CN1229637C - 用于测定大气中悬浮颗粒物的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
将颗粒捕集器装载到飞行器上，并且以这样一种方式捕集包含于大气中的悬浮颗粒物，即利用由放电电极产生的单极性离子使所述悬浮颗粒物带有电荷，并且由此将带有电荷的颗粒吸附到相对于所述放电电极存在有电位差的捕集电极上，从而利用该捕集电极将所述颗粒捕集起来。所述颗粒捕集器被运送到任意的海拔高度，并且受到驱动，以便捕集包含于该任意海拔高度处的大气中的悬浮颗粒物。将颗粒捕集器回收到地面上以进行各种测定操作，或者在飞行器上对由此捕集起来的颗粒物进行各种测定操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测定存在于大气中的悬浮颗粒物的方法。
背景技术
大气中直径不超过10微米的悬浮颗粒被称作悬浮颗粒物(SPM)。尽管这种悬浮颗粒物中包含有被卷起的泥土，但是其主要包括黑烟、未燃烧的燃料以及硫化物。在Kanto地区，35％的悬浮颗粒物是由柴油机汽车排出的。据说，所述那些黑烟、未燃烧的燃料以及硫化物会严重损害人类的健康。特别是，包含于由柴油机汽车排出的废气中的颗粒物被称作DEP。颗粒直径很小的颗粒物，也就是说颗粒直径不超过2.5微米的颗粒物，被称作细微颗粒物(PM2.5)，在欧洲和美国已经积极地对它们进行了研究。对于这种PM2.5来说，悬浮颗粒物主要包括从柴油机汽车中排出的废气。
就用于测定悬浮颗粒物的方法而言，下述方法是公知的。当在地面上对大气进行抽吸并且使得其穿过过滤器时，悬浮颗粒物会被该过滤器捕集起来，并且通过显微镜进行观察，以便检测出颗粒的外形和数目。可选择地，利用与前述相同的方法，由过滤器将包含在一定体积的大气中的悬浮颗粒物捕集起来，并且对在将悬浮颗粒物捕集起来之前的过滤器重量和将悬浮颗粒物捕集起来之后的过滤器重量进行测定，以便得出颗粒的量。可选择地，对以相同方法利用过滤器捕集起来的悬浮颗粒物进行适当的预处理，并且利用气相色谱质谱仪、液相色谱质谱仪或者光谱分析仪来辨别出包含于悬浮颗粒物中的化学物质。
关于这一点，当采用相关技术的测定方法，即其中利用过滤器将悬浮颗粒物捕集起来以便对这些悬浮颗粒物进行各种测定操作时，将会遇到下述问题。例如，当通过显微镜对颗粒进行观察时，由于受到背景中过滤器图像的影响，颗粒的图像会变得模糊。因此，对颗粒图像的观察很困难。
还有，当通过在将悬浮颗粒物捕集起来之前对过滤器的重量进行测定并且在将悬浮颗粒物捕集起来之后对过滤器的重量进行测定来测定出颗粒的量时，由于过滤器通常会吸收水分，所以会因为在将悬浮颗粒物捕集起来之前所吸收水分的量与在将悬浮颗粒物捕集起来之后所吸收水分的量之间存在差异而产生误差。
此外，难以使已经由过滤器捕集起来的悬浮颗粒物单独存在。因此，难以利用电磁波对单个颗粒进行照射。因此难以对悬浮颗粒物进行谱分析。此外，难以将悬浮颗粒物从过滤器上提取出来。因此难以对悬浮颗粒物进行气相色谱质谱分析。
还有，根据用于测定悬浮颗粒物的相关技术的方法，在地面上对悬浮颗粒物进行捕集。因此仅有靠近地面的悬浮颗粒物能够得以测定。
另外，本发明还提供一种用于测定大气中悬浮颗粒物的设备，包括：放电电极；捕集电极，该捕集电极相对于所述放电电极存在有电位差，并且捕集电极包括包覆有透明电极的金属板或透明板；捕集容器，所述放电电极和捕集电极彼此相对地设置在该捕集容器中；高压电源，用于使所述放电电极带有高电压，从而使所述放电电极周围的空气被电离；以及泵，用于将大气送入所述捕集容器内。
发明内容
本发明已经同时解决了前述相关技术中的所有问题。本发明的目的在于，提供一种能够利用多种测定设备对悬浮颗粒物进行精确测定和分析的方法，并且该方法还能够在任意海拔高度处对悬浮颗粒物进行测定。
为了达到前述目的，本发明提供了一种用于测定大气中悬浮颗粒物的方法，该方法包括：
将颗粒捕集器装载到飞行器上，该颗粒捕集器包括放电电极和捕集电极，该捕集电极相对于放电电极存在有电位差；
将所述颗粒捕集器运送到任意的海拔高度；
驱动所述颗粒捕集器，以便以这样一种方式捕集该任意海拔高度处的大气中的悬浮颗粒物，即在由所述放电电极产生的单极性离子的作用下，使得悬浮颗粒物带有电荷，并且由此带有电荷的颗粒被吸附到所述捕集电极上；以及
利用根据某一目的的测定设备对捕集起来的颗粒物进行预定的测定操作。
在前述用于测定大气中悬浮颗粒物的方法中，优选的是所述颗粒捕集器包括捕集容器和泵，所述放电电极和捕集电极被设置在所述捕集容器中，所述泵用于将大气送入所述捕集容器内。
另外，在前述用于测定大气中悬浮颗粒物的方法中，优选的是由所述颗粒捕集器捕集起来的悬浮颗粒物被回收到地面上，并且利用所述测定设备对悬浮颗粒物进行预定的测定操作。
还有，前述用于测定大气中悬浮颗粒物的方法，优选的是还包括：
将所述测定设备装载到所述飞行器上，
其中，在所述飞行器上对捕集起来的颗粒物进行预定的测定操作。
在本发明中，所述飞行器不仅包括普通的飞机和直升机，而且还包括气球或者被称作轻型飞机的飞艇。
在本发明中，大气中的悬浮颗粒物并非被过滤器捕集起来而对其进行各种测定操作，而是在由放电电极发出的单极性离子的作用下带有电荷，并且由此带有电荷的悬浮颗粒物被捕集到捕集电极的表面上，其中，所述捕集电极相对于放电电极存在有电位差。因此，与悬浮颗粒物被过滤器捕集起来的情况相比，可以如下所述精确地进行各种测定操作。还有，当装载在飞行器上的前述悬浮颗粒物捕集设备被运送到任意海拔高度时，能够在该任意海拔高度处对悬浮颗粒物进行测定。
例如，可以使用表面平整的捕集电极，以便悬浮颗粒物能够被吸附到该平整电极的表面上。因此，与悬浮颗粒物被过滤器捕集起来的情况相比，被捕集起来的各个颗粒可以被散布开。因此，可以方便地利用电磁波对各个单独颗粒进行照射，从而便于对悬浮颗粒物进行各种分析。还有，在通过在将颗粒捕集起来之前和之后对重量进行测定来测定出所捕集颗粒的量的情况下，不会因为吸收水分而产生误差，这一点区别于利用过滤器来捕集颗粒的情况。
当前述颗粒捕集设备被装载到飞行器上，被运送到任意的海拔高度并且受到驱动来捕集悬浮颗粒物时，能够在所述任意海拔高度处对悬浮颗粒物进行捕集和进行精确的测定操作。
附图说明
图1是用于本发明一实施例中的颗粒捕集器C的布置图；而
图2是一个示意图，示出了图1中所示颗粒捕集器C使用状态的一个示例。
具体实施方式
参照附图，下面将对本发明的实施例进行描述。
图1是一个布置图，示出了一个用于本发明一实施例中的颗粒捕集设备，而图2是一个示意图，用于解释所述颗粒捕集设备的使用状态。
颗粒捕集设备C包括：捕集容器1；泵2(用于捕集颗粒的压缩机)；设置在捕集容器1中的成对的电极3、4；以及电路，用于给各个电极施加电动势。
在带有能够自由开闭的盖子1a的捕集容器1中，成形有入口1b和连通口1c，大气通过入口1b流入捕集容器1内，而连通口1c与泵2的抽吸口连接在一起。当泵2受到驱动同时盖子1a被关闭时，大气将经由入口1b被抽吸到捕集容器1内。在该捕集容器1中，放电电极3被设置在其上部，而捕集电极4被设置在其下部，与放电电极3相对。
放电电极3由高压电源5赋予一个高电压。由于前述原因，位于放电电极3周围的空气被电离，并且产生出单极性离子。
在另外一个方面，捕集电极4是平板状电极，其表面是平滑的。例如，捕集电极4被以这样一种方式制成，即在金属板或者诸如玻璃板或树脂板这样的透明板的表面上包覆透明电极，并且该捕集电极4与接地电极6连接起来。
在前述构造中，当放电电极3被赋予高电压，而同时泵2受到驱动时，在放电电极3与捕集电极4之间的电位差的作用下，由放电电极3周围的空气发生电离所产生的单极性离子会移向捕集电极4一侧。在单极性离子移动的同时，它们会与包括在捕集容器1内大气空气中的悬浮颗粒物P发生接触。因此，颗粒物P将会带有电荷。在放电电极3与捕集电极4之间电位差的作用下，由此带有电荷的悬浮颗粒物P会移向捕集电极4，并且被捕集到捕集电极4的表面上。
如同在图2中示例性示出的那样，前述颗粒捕集器C被装载到诸如气球这样的飞行器A上。在前述颗粒捕集器C被运送至预定的海拔高度H的同时，泵2受到驱动并且放电电极3被赋予一个高电压。由于前述原因，存在于该海拔高度H处的悬浮颗粒物P会被颗粒捕集器C捕集起来。在颗粒捕集器C持续预定的时间段受到驱动之后，诸如气球这样的飞行器A将着陆，颗粒捕集器C被回收并且捕集电极4被取出。随后，将对捕集在捕集电极4的表面上的悬浮颗粒物P进行有目的的测定操作。
在通过显微镜对悬浮颗粒物P进行观察的情况下，当由诸如玻璃板这样的透明板制成的捕集电极4的表面上包覆有透明电极时，可以保持现状在显微镜下对捕集在捕集电极4表面上的悬浮颗粒物P进行观察。因此，可以非常简便地测定出悬浮颗粒物P的外形和数目。
在对单位体积大气中的悬浮颗粒物的量进行测定的情况下，如下所述进行操作。在对悬浮颗粒物进行捕集之前，利用一个电子天平对处于洁净状态的捕集电极4的重量进行测定。在捕集悬浮颗粒物P的过程下，在向放电电极3赋予一个高电压的同时，泵2受到驱动并且流速保持为一个定值。由于前述原因，从泵2的流速和泵受到驱动的时间可以得知被送入捕集容器1内的大气的总体积。在当被送入捕集容器1内的大气的总体积达到一个预定的值时，泵2停机，并且飞行器A着陆。随后，将捕集电极4取出，并且利用电子天平对其重量进行测定。在对悬浮颗粒物进行捕集之前和之后的重量差值代表了存在于被送入捕集容器1内的大气中的悬浮颗粒物的重量。
在所述测定工艺中，由于捕集电极4以这样一种方式制成，即金属板或者诸如玻璃板这样的透明板上包覆有透明电极，所以在捕集悬浮颗粒物P的过程中，捕集电极4不会吸收水分。因此，不会在测定操作中产生误差，从而可以精确地测定出悬浮颗粒物P的量。
在对包含于大气中悬浮颗粒物P内的化学物质进行辨别时，由于已经被捕集起来的悬浮颗粒物P位于平滑表面上，被散布开，所以所有的悬浮颗粒物P可以被方便地从捕集电极4上提取出来，并且还可以方便地提取出单个颗粒。
因此，通过利用能够辨别化学物质的液相色谱质谱仪、气相色谱质谱仪、高频感应耦合等离子体质谱仪以及荧光X射线分析仪中之一或者它们的组合，在已经进行了适当的预处理之后，对在前述工艺中捕集起来的悬浮颗粒物P进行分析。由于前述原因，可以精确地辨别出包含于悬浮颗粒物P中的化学物质。
在对捕集起来的悬浮颗粒物P的粒度分布进行测定时，捕集电极被用作由诸如玻璃板这样的透明板制成的捕集电极4，在其表面上包覆有透明电极。当使用了前述的捕集电极4时，利用激光衍射粒度分析仪，通过激光束对其上已经捕集有悬浮颗粒物P的透明捕集电极4保持现状地进行照射，从而可以测定出衍射光线和散射光线的空间强度分布，并且将其转换成粒度分布。在利用前述激光衍射粒度分析仪对粒度分布进行测定时，利用包含于单位面积中的数目已知的基准颗粒预先在捕集电极4的表面上进行校准。当以这种方式预先进行校准时，利用当激光束照射到已经捕集有悬浮颗粒物P的捕集电极4上时所获得的衍射光线和散射光线的绝对强度，可以得知大气中悬浮颗粒物P的浓度。
根据本发明中的前述实施例，对应于其上装载有颗粒捕集器C的飞行器A的飞行高度，能够对存在于任意海拔高度处的悬浮颗粒物P进行捕集，其中，所述飞行器比如是一个气球。因此，可以精确地进行前述测定操作中的任意测定操作。
在前述实施例中，仅有颗粒捕集器C被装载到飞行器A上，并且在颗粒捕集器C已经返回到地面上之后，对由此捕集起来的悬浮颗粒物P进行各种测定操作。但是，也可以采用这样一种方式，即将前述各种测定设备中的任意测定设备与颗粒捕集器一同装载到飞行器A上，并且在天空中对悬浮颗粒物P进行捕集和测定。
当以预定的间隔反复对悬浮颗粒物P进行捕集和测定时，能够连续地监视在任意海拔高度处的大气中的悬浮颗粒物P的状态。
当对大气中的悬浮颗粒物P进行捕集和测定操作的海拔高度连续变化时，能够沿着竖直方向测定和监视大气中悬浮颗粒物P的分布状态。
对于颗粒捕集器C中的捕集电极4来说，在前述实施例中，所使用的捕集电极由金属板或者诸如玻璃板这样的透明板制成，其表面上包覆有透明电极，并且悬浮颗粒物P被附着在所述固体电极的表面上。但是，根据测定操作的目的，也能够采用这样一种方式，即使用由导电材料制成的圆盘状捕集电极，其中盛装有液体，并且已经带有电荷的悬浮颗粒物P被捕集在这种液体中。在这种情况下，当对粒度分布进行测定时，能够使用激光衍射粒度分析仪，由该分析仪发出激光束对处于待测定颗粒团分布在液体中状态下的颗粒进行照射，也就是说，能够在湿法测定操作中使用激光衍射粒度分析仪。可选择地，能够利用动态散射型粒度分布测定设备。
当然，在本发明中，不仅能够使用前述的各种测定设备，而且能够使用对应于特殊测定目的的任意测定设备，作为用于在任意海拔高度处对由颗粒捕集设备C捕集起来的悬浮颗粒P进行测定的测定设备。
正如前面所描述的那样，根据本发明，当颗粒捕集器被装载到一个诸如气球这样的飞行器上，被运送至任意的海拔高度并且受到驱动时，存在于该任意海拔高度处的悬浮颗粒物将被捕集起来，并且在地面或者飞行器上进行测定，其中在所述颗粒捕集器中，大气中的悬浮颗粒物在放电电极的作用下带有电荷，并且通过被吸附到捕集电极上而被捕集起来，所述捕集电极相对于放电电极存在有电位差。因此，能够对存在于任意高度处的悬浮颗粒物进行测定。另外，与利用过滤器将悬浮颗粒物捕集起来的相关技术的方法相比，本方法能够更为精确地进行测定操作，比如利用显微镜对悬浮颗粒物的外形、尺寸和数目进行测定。还能够根据对在将悬浮颗粒物捕集起来之前和之后所述捕集电极重量的差值进行的测定，对包含于单位体积大气中的悬浮颗粒物的量进行测定。另外，还能够利用各种分析仪对化学物质进行辨别。
Claims (5)
1、一种用于测定大气中悬浮颗粒物的方法，包括：
将颗粒捕集器装载到飞行器上，所述颗粒捕集器包括放电电极和捕集电极，该捕集电极相对于放电电极存在有电位差；
将所述颗粒捕集器运送到任意的海拔高度；
对所述颗粒捕集器进行驱动，以便以这样一种方式捕集包含于所述任意海拔高度处的大气中的悬浮颗粒物，即在由放电电极产生的单极性离子的作用下，使得悬浮颗粒物带有电荷，并且由此将带有电荷的颗粒吸附到所述捕集电极上；以及
利用对应于某一目的的测定设备对捕集起来的颗粒物进行预定的测定操作。
2、根据权利要求1中所述用于测定大气中悬浮颗粒物的方法，其中，所述颗粒捕集器包括捕集容器和泵，所述放电电极和捕集电极设置在所述捕集容器中，而所述泵用于将大气送入所述捕集容器内。
3、根据权利要求1或2中所述用于测定大气中悬浮颗粒物的方法，其中，将由所述颗粒捕集器捕集起来的悬浮颗粒物回收到地面上，并且利用所述测定设备对悬浮颗粒物进行预定的测定操作。
4、根据权利要求1或2中所述用于测定大气中悬浮颗粒物的方法，其中，将颗粒捕集器装载到飞行器上的步骤还包括将所述测定设备装载到所述飞行器上，
其中，利用对应于某一目的的测定设备对捕集起来的颗粒物进行预定的测定操作的步骤还包括在所述飞行器上对捕集起来的颗粒物进行预定的测定操作。
5、一种用于测定大气中悬浮颗粒物的设备，包括：
放电电极；
捕集电极，该捕集电极相对于所述放电电极存在有电位差，并且捕集电极包括包覆有透明电极的金属板或透明板；
捕集容器，所述放电电极和捕集电极彼此相对地设置在该捕集容器中；
高压电源，用于使所述放电电极带有高电压，从而使所述放电电极周围的空气被电离；以及
泵，用于将大气送入所述捕集容器内。
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