CN1589973A - 大气微尘颗粒的物理分选方法 - Google Patents

Abstract

一种大气微尘颗粒的物理分选方法，包括切割头与双蒸水颗粒物收取器、流量控制器、抽气机之间的连接；采样；取样干燥；显微观察；颗粒分离；颗粒分选等步骤。本方法可以实现大气中PM2.5以下颗粒的分选，方法操作简便，分选效果好。

Description

大气微尘颗粒的物理分选方法

(一)技术领域

本发明涉及一种从大气气溶胶中分选不同颗粒大小的方法，特别是直径小于2.5μm的颗粒的分选方法，它可有效地分离大气气溶胶中不同形态的颗粒，可用于更有效地对大气气溶胶的形成及化学的分析，以及进一步分析大气气溶胶颗粒的光学效应。

(二)背景技术

目前国际上对大气气溶胶的采集方法多用粒子撞击器采集大气中的颗粒物，并将这些颗粒物采集在薄膜上，或将颗粒物采集在电子显微镜用的直径为3mm的铜网上。铜网要经若干处理，如先敷上火棉胶的支持膜，再镀上碳膜，颗粒物直接采集在碳膜上，用金钯合金进行投影，再用透射电镜进行观察。对于具有特殊形态结构的粒子可通过这一方法确定其组成。但这种方法手续比较麻烦，而且用铜网过滤还可能丢失许多信息，加上用这一方法所观察到的颗粒量少，用化学分析即使用痕量分析也往往难于进行，更不要谈分选了。

(三)发明的内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，用物理的方法实现大气中PM2.5以下(即直径小于2.5微米的颗粒物，下同)颗粒的分选，方法操作简便，分选效果好。

具体的讲，本发明方法包括如下步骤：

(1)用国内外普遍采用的多级或单级撞击器(或称切割头)采集大气颗粒，将采集的颗粒物不通过滤膜而是直接通入重蒸水中，靠重蒸水收取颗粒物；

(2)在样品采集完后取出0.1～0.3毫升含有颗粒物的样液，置于具有光洁平面的平板1板上，并使之干燥；

(3)将具有干固残留物的1板置于显微镜的物镜下，将显微镜的视场定位在干固的残留物上，分1～3次对它施加流动性较好的液体少许(每次1～3滴)，以分离颗粒物，直至观察到洁净的微尘颗粒呈现为止；

(4)在1板下面水平放置同样要求的2板，1板倾起与2板成α角(α角的范围可在1～85度范围变动)用0.2～2毫升量的流动性较好易于挥发的液体冲刷1板(1板上的颗粒物已经分离)，当冲刷液的流动到达1板的下边缘时，使1板与2板之间沿平行方向相对滑动，此时在2板上可分选到大小随流出时间先后而变化的相对均匀分布的颗粒，在1板上留下洁净的流动性较差的颗粒。

在本发明的步骤(1)中，用切割头采集大气颗粒的采样时间可根据当地空气的清洁度决定，可以是几个小时，也可以二三十个小时或以上。重蒸水收取颗粒物的具体操作是：在切割头的气体出口处接上一根软管，在软管的另一端与一根中空管相接，中空管穿过橡皮塞插入到装有重蒸水的双口瓶中，瓶子的另一个口与采样控制器的抽气口相连，接通抽气控制器的电源，所采集的大气即可通过切割头和中空管进入重蒸水中。

在本发明的步骤(2)中，样液的提取一般采用移液管或滴定管来进行，样液的干燥过程与环境温度与湿度有关，一般需要十几分钟到三、四个小时，为了减少环境的干扰，要求这一步骤在清洁的环境进行。

在步骤(3)中，流动性较好的液体可以采用重蒸水、乙醇等，其滴加的次数和滴加的量根据上述液体的选择和颗粒的不同来决定，以能较好观察到洁净的微尘颗粒呈现为准。

步骤(4)中，1板与2板的夹角α的大小根据1板表面的平滑程度、颗粒的大小、冲刷液体的选择和用量决定，以使小颗粒或圆形颗粒物能随流体流出、而不使非圆颗粒或流动阻力较大的颗粒产生流动为准。液体冲刷的具体操作是：使用注液器或滴定管在坐标轴Z方向上，沿坐标轴X方向均匀施加液体。1板与2板之间平行相对滑动的具体操作如下：沿坐标轴+Y方向拖动1板，或沿坐标轴-Y方向拖动2板，也可以在沿坐标轴+Y方向拖动1板的同时沿坐标轴-Y方向拖动2板。滑动的速度要求适中，以达到颗粒物能进行分选的结果为好。

在本发明中，整个操作过程在清洁的环境中进行，在干燥过程或滴加液体的过程中有可能加入其它少量颗粒，但可以忽略。

本发明方法依据的原理如下：

液体中布朗运动的颗粒在液体蒸发的表面张力作用下，当表面张力大于布朗运动力和颗粒物与支持物之间的摩擦力时，颗粒的运动主要受表面张力及颗粒的内聚力影响会向液体收缩的方向聚集，形成干固后的残留物。利用场分离原理对干固后的残留物施加一个力量大于颗粒的内聚力、附着力及颗粒与支持物之间的静摩擦力总和的反聚合力时，就能将聚集在较大的物质周围或表面的较小的颗粒分离出来。利用流体力的冲刷的过程，小颗粒比大颗粒具有更好的流动性的特点达到不同颗粒的分选。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点或效果：

(1)目前仅利用切割头通过滤膜采样大气颗粒无法进行颗粒物的分离与分选，本发明能够很好地实现大气颗粒物的分离与分选。

(2)现有技术用透射电镜观察铜网上的颗粒物，由于观察到的颗粒量少，用化学分析即使用痕量分析也往往难于进行。利用本发明可以得到较多量的同类物质，对进一步的了解大气气溶胶组成很有价值。

(3)本发明采用物理方法分选大气颗粒，不会对颗粒物的特性产生改变。

(四)附图说明

图1是本发明方法的程序框图

图2是本发明方法中用重蒸水收取颗粒物的操作示意图

图3是本发明方法中1板与2板之间相对滑动的示意图

图4是经本发明方法分选后的各种颗粒物。

(五)具体的实施方式

由图1可见，本发明方法包括切割头与双蒸水颗粒物收取器、流量控制器、抽气机之间的连接；采样；取样干燥；显微观察；颗粒分离；颗粒分选等步骤。

由图2可见，重蒸水收取颗粒物的具体操作为：采样控制器启动后，采样大气通过玻管进入重蒸水颗粒物收取器，气体经收取器后通过出口被抽出再排往大气。

由图3显示，1板与2板之间相对滑动可以是沿坐标轴+Y方向拖动1板，或沿坐标轴-Y方向拖动2板，也可以在沿坐标轴+Y方向拖动1板的同时沿坐标轴-Y方向拖动2板。

由图4可见，本方法较好地实现了空气微尘颗粒的物理分选。该图是用Anderson240型的PM2.5切割头与重蒸水颗粒收集器组成的采样装置，在广州市环境保护科学研究所大楼第六层的高度上、采集时间为33小时所采集的空气样品。取其液样0.2毫升，自然干燥后，在ME600L微分干涉相衬显微镜的低倍物镜下观察，并依次滴以3滴分析纯乙醇，使颗粒分离后，从15度到60度范围内，改变1板与2板的夹角，同时用1.2毫升乙醇均匀冲刷，并滑动1板的位置25毫米的情况下，分选后在同一显微镜高倍物镜下观察的结果。1表示图3中1板上残留颗粒物的分布，2表示2板上分选后颗粒物的分布。

Claims (5)

1、一种大气微尘颗粒的物理分选方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)用切割头采集大气颗粒，将采集的颗粒物不通过滤膜而是直接通入重蒸水中，靠重蒸水收取颗粒物；

(2)在样品采集完后取出0.1～0.3毫升含有颗粒物的样液，置于具有光洁平面的平板(1)板上，并使之干燥；

(3)将具有干涸残留物的(1)板置于显微镜下，将显微镜的视场定位在干涸的残留物上，分1～3次、每次1～3滴对它施加流动性的液体，以分离颗粒物，直至观察到洁净的微尘颗粒呈现为止；

(4)在(1)板下面水平放置同样要求的(2)板，(1)板倾起与(2)板成α角，用0.2～2毫升量的流动性、易于挥发的液体冲刷(1)板，当冲刷液的流动到达(1)板的下边缘时，使(1)板与(2)板之间沿平行方向相对滑动，此时在(2)板上可分选到大小随流出时间先后而变化的均匀分布的颗粒，在(1)板上留下洁净的流动性较差的颗粒。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，用重蒸水收取颗粒物的具体操作是：在切割头的气体出口处接上一根软管，软管的另一端与一根中空管相接，中空管穿过橡皮塞插入到装有重蒸水的双口瓶中，瓶子的另一个口与采样控制器的抽气口相连，接通抽气控制器的电源，所采集的大气通过切割头和中空管进入重蒸水中。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，样液的提取采用移液管或滴定管来进行，样液的干燥过程是在清洁的环境进行的。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤(3)中，流动性的液体采用重蒸水或乙醇。

5、如权利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，(1)板与(2)板的夹角α的范围为1°～85°；液体冲刷的具体操作是：使用注液器或滴定管在坐标轴Z方向上，沿坐标轴X方向均匀施加液体；(1)板与(2)板之间相对滑动的具体操作如下：沿坐标轴+Y方向拖动(1)板，或沿坐标轴-Y方向拖动(2)板，也可以在沿坐标轴+Y方向拖动(1)板的同时沿坐标轴-Y方向拖动(2)板。

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