CN115248140A - 一种植物VOCs排放动态恒温式采样系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种植物VOCs排放动态恒温式采样系统,涉及植物VOCs排放采集技术领域,包括真空泵(1)、质量流量计(2)、采样袋(3)、进气口(4)、出气口(5)、采样管(6)、吸附管(7)、空气采样泵(8)、温度传感器(9)、光量子传感器(10)、数字采集器(11)、干燥管(12)、VOCs过滤管(13)、颗粒物过滤器(14)、移动电源(15)。本发明将植株/树枝/叶片进行封闭,空气经去除颗粒物、臭氧、VOCs后,以恒定流量持续泵入采样袋,同时采样袋内气体以相同流量流出,利用吸附管采集封闭室内的气体。本发明克服了由于传统静态封闭式采样技术无气体循环,封闭室的“温室效应”、植物的光合作用和呼吸作用造成植物异常排放,测量误差较高的弊端,可以使封闭室内的环境更接近自然状态,极大地提高测量结果的准确性。本发明可用于野外和盆栽植物VOCs排放的采集,并实现VOCs排放规律的多小时观测,且结构简单,易携带、安装和使用。
Description
技术领域
本发明涉及植物VOCs排放采集技术领域,具体涉及一种植物VOCs排放动态恒温式采 样系统。
背景技术
挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是近地面大气细颗粒物(PM2.5)和 臭氧(O3)生成的关键前体物,同时会影响全球气候变化。植物源VOCs排放量大并且具有 较高的化学活性,主要包括异戊二烯、单萜烯、倍半萜烯和其他VOCs,准确的排放观测是 研究植物VOCs排放特征及其大气和气候效应的基础和关键。
目前,国内大多采用传统的静态封闭式采样技术进行植物VOCs排放的采集,静态法封 闭过程中,由于封闭系统无气体循环,短时间内封闭室内温度显著升高。同时,光合作用和 蒸腾作用造成封闭室内CO2浓度降低、H2O含量上升,导致植物VOCs异常排放。因此静态采样技术测试结果与植物自然状态下VOCs排放偏差较大,且无法实现对植物VOCs排放规律的多小时观测。
本发明恒定流量的气体循环,避免封闭室内“温室效应”的产生,封闭室内的环境更接近 自然状态,测量结果更接近自然排放,极大地提高测量结果的准确性。本发明也可用于植物 VOCs排放规律的多小时观测。
发明内容
针对传统静态封闭式采样系统存在的“温室效应”、测量误差高的问题,本发明提供一种 高效准确的便携式动态封闭式采样系统,可用于野外和盆栽植物VOCs排放的采集,并实现 VOCs排放规律的多小时观测,且结构简单,易携带、安装和使用。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:
一种植物VOCs排放动态封闭式采样系统,包括真空泵(1)、质量流量计(2)、采样袋(3)、进气口(4)、出气口(5)、采样管(6)、吸附管(7)、空气采样泵(8)、温度传感器 (9)、光量子传感器(10)、数字采集器(11)、干燥管(12)、VOCs过滤管(13)、颗粒物 过滤器(14)、移动电源(15)。所述移动电源(15)为野外观测时上述所述装置供电;所述 颗粒物过滤器(14)与所述真空泵(1)的进气口连接;所述真空泵(1)的出气口通过采样 管(6)依次与所述干燥管(12)和VOCs过滤管(13)连接;所述VOCs过滤管(13)的另 一端通过采样管(6)与所述质量流量计(2)的进气口连接;所述质量流量计(2)的出气口 连接所述进气口(4)的一端;所述吸附管(7)的进气口连接所述出气口(5)的一端;所述 吸附管(7)的出气口通过采样管(6)与所述空气采样泵(8)连接;所述连接采用不锈钢和 聚四氟乙烯组件连接。
所述采样袋(3)为聚四氟乙烯材料制成,薄且透明,上端封闭下端开口;与所述质量流 量计(2)相连的进气口(4)、与所述吸附管(7)相连的出气口(5)、所述温度传感器(9)均沿植物的枝干经采样袋(3)开口处伸入所述采样袋(3)中;待采集植物(16)的枝条或 整株由采样袋(3)开口处伸入所述采样袋(3)中;所述采样袋(3)下端开口处由魔术贴扎 紧。
所述光量子传感器(10)置于相应位置的地面上;所述温度传感器(9)和光量子传感器 (10)连接至所述数字采集器(11)进行数据采集。
所述采样管(6)、采样袋(3)均为聚四氟乙烯材料制成;所述采样袋(3)有6加仑和30加仑两个尺寸;所述采样管(6)直径约为6mm。
所述吸附管(7)填充有2,6二苯呋喃多孔聚合物(Tenax),所述吸附管(7)长约10.5cm,, 直径约为6mm。
所述干燥管(12)和VOCs过滤管(13)为有机玻璃制成,是包括进气口和出气口的圆形管体;所述干燥管(12)长约28cm,直径约8cm,管体内填充有无水硅胶,无水硅胶粒径 约3-5mm;所述VOCs过滤管(13)长约31cm,直径约10cm,管体内填充有活性炭颗粒, 活性碳颗粒约3-10mm。
以上所述装置可放置于地面或订制的铁架上。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
(1)本发明可以设置恒定流量的气体循环,避免封闭室内“温室效应”的产生,封闭室内 的环境更接近自然状态,测量结果更接近自然排放,极大地提高测量结果的准确性。
(2)本发明可用于植物VOCs排放规律的多小时观测,研究环境因子对植物VOCs排放 的影响机制。
(3)本发明提供的植物VOCs排放动态封闭式采样系统高效准确,结构简单,易携带、 安装和使用。
附图说明
图1为植物VOCs排放动态恒温式采样系统示意图。
图2为植物VOCs排放动态采样系统与静态采样系统封闭室内温度变化对比。
图3为枫香VOCs排放分别采用动态采样系统与静态采样系统测量误差对比。
图4为毛白杨VOCs排放分别采用动态采样系统与静态采样系统测量误差对比。
图中:真空泵(1),质量流量计(2),采样袋(3),进气口(4),出气口(5),采样管(6),吸附管(7),空气采样泵(8),温度传感器(9),光量子传感器(10),数字采集器(11), 干燥管(12),VOCs过滤管(13),颗粒物过滤器(14),移动电源(15),待采集植物(16)。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对本发明实施例描述中所需要的 附图作详细地介绍,下面描述中的附图仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例。基 于本发明中的实施例,本领域的普通技术人员得到的其他实施例,都属于本发明的保护范围。
本发明包括真空泵(1)、质量流量计(2)、采样袋(3)、进气口(4)、出气口(5)、采 样管(6)、吸附管(7)、空气采样泵(8)、温度传感器(9)、光量子传感器(10)、数字采集 器(11)、干燥管(12)、VOCs过滤管(13)、颗粒物过滤器(14)、移动电源(15)、待采集 植物(16)。移动电源(15)为野外观测时真空泵(1)和质量流量计(2)供电;采样袋(3) 为聚四氟乙烯材料制成,薄且透明,光合辐射透过率为100%,上端封闭下端开口;待采集植 物(16)的枝条或整株由采样袋(3)下端开口处伸入采样袋(3)中。
颗粒物过滤器(14)与真空泵(1)的进气口连接,真空泵(1)的出气口通过采样管(6) 依次与干燥管(12)和VOCs过滤管(13)连接,VOCs过滤管(13)的另一端通过采样管 (6)与质量流量计(2)的进气口连接,质量流量计(2)的出气口连接进气口(4)的一端, 进气口(4)的另一端沿待采集植物(16)的枝干经采样袋(3)下端开口处伸入采样袋(3) 中。通过以上连接,将空气经颗粒物过滤器(14)去除颗粒物后,由真空泵(1)提供空气源, 经干燥管(12)去除水分、经VOCs过滤管(13)去除VOCs后,通过质量流量计(2)设定 并控制以恒定流量进入采样袋(3)中。
吸附管(7)的进气口连接出气口(5)的一端,吸附管(7)的出气口通过采样管(6)与空气采样泵(8)连接,出气口(5)的另一端沿待采集植物(16)的枝干经采样袋(3)下 端开口处伸入采样袋(3)中。以上连接实现了采样袋(3)内VOCs气体的采集,通过空气 采样泵(8)设定采样流速和采样体积,由吸附管(7)吸附VOCs。
温度传感器(9)沿植物的枝干经采样袋(3)开口处伸入所述采样袋(3)中,光量子传 感器(10)置于相应位置的地面上,温度传感器(9)和光量子传感器(10)连接至数字采集器(11)进行数据采集。VOCs采样过程中,同步实时监测采样袋(3)内的温度和光合有效 辐射,用于观测不同环境条件下的VOCs排放规律、获得标准条件下的VOCs排放速率。
干燥管(12)和VOCs过滤管(13)内分别填充有无水硅胶、活性炭颗粒,无水硅胶用于去除环境空气中的水分,活性炭颗粒用于去除环境空气中的VOCs。
连接于真空泵(1)、质量流量计(2)的阀门为不锈钢材料制成,其余连接采用聚四氟乙 烯组件连接,避免VOCs的吸附。
采样袋(3)下端开口处收口于待采集植物(16)的枝干,使用魔术贴扎紧。
本实施例中,真空泵(1)的型号为DOA-P504-BN,质量流量计(2)的型号为GE50A,空气采样泵(8)的型号为GilAir Plus STP,吸附管(7)内填充2,6-二苯呋喃多孔聚合物,温度传感器(9)的型号为109,光量子传感器(10)的型号为Li-190R,数字采集器(11) 的型号为CR300。
下面结合附图和实施例简单说明本发明的实施方案。
实施例一:对同一株马尾松植株分别采用动态系统和静态系统进行采样,并比较两者封 闭室内温度变化。
从实验开始,记录封闭室内10小时温度变化,以实时温度与初始温度的温度差表示,封 闭室外温度维持在20℃左右。植株封闭过程中,空气经去除颗粒物、臭氧、VOCs后,以恒 定流量(对于容积约为20L的封闭装置,零空气流量为10L min-1)持续泵入封闭室,同时封 闭室内气体以相同流量流出。静态系统封闭室无零空气泵入,其余实验操作条件均与动态系 统相同。
实验结果表明:动态封闭采样系统具有恒定流量的气体循环,温度变化小,处于较为平 稳状态,避免封闭室内“温室效应”的产生,封闭室内的环境更接近自然状态。测定结果见图2。
实施例二:对生长情况相近的三棵枫香植株(L1、L2、L3)和三棵毛白杨植株(P1、P2、 P3)进行了重复测量。每株毛白杨重复测量6-8次,每株枫香重复测量9-14次。毛白杨的个 体高度约为40cm,枫香的个体高度为88-08cm。光合有效辐射为1000μmol m-2s-1,相对湿度 保持在60%左右,温度为23℃。对于每种植物,在相同的实验室条件下,分别使用静态和动 态封闭技术收集三个个体的VOCS排放。
实验结果表明:对于VOCS排放的测量,静态封闭测量比动态测量具有更高的标准偏差。 静态系统内,由于封闭系统无气体循环,封闭室的“温室效应”、植物的光合作用和呼吸作用 在短时间内导致的封闭室内温度升高、CO2浓度降低、H2O含量上升,造成植物异常排放, 测量结果与自然排放偏差大,测量误差较高。测定结果见图3。
以上是本发明的具体实施例,便于该技术领域的技术人员能更好的理解和应用本发明, 本发明的实施不限于此,因此该技术领域的技术人员对本发明所做的简单改进或等同变换都 在本发明保护范围之内。
Claims (8)
1.一种植物VOCs排放动态恒温式采样系统,其特征在于:包括真空泵(1)、质量流量计(2)、采样袋(3)、进气口(4)、出气口(5)、采样管(6)、吸附管(7)、空气采样泵(8)、温度传感器(9)、光量子传感器(10)、数字采集器(11)、干燥管(12)、VOCs过滤管(13)、颗粒物过滤器(14)、移动电源(15)、待采集植物(16),所述颗粒物过滤器(14)与所述真空泵(1)的进气口连接;所述真空泵(1)的出气口通过采样管(6)依次与所述干燥管(12)和VOCs过滤管(13)连接;所述VOCs过滤管(13)的另一端通过采样管(6)与所述质量流量计(2)的进气口连接;所述质量流量计(2)的出气口连接所述进气口(4)的一端;所述吸附管(7)的进气口连接所述出气口(5)的一端;所述吸附管(7)的出气口通过采样管(6)与所述空气采样泵(8)连接;所述光量子传感器(10)置于相应位置的地面上;与所述质量流量计(2)相连的进气口(4)、与所述吸附管(7)相连的出气口(5)。
2.根据权利要求1所述的一种植物VOCs排放动态恒温式采样系统,其特征在于:所述采样管(6)、采样袋(3)均为聚四氟乙烯材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种植物VOCs排放动态恒温式采样系统,其特征在于:所述吸附管(7)填充有2,6二苯呋喃多孔聚合物(Tenax)。
4.根据权利要求1所述的一种植物VOCs排放动态恒温式采样系统,其特征在于:所述真空泵(1)与质量流量计(2)连接的阀门为不锈钢材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种植物VOCs排放动态恒温式采样系统,其特征在于:所述采样袋(3)光合辐射透过率为100%,上端封闭下端开口。
6.根据权利要求1所述的一种植物VOCs排放动态恒温式采样系统,其特征在于:所述干燥管(12)和VOCs过滤管(13)为有机玻璃制成,是包括进气口和出气口的圆形管体;所述干燥管(12)管体内填充有无水硅胶;所述VOCs过滤管(13)管体内填充有活性炭颗粒。
7.根据权利要求1所述的一种植物VOCs排放动态恒温式采样系统,其特征在于:所述温度传感器(9)和光量子传感器(10)连接至所述数字采集器(11)进行数据采集。
8.根据权利要求1所述的一种植物VOCs排放动态恒温式采样系统,其特征在于:所述质量流量计(2)可以使上述所述装置有恒定流量的气体循环,避免封闭室内“温室效应”的产生,封闭室内的环境更接近自然状态,测量结果更接近自然排放,极大地提高测量结果的准确性。
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CN202110810873.9A CN115248140A (zh) | 2021-07-11 | 2021-07-11 | 一种植物VOCs排放动态恒温式采样系统 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117367899A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-01-09 | 河北科技大学 | 便携式活体植物VOCs释放采样装置 |
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2021
- 2021-07-11 CN CN202110810873.9A patent/CN115248140A/zh active Pending
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