂直的外侧面中设有沿两端面中部延伸的调整转轴，所述调整转轴通过轴承座与壳体可转动地连接，且所述壳体中还固定有伺服电机，所述伺服电机的输出端与所述调整转轴传动连接。

进一步的，作为优选，所述壳体靠近调整转轴的面中对应导向板的位置以调整转轴为中心对称地开设有两条沿导向板长度方向延伸的滑槽，所述滑槽中设有以其为中心向两侧延伸的两根为一组的互相铰接的“V”型连杆，且其中两个铰接点分别与壳体内对应的两个导向板固定连接。

进一步的，作为优选，两组所述连杆的另一端共同铰接到两个螺母座中，所述螺母座套设在调整转轴外围，所述调整转轴对应螺母座的一段中有螺纹，所述螺母座通过与螺纹与调整转轴螺纹连接，且两个所述螺母座对应的螺纹旋向相反。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，利用气体与气溶胶的扩散速度存在差异，气溶胶从样品罐进入混合腔时在蒸汽发生器喷出的水蒸汽作用下，气溶胶被大量的水蒸汽裹覆，并在样品制片通道中冷凝依附在夹片中形成样品制片。

本发明中，由于样品制片通道的宽度得到文丘里管内的压力计测得的气流流量的反馈调节，能够避免冷凝的气溶胶液滴聚集过多而形成水珠滴落，也防止气溶胶液滴聚集过少无法准确检测。

本发明中，通过气体样品多个离心扩散管扩散到多个检测箱组件中进行检测，综合多个检测箱组件的统计情况，得出最终的检测结果，检测效率高，确保了检测结果的准确性，避免特殊原因导致的误差。

附图说明

图1为一种大气气溶胶的成分与数量检测装置的结构示意图；

图2为一种大气气溶胶的成分与数量检测装置的混合腔内部结构示意图；

图3为一种大气气溶胶的成分与数量检测装置的检测箱组件内部结构示意图；

图4为一种大气气溶胶的成分与数量检测装置的夹片结构示意图；

图5为一种大气气溶胶的成分与数量检测装置的检测箱组件外部结构示意图；

图中：1、混合腔；2、连接盖；3、样品罐；4、蒸汽发生器；5、离心扩散管；6、文丘里管；7、检测箱组件；11、中心筒；12、离心叶片；71、壳体；72、夹片；721、样品制片通道；722、密封胶层；723、制冷管；73、橡胶挡片；74、导向板；75、电子显微镜；76、滑动衬垫；77、直线电机；78、调整转轴；781、轴承座；782、螺纹；712、连杆；713、滑槽；714、螺母座；715、伺服电机。

具体实施方式

请参阅图1，本发明实施例中，一种大气气溶胶的成分与数量检测装置，包括混合腔1、检测箱组件7，其中，所述混合腔1上方设有可拆卸的连接盖2，所述连接盖2上能够贯通连接样品罐3，所述样品罐3与连接盖2的接口处有气压平衡装置，此为现有技术不再赘述，所述连接盖2上还贯通连接有蒸汽发生器4；

所述混合腔1底部外壁圆周均匀分布有多根离心扩散管5，所述离心扩散管5与混合腔1内贯通连接，每根且所述离心扩散管5的另一端通过文丘里管6连接有检测箱组件7。

请参阅图2，本实施例中，所述混合腔1内的中心设有可转动的中心筒11，所述中心筒11外壁固定有离心叶片12，所述中心筒11中设有能够驱动其旋转的驱动电机，且通过中心筒11带动其外壁的离心叶片12转动能够在其上方产生负压，并在其下方产生离心的正压。

本实施例中，所述离心扩散管5为弧形管，其旋向与混合腔1内产生的离心气流旋向相同，所述离心扩散管5远离混合腔1一端中固定有先收缩而后逐渐扩大的文丘里管6，所述文丘里管6的另一端贯通连接有检测箱组件7，所述文丘里管6中还设有流体测量装置，其具体原理为：

通过在管内相应位置设置测压环通向压力计，测出其入口截面和最小截面处的压力差，用伯努利定理即可求出流量，另外，还能能够保证从文丘里管6中通过的样品充分扩散均匀。

请参阅图3，本实施例中，检测箱组件7包括壳体71、夹片72，所述壳体71的一端与文丘里管6的输出端固定贯通连接，所述壳体71的另一端为开口；

所述壳体71内两侧固定有两片呈“八”字聚合橡胶挡片73，所述橡胶挡片73通过弹力与壳体71内上下面密封，其向中心聚合的一端中固定有与壳体71侧面平行的夹片72，两片橡胶挡片73连接的两块夹片72间的缝隙为样品制片通道721；

也就是说，从文丘里管6内流入壳体71内的气流通过橡胶挡片73的聚合而从样品制片通道721中通过。

本实施例中，所述夹片72远离橡胶挡片73的一端中固定有与其垂直的导向板74，所述导向板74贯穿与其对应的壳体71的一侧面，且通过滑动衬垫76与壳体71的侧面可滑动地连接；

也就是说，通过滑动导向板74，能够改变夹片72的距离，从而改变样品制片通道721的宽度；

所述滑动衬垫76优先选用聚四氟乙烯材料，其具有优良的耐化学腐蚀性能和低磨擦系数的特点，但不做特殊限定。

本实施例中，所述壳体71的一侧面对应样品制片通道721中心的位置中设有电子显微镜75，所述电子显微镜75与壳体71间通过直线电机77可移动地连接，也就是说，所述电子显微镜75能够改变与样品制片通道721的距离，从而改变成像范围；

且，所述电子显微镜75对应方向的夹片72为透明材料。

请参阅图4，本实施例中，所述夹片72上下面中通过密封胶层722与壳体71上下面接触连接，且所述夹片72中与电子显微镜75成像区域错开的位置中设有制冷管723；

所述密封胶层722优先选用聚四氟乙烯材料，其具有优良的耐化学腐蚀性能和低磨擦系数的特点，但不做特殊限定；

另外，所述制冷管723的制冷可以是通过制冷半导体直接制冷或通过热泵、液氮传导冷媒等方式进行制冷，其具体方式可以不做限定。

请参阅图5，本实施例中，所述检测箱组件7还包括调整转轴78，所述壳体71与其侧面和端面垂直的外侧面中设有沿两端面中部延伸的调整转轴78，所述调整转轴78通过轴承座781与壳体71可转动地连接，且所述壳体71中还固定有伺服电机715，所述伺服电机715的输出端与所述调整转轴78传动连接。

本实施例中，所述壳体71靠近调整转轴78的面中对应导向板74的位置以调整转轴78为中心对称地开设有两条沿导向板74长度方向延伸的滑槽713，所述滑槽713中设有以其为中心向两侧延伸的两根为一组的互相铰接的“V”型连杆712，且其中两个铰接点分别与壳体71内对应的两个导向板74固定连接；

两组所述连杆712的另一端共同铰接到两个螺母座714中，所述螺母座714套设在调整转轴78外围，所述调整转轴78对应螺母座714的一段中有螺纹782，所述螺母座714通过与螺纹782与调整转轴78螺纹连接；

本实施例中，两个所述螺母座714对应的螺纹782旋向相反。

也就是说，当伺服电机715驱动调整转轴78旋转时，能够改变螺母座714的距离而开合，从而使连杆712推动导向板74移动。

具体实施时，将收集满样品的样品罐3安装到连接盖2中，且蒸汽发生器4工作产生储备蒸汽；

驱动电机驱动中心筒11和离心叶片12旋转，使混合腔1上方产生负压，并在其下方产生离心的正压，以将样品罐3和蒸汽发生器4内的气体抽出混合均匀，气溶胶全部从样品罐3内进入混合腔1时，在蒸汽发生器4喷出的水蒸汽作用下，气溶胶被大量的水蒸汽裹覆，并通入每条离心扩散管5内，通过文丘里管6的混合气体记录下流量后进入检测箱组件7中；

根据文丘里管6内压力计测出的流量对样品制片通道721的宽度进行反馈调节，即气流流量越大样品制片通道721约宽，具体调节方式为：

伺服电机715驱动调整转轴78旋转时，能够改变螺母座714的距离而开合，从而使连杆712推动导向板74移动，以改变夹片72的距离，从而改变样品制片通道721的宽度。

从文丘里管6内流入壳体71内的气流通过橡胶挡片73的聚合而从样品制片通道721中通过，由于夹片72内的制冷管723制冷，通过样品制片通道721中的混合气体温度骤降，并在冷却状态下迅速形成液滴被获被捕集到夹片72中，并且，由于样品制片通道721的宽度得到反馈调节，能够避免冷凝的气溶胶液滴聚集过多而形成水珠滴落，也防止气溶胶液滴聚集过少无法准确检测。

捕集后得到液化气溶胶依附在夹片72中形成样品制片，并通过电子显微镜75摄像记录，且所述电子显微镜75能够改变与样品制片通道721的距离，从而改变成像范围；结合图像分析软件，分析并统计图像所获取的不同大小及形态的颗粒物的数量，能同时实现颗粒物形态特征的观察及种类和数量的统计；

综合多个检测箱组件7的统计情况，得出最终的检测结果。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大气气溶胶的成分与数量检测装置，包括混合腔（1）、检测箱组件（7），其特征在于，所述混合腔（1）上方设有可拆卸的连接盖（2），所述连接盖（2）上能够贯通连接样品罐（3），所述样品罐（3）与连接盖（2）的接口处有气压平衡装置，所述连接盖（2）上还贯通连接有蒸汽发生器（4）；

所述混合腔（1）底部外壁圆周均匀分布有多根离心扩散管（5），所述离心扩散管（5）与混合腔（1）内贯通连接，每根且所述离心扩散管（5）的另一端通过文丘里管（6）连接有检测箱组件（7）；

所述检测箱组件（7）包括壳体（71）、夹片（72），所述壳体（71）的一端与文丘里管（6）的输出端固定贯通连接，所述壳体（71）的另一端为开口；

所述壳体（71）内两侧固定有两片呈“八”字聚合橡胶挡片（73），所述橡胶挡片（73）通过弹力与壳体（71）内上下面密封，其向中心聚合的一端中固定有与壳体（71）侧面平行的夹片（72），两片橡胶挡片（73）连接的两块夹片（72）间的缝隙为样品制片通道（721）；

所述检测箱组件（7）还包括调整转轴（78），所述壳体（71）与其侧面和端面垂直的外侧面中设有沿两端面中部延伸的调整转轴（78），所述调整转轴（78）通过轴承座（781）与壳体（71）可转动地连接，且所述壳体（71）中还固定有伺服电机（715），所述伺服电机（715）的输出端与所述调整转轴（78）传动连接；

所述壳体（71）靠近调整转轴（78）的面中对应导向板（74）的位置以调整转轴（78）为中心对称地开设有两条沿导向板（74）长度方向延伸的滑槽（713），所述滑槽（713）中设有以其为中心向两侧延伸的两根为一组的互相铰接的“V”型连杆（712），且其中两个铰接点分别与壳体（71）内对应的两个导向板（74）固定连接；

两组所述连杆（712）的另一端共同铰接到两个螺母座（714）中，所述螺母座（714）套设在调整转轴（78）外围，所述调整转轴（78）对应螺母座（714）的一段中有螺纹（782），所述螺母座（714）通过与螺纹（782）与调整转轴（78）螺纹连接，且两个所述螺母座（714）对应的螺纹（782）旋向相反。

2.根据权利要求1所述的一种大气气溶胶的成分与数量检测装置，其特征在于，所述混合腔（1）内的中心设有可转动的中心筒（11），所述中心筒（11）外壁固定有离心叶片（12），所述中心筒（11）中设有能够驱动其旋转的驱动电机。

3.根据权利要求1所述的一种大气气溶胶的成分与数量检测装置，其特征在于，所述离心扩散管（5）为弧形管，其旋向与混合腔（1）内产生的离心气流旋向相同，所述离心扩散管（5）远离混合腔（1）一端中固定有先收缩而后逐渐扩大的文丘里管（6），所述文丘里管（6）的另一端贯通连接有检测箱组件（7），所述文丘里管（6）中还设有流体测量装置。

4.根据权利要求1所述的一种大气气溶胶的成分与数量检测装置，其特征在于，所述夹片（72）远离橡胶挡片（73）的一端中固定有与其垂直的导向板（74），所述导向板（74）贯穿与其对应的壳体（71）的一侧面，且通过滑动衬垫（76）与壳体（71）的侧面可滑动地连接。

5.根据权利要求1所述的一种大气气溶胶的成分与数量检测装置，其特征在于，所述壳体（71）的一侧面对应样品制片通道（721）中心的位置中设有电子显微镜（75），所述电子显微镜（75）与壳体（71）间通过直线电机（77）可移动地连接；

且所述电子显微镜（75）对应方向的夹片（72）为透明材料。

6.根据权利要求1所述的一种大气气溶胶的成分与数量检测装置，其特征在于，所述夹片（72）上下面中通过密封胶层（722）与壳体（71）上下面接触连接，且所述夹片（72）中与电子显微镜（75）成像区域错开的位置中设有制冷管（723）。