CN115931664B - 一种大气气溶胶收集检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大气气溶胶收集检测装置及检测方法，检测装置包括用于进行大气预采样的样品箱，与样品箱连通用于进行定量取样的取样装置，与取样装置的出口端连通进行采样气体中气溶胶采集的蒸汽采集装置，以及用于接收蒸汽采集装置液化样品进行分析检测的检测仪；本发明通过样品箱进行预采样，并由开合机构进行封闭，再由供风吸引系统吸引样品箱内的气体进入蒸汽采集装置，在进行吸引的过程中，封装板在气压的作用下会下移，从而可以通过封装板移动的距离判断进入检测程序的样品气体含量，检测结果相较于使用流量计等手段更加精确，并且能够满足低速吸入样品气体的检测需求，从而保证最终检测结果评估的准确性。

Description

一种大气气溶胶收集检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及大气检测技术领域，具体涉及一种大气气溶胶收集检测装置及检测方法。

背景技术

气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，雾和霾的背后都与气溶胶粒子有关，在对于大气监测过程中，需要对气溶胶的组分和含量进行监测，以便对大气质量进行评估。

现有的气溶胶检测设备，多是通过真空泵作为动力，吸取空气进入相应的采集检测装置内进行检测，通过在采样口设置的流量计等对采样的空气量进行检测，但是由于真空泵吸取速度快，而空气中的气溶胶粒子相较于气体本身的质量大，二者的扩散速度存在差异，因此此种通过真空泵吸取的方式，导致进入采样装置的空气中其实际气溶胶颗粒含量是低于空气自身含量的，即使后续的检测分析的结果再精确，也无法达到对大气质量进行检测和评估的目的。并且流量计等测量进气流量的设备，需要进气气流稳定才能够进行检测，但是对于低速进气的情形，流量计的检测结果无法保证，导致对进气总量的检测结果亦不准确，影响整体检测结果的准确性。

发明内容

技术目的：针对现有大气气溶胶检测设备在采样时直接通过真空泵吸取空气，进气流速快，气溶胶颗粒尽量与气体尽量不一致，影响检测结果准确性的不足，本发明公开了一种能够控制进气流速，并精确检测的采样气体总量，提高检测结果准确性的大气气溶胶收集检测装置及检测方法。。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种大气气溶胶收集检测装置，包括用于进行大气预采样的样品箱，与样品箱连通用于进行定量取样的取样装置，与取样装置的出口端连通进行采样气体中气溶胶采集的蒸汽采集装置，以及用于接收蒸汽采集装置液化样品进行分析检测的检测仪；所述样品箱一侧设有开口，通过开口与大气连通，在样品箱的箱体与开口侧相对的另一侧设有出样口，样品箱通过出样口与取样装置连通，在开口与出样口之间设有与箱体间滑动连接的封装板，封装板与箱体之间通过滑动轴承配合连接，在封装板上设有用于将封装板的板面两侧进行连通或者断开的开合机构。

优选地，本发明的开合机构包括位于设置在封装板中心的封装旋钮，以及沿封装旋钮的圆周方向布置的封装挡片，在封装板上设有与封装挡片尺寸相匹配的封装孔，通过转动封装旋钮带动封装挡片移动，将封装孔封堵。

优选地，本发明的封装挡片的外周在靠近封装板板面一侧设有用于密封的卡板，封装板的板面在封装孔上设有用于卡板接入的卡槽，在封装旋钮转动到位后，通过按压封装旋钮，使卡板进入卡槽内。

优选地，本发明的取样装置包括与出样口连通的取样管组，取样管组包括同心设置的取样内管和取样外管，取样内管一端与出样口连通，另一端位于取样外管内，取样外管一端与蒸汽采集装置的壳体连通，另一端与供风吸引系统连通，在取样外管与取样内管的管壁之间形成截面逐渐减小的流通通路，所述供风吸引系统使用纯净气体循环，从流通通路流向蒸汽采集装置，在取样内管的端部形成负压区域，将样品箱内的空气样本吸入蒸汽采集装置内；在取样内管的端部设有用于封闭取样内管通路的电控阀门。

优选地，本发明的蒸汽采集装置包括外壳体以及设置在外壳体内的采集壳体，在外壳体上设有与取样外管连通的采样喷射管，所述采样喷射管采用锥形结构，直径较小的一端朝向采集壳体的进口，在外壳体上还连通有蒸汽发生器，蒸汽发生器产生的蒸汽在采样喷射管的出口处与采样气体中的气溶胶混合进入采集壳体内，在采集壳体内冷却液化，采集壳体的最低处设有用于将液化气溶胶排出的出样管，出样管与检测仪连通，通过检测仪对液化样品进行分析。

优选地，所述外壳体上部通过管路与供风吸引系统连通，供风吸引系统将从外壳体排出的空气干燥后重复输送至取样外管。

本发明公开一种大气气溶胶收集检测方法，使用上述检测装置进行检测，包括步骤：

S01、样品箱与取样装置断开，开启开合机构，向样品箱内进样，进样完成后，关闭开合机构，封装板将样品箱内的样品与外部大气隔开；

S02、连通样品箱与取样装置，启动供风吸引系统，样品箱内的气体通过取样装置进入蒸汽采集装置，在蒸汽采集装置内与蒸汽混合，气溶胶液化后进入检测仪进行检测分析；

S03、根据封装板在样品箱内的滑动距离，计算取样的气体体积，结合检测仪的检测分析结果对检测底的大气状况进行评估。

优选地，在本发明的步骤S01中，通过开合机构进行样品箱与外部大气连通和断开的过程包括：向背离封装板的一侧拉动封装旋钮，使封装挡片的卡板与卡槽脱开，转动封装旋钮带动封装挡片与封装孔错开，外部大气通过封装孔进入样品箱内，然后再次封装旋钮，使封装挡片与封装孔相对应，按压封装旋钮实现样品箱的封闭。

优选地，在本发明的步骤S02中，通过供风吸引系统吸取样品的过程包括：供风吸引系统的风机将气源内纯净气体送入取样外管，从取样外管流入蒸汽采集装置，再经干燥后回到供风吸引系统进行循环，在取样外管与取样内管的交界处，供风吸引系统的气流流通通路截面积沿流通方向逐渐减小，气体流速加快，在取样内管的端部形成负压区，样品箱内的气体压力大于取样内管的端部压力，在气压作用下，向蒸汽采集装置内流动，随着样品箱内的采样气体机内蒸汽采集装置，样品箱内的压力小于封装板外侧的大气压力，在封装板外侧气压作用下，推动封装板向样品箱内移动，保持样品箱内的气压稳定。

优选地，在本发明的步骤S02中，气溶胶液化的过程包括：采样气体从取样外管进入采样喷射管，在采样喷射管的管口与蒸汽发生器产生的蒸汽混合，气溶胶颗粒被蒸汽包覆，进入采集壳体内后冷却形成液滴，供风吸引系统的气体和采样气体从外壳体流入供风吸引系统循环，再次进入取样外管，对采样气体流通的路径进行吹洗，残余的气溶胶颗粒再次进入蒸汽采集装置内，进行采集。

有益效果：本发明所提供的一种大气气溶胶收集检测装置及检测方法具有如下有益效果：

1、本发明通过样品箱进行预采样，样品箱与外界的大气连通，从而使气体通过封装板进入样品箱内，并由开合机构进行封闭，再由供风吸引系统吸引样品箱内的气体进入蒸汽采集装置，在进行吸引的过程中，随着箱内的气体减少，压力会降低，低于外部的大气压力，封装板在气压的作用下会下移，从而可以通过封装板移动的距离判断进入检测程序的样品气体含量，检测结果相较于使用流量计等手段更加精确，并且能够满足低速吸入样品气体的检测需求，从而保证最终检测结果评估的准确性。

2、本发明通过封装旋钮带动封装挡片旋转进行封装孔的开闭，操作简便快捷，并且由于卡板和卡槽配合，能够保证封闭后样品箱内的密封性。

3、本发明的取样装置通过供风吸引系统提供的纯净气体在取样内管端部形成负压区进行吸引，纯净气体可以采用易于获取的二氧化碳气体，或者其他经过处理的不含气溶胶颗粒的单质与混合气体，从而可以控制气体的进入速度，相较于直接使用真空泵抽取的方式，可以避免因为气体与气溶胶颗粒扩散速度不一致，导致吸入的样品内气溶胶含量低于实际大气中含量的问题，保证样品与实际大气更加接近，从而使检测结果更加准确。

4、本发明供风吸引系统的气体从取样外管和取样内管的管壁之间流出，气体流速快，并且可以沿管壁的内表面流动，能够减少样品气体内因为沉降、粘附所产生的损耗，提高检测结果的精度。

5、本发明的供风吸引系统循环供风，即使在取样内管的阀门关闭后，还可以继续运行，从而将沉降和粘附在管壁上的气溶胶颗粒进行收集并送入蒸汽收集装置，保证检测结果的准确，而现有的使用真空泵吸取的方式，需要外部空气的持续进入才能够完成流动，在进气口关闭后，随着真空泵的运行，气体流速会逐步降低，那么在通过流量计的空气进入检测装置后，会有部分空气低速流动，这部分空气内的气溶胶颗粒更易沉降与粘附，从而使检测结果存在误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。

图1为本发明收集检测装置整体结构示意图；

图2为本发明样品箱俯视图；

图3为本发明开合机构封闭状态示意图；

图4为本发明沿封装板中心剖视图；

其中，1-样品箱、2-取样装置、3-蒸汽采集装置、4-检测仪、5-开口、6-出样口、7-封装板、8-开合机构、9-封装旋钮、10-封装挡片、11-封装孔、12-卡板、13-卡槽、14-取样内管、15-取样外管、16-供风吸引系统、17-流通通路、18-电控阀门、19-外壳体、20-采集壳体、21-采样喷射管、22-蒸汽发生器、22-出样管。

具体实施方式

下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图4所示为本发明所公开的一种大气气溶胶收集检测装置，包括用于进行大气预采样的样品箱1，与样品箱1连通用于进行定量取样的取样装置2，与取样装置2的出口端连通进行采样气体中气溶胶采集的蒸汽采集装置3，以及用于接收蒸汽采集装置3液化样品进行分析检测的检测仪4；所述样品箱1一侧设有开口5，通过开口5与大气连通，在样品箱5的箱体与开口侧相对的另一侧设有出样口6，样品箱1通过出样口6与取样装置2连通，在开口5与出样口6之间设有与箱体间滑动连接的封装板7，封装板7与箱体之间通过滑动轴承配合连接，在封装板7上设有用于将封装板7的板面两侧进行连通或者断开的开合机构8。

为使封装板7能够顺利滑动，同时避免因为自重等原因，影响对气体体积的计算结果，本发明的封装板采用轻质材料，并在样品箱1上端设有用于平衡封装板自重的恒力牵引机构。所述恒力牵引机构包括对称设置在样品箱1开口上的导向轮23、牵引绳24和牵拉块25，牵引绳24一端连接在封装板7的板面上，另一端连接悬挂在样品箱1外部的牵拉块25，并通过导向轮23进行牵引力导向，使牵拉块25对封装板施加恒定的向上的拉力，以平衡封装板自重的影响。

如图2和图3所示，本发明的开合机构8包括位于设置在封装板7中心的封装旋钮9，以及沿封装旋钮9的圆周方向布置的封装挡片10，在封装板7上设有与封装挡片10尺寸相匹配的封装孔11，通过转动封装旋钮9带动封装挡片10移动，将封装孔11封堵。所述封装挡片10的外周在靠近封装板7板面一侧设有用于密封的卡板12，封装板7的板面在封装孔11上设有用于卡板12接入的卡槽13，在封装旋钮9转动到位后，通过按压封装旋钮9，使卡板12进入卡槽13内。本发明的封堵方式易于操作，并且在进行样品箱的封口时，可以通过按压封装旋钮，使卡板12嵌入卡槽13内，形成折线形的结构，以提高接触面之间的密封性，避免产生泄漏，同时由于本发明的开合机构18是设置在发呢个装板7的上侧，在进行气体取样检测时，封装板7下方压力低于上方的大气压力，此压力可以辅助封装旋钮9的固定，避免脱开，从而保证密封性能。

完成样品箱的封装后，需要将样品箱内的气体取出进行检测，为了保证取样的质量，需要进行低速吸取，以避免因为气体与气溶胶扩散性能不一致引发的影响，本发明的取样装置2包括与出样口连通的取样管组，取样管组包括同心设置的取样内管14和取样外管15，取样内管14一端与出样口6连通，另一端位于取样外管15内，取样外管15一端与蒸汽采集装置3的壳体连通，另一端与供风吸引系统16连通，在取样外管15与取样内管14的管壁之间形成截面逐渐减小的流通通路17，所述供风吸引系统16使用纯净气体循环，从流通通路17流向蒸汽采集装置3，在取样内管14的端部形成负压区域，将样品箱1内的空气样本吸入蒸汽采集装置3内；在取样内管14的端部设有用于封闭取样内管通路的电控阀门18。在进行取样的过程中，由于取样内管14的两端存在压差，样品箱内的气体会通过取样内管进入取样外管内，并随之进入蒸汽收集装置内，本发明利用供风吸引系统的快速流动，降低取样内管端部的压力，进行样品气体的吸取采样，过程平缓，能够均匀的将空气吸入，从而降低因为扩散性能带来的对检测结果的影响，同时，供风吸引系统的气流从取样内管14的外周快速流动，其流速也会大于样品气体的进气流速，在流动过程中，供风吸引系统的气体会贴合在管壁侧进行流动，以此可以减少样品气体中气溶胶颗粒在管壁上的沉降与粘附，进一步提升采样质量，保证检测结果的准确性。本发明的外壳体19上部通过管路与供风吸引系统16连通，供风吸引系统16将从外壳体19排出的空气干燥后重复输送至取样外管15，从而可以重复循环，既能对管壁进行冲洗清理，同时可以提高检测结果的准确性，减少管壁上的气溶胶颗粒残留。

本发明的蒸汽采集装置3包括外壳体19以及设置在外壳体19内的采集壳体20，在外壳体19上设有与取样外管15连通的采样喷射管21，所述采样喷射管21采用锥形结构，直径较小的一端朝向采集壳体20的进口，在外壳体19上还连通有蒸汽发生器22，蒸汽发生器22产生的蒸汽在采样喷射管21的出口处与采样气体中的气溶胶混合进入采集壳体20内，在采集壳体20内冷却液化，采集壳体20的最低处设有用于将液化气溶胶排出的出样管22，出样管22与检测仪4连通，通过检测仪4对液化样品进行分析。

本发明还提供一种基于上述检测装置的大气气溶胶收集检测方法，包括步骤：

S01、通过取样内管上的电控阀门将样品箱与取样装置断开，开启开合机构，向样品箱内进样，进样完成后，关闭开合机构，封装板将样品箱内的样品与外部大气隔开；

通过开合机构进行样品箱与外部大气连通和断开的过程包括：向背离封装板的一侧拉动封装旋钮，使封装挡片的卡板与卡槽脱开，转动封装旋钮带动封装挡片与封装孔错开，外部大气通过封装孔进入样品箱内，然后再次封装旋钮，使封装挡片与封装孔相对应，按压封装旋钮实现样品箱的封闭。

S02、打开电控阀门，连通样品箱与取样装置，启动供风吸引系统，样品箱内的气体通过取样装置进入蒸汽采集装置，在蒸汽采集装置内与蒸汽混合，采样气体从取样外管进入采样喷射管，在采样喷射管的管口与蒸汽发生器产生的蒸汽混合，气溶胶颗粒被蒸汽包覆，进入采集壳体内后冷却形成液滴，供风系统的气体和采样气体从外壳体流入供风系统循环，再次进入取样外管，对采样气体流通的路径进行吹洗，残余的气溶胶颗粒再次进入蒸汽采集装置内，进行采集；气溶胶液化后进入检测仪进行检测分析；

通过供风系统吸取样品的过程包括：供风系统的风机将气源内纯净气体送入取样外管，从取样外管流入蒸汽采集装置，再经干燥后回到供风系统进行循环，在取样外管与取样内管的交界处，供风系统的气流流通通路截面积沿流通方向逐渐减小，气体流速加快，在取样内管的端部形成负压区，样品箱内的气体压力大于取样内管的端部压力，在气压作用下，向蒸汽采集装置内流动，随着样品箱内的采样气体机内蒸汽采集装置，样品箱内的压力小于封装板外侧的大气压力，在封装板外侧气压作用下，推动封装板向样品箱内移动，保持样品箱内的气压稳定。

S03、由于取样后，样品箱内的压力与外部的大气压力能够保持平衡，所以在取样前后，样品箱内的气体压力不变，可以根据封装板在样品箱内的滑动距离，计算取样的气体体积，结合检测仪的检测分析结果对检测底的大气状况进行评估。并且本发明的取样方式，不需要对取样总量进行控制，可以在采样过程中随时切断电控阀门，便于检测人员的操作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种大气气溶胶收集检测装置，其特征在于，包括用于进行大气预采样的样品箱（1），与样品箱（1）连通用于进行定量取样的取样装置（2），与取样装置（2）的出口端连通进行采样气体中气溶胶采集的蒸汽采集装置（3），以及用于接收蒸汽采集装置（3）液化样品进行分析检测的检测仪（4）；所述样品箱（1）一侧设有开口（5），通过开口（5）与大气连通，在样品箱（5）的箱体与开口侧相对的另一侧设有出样口（6），样品箱（1）通过出样口（6）与取样装置（2）连通，在开口（5）与出样口（6）之间设有与箱体间滑动连接的封装板（7），封装板（7）与箱体之间通过滑动轴承配合连接，在封装板（7）上设有用于将封装板（7）的板面两侧进行连通或者断开的开合机构（8）；

所述取样装置（2）包括与出样口连通的取样管组，取样管组包括同心设置的取样内管（14）和取样外管（15），取样内管（14）一端与出样口（6）连通，另一端位于取样外管（15）内，取样外管（15）一端与蒸汽采集装置（3）的壳体连通，另一端与供风吸引系统（16）连通，在取样外管（15）与取样内管（14）的管壁之间形成截面逐渐减小的流通通路（17），所述供风吸引系统（16）使用纯净气体循环，从流通通路（17）流向蒸汽采集装置（3），在取样内管（14）的端部形成负压区域，将样品箱（1）内的空气样本吸入蒸汽采集装置（3）内；在取样内管（14）的端部设有用于封闭取样内管通路的电控阀门（18）。

2.根据权利要求1所述的一种大气气溶胶收集检测装置，其特征在于，所述开合机构（8）包括位于设置在封装板（7）中心的封装旋钮（9），以及沿封装旋钮（9）的圆周方向布置的封装挡片（10），在封装板（7）上设有与封装挡片（10）尺寸相匹配的封装孔（11），通过转动封装旋钮（9）带动封装挡片（10）移动，将封装孔（11）封堵。

3.根据权利要求2所述的一种大气气溶胶收集检测装置，其特征在于，所述封装挡片（10）的外周在靠近封装板（7）板面一侧设有用于密封的卡板（12），封装板（7）的板面在封装孔（11）上设有用于卡板（12）接入的卡槽（13），在封装旋钮（9）转动到位后，通过按压封装旋钮（9），使卡板（12）进入卡槽（13）内。

4.根据权利要求1所述的一种大气气溶胶收集检测装置，其特征在于，所述蒸汽采集装置（3）包括外壳体（19）以及设置在外壳体（19）内的采集壳体（20），在外壳体（19）上设有与取样外管（15）连通的采样喷射管（21），所述采样喷射管（21）采用锥形结构，直径较小的一端朝向采集壳体（20）的进口，在外壳体（19）上还连通有蒸汽发生器（22），蒸汽发生器（22）产生的蒸汽在采样喷射管（21）的出口处与采样气体中的气溶胶混合进入采集壳体（20）内，在采集壳体（20）内冷却液化，采集壳体（20）的最低处设有用于将液化气溶胶排出的出样管（22），出样管（22）与检测仪（4）连通，通过检测仪（4）对液化样品进行分析。

5.根据权利要求4所述的一种大气气溶胶收集检测装置，其特征在于，所述外壳体（19）上部通过管路与供风吸引系统（16）连通，供风吸引系统（16）将从外壳体（19）排出的空气干燥后重复输送至取样外管（15）。

6.一种大气气溶胶收集检测方法，使用如权利要求1-5任一所述大气气溶胶收集检测装置，其特征在于，包括步骤：

S01、样品箱与取样装置断开，开启开合机构，向样品箱内进样，进样完成后，关闭开合机构，封装板将样品箱内的样品与外部大气隔开；

S02、连通样品箱与取样装置，启动供风吸引系统，样品箱内的气体通过取样装置进入蒸汽采集装置，在蒸汽采集装置内与蒸汽混合，气溶胶液化后进入检测仪进行检测分析；

S03、根据封装板在样品箱内的滑动距离，计算取样的气体体积，结合检测仪的检测分析结果对检测底的大气状况进行评估。

7.根据权利要求6所述的一种大气气溶胶收集检测方法，其特征在于，在步骤S01中，通过开合机构进行样品箱与外部大气连通和断开的过程包括：向背离封装板的一侧拉动封装旋钮，使封装挡片的卡板与卡槽脱开，转动封装旋钮带动封装挡片与封装孔错开，外部大气通过封装孔进入样品箱内，然后再次封装旋钮，使封装挡片与封装孔相对应，按压封装旋钮实现样品箱的封闭。

8.根据权利要求7所述的一种大气气溶胶收集检测方法，其特征在于，在步骤S02中，通过供风吸引系统吸取样品的过程包括：供风吸引系统的风机将气源内纯净气体送入取样外管，从取样外管流入蒸汽采集装置，再经干燥后回到供风吸引系统进行循环，在取样外管与取样内管的交界处，供风吸引系统的气流流通通路截面积沿流通方向逐渐减小，气体流速加快，在取样内管的端部形成负压区，样品箱内的气体压力大于取样内管的端部压力，在气压作用下，向蒸汽采集装置内流动，随着样品箱内的采样气体机内蒸汽采集装置，样品箱内的压力小于封装板外侧的大气压力，在封装板外侧气压作用下，推动封装板向样品箱内移动，保持样品箱内的气压稳定。

9.根据权利要求7所述的一种大气气溶胶收集检测方法，其特征在于，在步骤S02中，气溶胶液化的过程包括：采样气体从取样外管进入采样喷射管，在采样喷射管的管口与蒸汽发生器产生的蒸汽混合，气溶胶颗粒被蒸汽包覆，进入采集壳体内后冷却形成液滴，供风吸引系统的气体和采样气体从外壳体流入供风吸引系统循环，再次进入取样外管，对采样气体流通的路径进行吹洗，残余的气溶胶颗粒再次进入蒸汽采集装置内，进行采集。