CN206920410U - 一种标准气态亚硝酸的发生系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种标准气态亚硝酸的发生系统，该系统是基于气态盐酸在一定温度、湿度下与固态的亚硝酸盐反应产生气态亚硝酸，可以准确简便地提供特定浓度的气态亚硝酸、即标准气态亚硝酸。该系统可以方便准确地产生所需的气态亚硝酸浓度。发生系统产生的气态亚硝酸浓度范围为1ppt‑10ppm，既可以用于实验室模拟研究，又可以当作标准源用于HONO分析仪的定标，对于改善仪器精确测量HONO的准确性扮演着重要的作用。

Description

一种标准气态亚硝酸的发生系统

技术领域

本实用新型涉及环境质量监测技术领域，尤其是涉及大气测量技术领域，具体为一种标准气态亚硝酸的发生系统。

背景技术

亚硝酸(HONO)是典型的二次污染物，是一种痕量的含氮物质，其浓度可作为直接反映城市大气污染程度的指标。HONO在光照条件下很容易生成氢氧(OH)自由基，一天内所产生的OH自由基总量中，亚硝酸光解对OH自由基的贡献高达30％以上，是OH自由基的重要来源之一。OH自由基是大气中最重要的氧化剂，对流层大气中几乎所有的可被氧化的痕量气体主要是通过与OH自由基反应而被转化和去除的，OH自由基可以与有机物发生一系列的光氧化过程，从而导致臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)和大量二次污染物的形成，增强了大气的氧化能力。

前人对于HONO的源与汇做了大量的研究，主要包括外场观测及实验室模拟，而准确有效地检测HONO的浓度是开展研究的前提，目前检测HONO浓度的方法有很多，包括差分光学吸收光谱DOAS、长光程吸收光谱LOPAP、化学电离质谱CIMS、在线气体及气溶胶监测系统MARGA和腔增强吸收光谱CEAS等，但这些方法均需要特定浓度的气态亚硝酸进行定标校准。在实验室模拟HONO的反应时，常采用鼓泡法，稀硫酸与亚硝酸钠在溶液相中在载气的作用下反应产生HONO，由于其浓度不稳定经常将HONO的浓度过量处理，给相关实验研究带来了困难。因此亟需可以产生特定浓度的气态亚硝酸、即标准气态亚硝酸的发生系统。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种可以产生特定浓度的气态亚硝酸、即标准气态亚硝酸的发生系统，该系统是基于气态盐酸在一定温度、湿度下与固态的亚硝酸盐发生反应产生气态亚硝酸，通过检测和校正单元调控该气体亚硝酸的浓度可以准确简单地提供特定浓度的气态亚硝酸。该标准气态亚硝酸的发生系统既可以用于大气环境监测，同时也可用于实验科学研究等方面。

本实用新型目的是通过如下技术方案实现的：

本实用新型提供了一种可以产生特定浓度的气态亚硝酸、即标准气态亚硝酸的发生系统，其中，所述发生系统包括氯化氢标准气发生单元、定量反应控制单元、湿度控制单元和恒温控制单元；

所述氯化氢标准气发生单元与定量反应控制单元相连；

所述定量反应控制单元包括装有亚硝酸盐的反应管；所述定量反应控制单元置于恒温控制单元中；

所述湿度控制单元包括第一高压气源储罐、湿度流量控制支路Ⅰ和湿度流量控制支路Ⅱ；所述湿度流量控制支路Ⅰ包括依次相连的第二流量控制器和干燥管；所述湿度流量控制支路Ⅱ包括依次相连的第三流量控制器和气体加湿器；所述第一高压气源储罐分为两路，一路与湿度流量控制支路Ⅰ中的第二流量控制器相连，另一路与湿度流量控制支路Ⅱ中的第三流量控制器相连；所述湿度流量控制支路Ⅰ中的干燥管和所述湿度流量控制支路Ⅱ中的气体加湿器通过气体管路合并为一路，并通过第一三通阀分别与氯化氢标准气发生单元和定量反应控制单元中的装有亚硝酸盐的反应管的进口连接。

根据本实用新型，所述发生系统还包括检测与校正单元；所述检测与校正单元包括溶蚀器和检测器；所述定量反应控制单元与所述检测与校正单元相连。

优选地，所述定量反应控制单元中装有亚硝酸盐的反应管的出口通过第二三通阀分为两路，一路通过溶蚀器与第三三通阀连接，另一路直接与第三三通阀连接；所述第三三通阀与检测器连接。

优选地，所述装有亚硝酸盐的反应管的出口和第二三通阀之间还包括湿度探头。

根据本实用新型，所述发生系统还包括浓度稀释控制单元；所述浓度稀释控制单元包括第二高压气源储罐、第四流量控制器和混合室；所述第二高压气源储罐通过第四流量控制器和混合室连接；所述混合室与所述检测与校正单元连接。

优选地，所述混合室通过第三三通阀与所述检测与校正单元中的检测器连接。

根据本实用新型，所述氯化氢标准气发生单元包括氯化氢标气储罐和第一流量控制器；所述氯化氢标气储罐通过第一流量控制器与所述定量反应控制单元相连；或者所述氯化氢标准气发生单元包括标准气体渗透发生仪，所述标准气体渗透发生仪与所述定量反应控制单元相连，所述标准气体渗透发生仪通过渗透管发生特定浓度的氯化氢气体。所述氯化氢标准气的浓度范围为100ppt-800ppb。

根据本实用新型，所述发生系统还包括电脑控制单元；所述电脑控制单元包括计算机。

优选地，所述计算机通过湿度探头和检测器接收的信号，控制标准气体渗透发生仪或第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器和第四流量控制器。

根据本实用新型，所述流量控制器可以采用质量流量计、浮子流量计、针阀或比例电磁阀，流量为1毫升每分钟至500升每分钟。

根据本实用新型，所述第一高压气源储罐和第二高压气源储罐中的气源为零空气或氮气。

根据本实用新型，所述干燥管中的填充物可以使用干燥硅胶或分子筛。

根据本实用新型，所述气体加湿器可以采用水浴加湿或扩散管加湿。

根据本实用新型，所述反应管中的亚硝酸盐包括但不限于亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸银等，所述亚硝酸盐可以为粉末状或颗粒状。

根据本实用新型，所述恒温控制单元可以采用恒温水浴槽、恒温油浴锅、加热套或电磁感应加热器等，温度可以控制在20℃到80℃。

根据本实用新型，所述溶蚀器中内部填料包括碳酸盐，例如碳酸钠、碳酸钾等；所述内部填料可以是粉末状或颗粒状，所述外部盛装材质可以是玻璃、不锈钢或塑料。

根据本实用新型，所述检测器可以为NO_x分析仪或HONO分析仪，所述HONO分析仪可以选用化学电离质谱(CIMS)或长光程吸收光谱(LOPAP)，可以根据标准发生系统产生的HONO浓度高低具体选择。

根据本实用新型，所述混合室的材质为玻璃、石英或聚四氟乙烯，体积为100mL-10L。

根据本实用新型，所述第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀的材质可以是聚四氟乙烯、不锈钢或塑料。

本实用新型中，所述湿度探头通过测量反应产生的气态亚硝酸的湿度反馈信号给计算机进而控制所述第二流量控制器和第三流量控制器，通过设定湿度流量控制支路Ⅰ与湿度流量控制支路Ⅱ的流量大小，调节通过所述干燥管和所述气体加湿器的气体流量比，最终实现湿度反馈调节控制。通过计算机调节湿度流量控制支路Ⅰ和湿度流量控制支路Ⅱ进而调节干湿气体的载气流量，可以得到特定的湿度，湿度可以控制在5％-90％。

本实用新型中，通过调节氯化氢标准气的浓度、湿度、恒温控制单元的温度以及整个标准发生系统的气流量得到气态亚硝酸；进一步，通过在混合室与零空气或者氮气混合，从而得到特定浓度的气态亚硝酸。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种标准气态亚硝酸的发生系统，该系统是基于气态盐酸在一定温度、湿度下与固态的亚硝酸盐反应产生气态亚硝酸，可以准确简便地提供特定浓度的气态亚硝酸、即标准气态亚硝酸。该系统既可以用于大气环境监测，同时也可用于实验科学研究等方面。

附图说明

图1为本实用新型一个优选实施方式中标准气态亚硝酸的发生系统的结构示意图；

其中：1氯化氢标气储罐、2第一流量控制器、3第一高压气源储罐、4第二流量控制器、5干燥管、6第三流量控制器、7气体加湿器、8装有亚硝酸盐的反应管、9恒温控制单元、10湿度探头、11溶蚀器、12检测器、13第二高压气源储罐、14第四流量控制器、15混合室、16计算机、17第一三通阀、18第二三通阀、19第三三通阀。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外，应理解，在阅读了本实用新型所记载的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本实用新型所限定的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

一种标准气态亚硝酸的发生系统，如图1所示，所述发生系统包括氯化氢标准气发生单元、定量反应控制单元、湿度控制单元和恒温控制单元9；

所述氯化氢标准气发生单元与定量反应控制单元相连；

所述定量反应控制单元包括装有亚硝酸盐的反应管8；所述定量反应控制单元置于恒温控制单元9中；

所述湿度控制单元包括第一高压气源储罐3、湿度流量控制支路Ⅰ和湿度流量控制支路Ⅱ；所述湿度流量控制支路Ⅰ包括依次相连的第二流量控制器4和干燥管5，用于降低由所述高压气源产生的气体的湿度；所述湿度流量控制支路Ⅱ包括依次相连的第三流量控制器6和气体加湿器7，用于增加由所述高压气源产生的气体的湿度；所述第一高压气源储罐3分为两路，一路与湿度流量控制支路Ⅰ中的第二流量控制器4相连，另一路与湿度流量控制支路Ⅱ中的第三流量控制器6相连；所述湿度流量控制支路Ⅰ中的干燥管5和所述湿度流量控制支路Ⅱ中的气体加湿器7通过气体管路合并为一路，并通过第一三通阀17分别与氯化氢标准气发生单元和定量反应控制单元中的装有亚硝酸盐的反应管8的进口连接。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述发生系统还包括检测与校正单元；所述检测与校正单元包括溶蚀器11和检测器12；所述定量反应控制单元与所述检测与校正单元相连。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述定量反应控制单元中装有亚硝酸盐的反应管8的出口通过第二三通阀18分为两路，一路通过溶蚀器11与第三三通阀19连接，另一路直接与第三三通阀19连接；所述第三三通阀19与检测器12连接。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述装有亚硝酸盐的反应管8的出口和第二三通阀18之间还包括湿度探头10。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述发生系统还包括浓度稀释控制单元；所述浓度稀释控制单元包括第二高压气源储罐13、第四流量控制器14和混合室15；所述第二高压气源储罐13通过第四流量控制器14和混合室15连接；所述混合室15与检测与校正单元连接。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述混合室15通过第三三通阀19与检测与校正单元中的检测器12连接。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述氯化氢标准气发生单元包括氯化氢标气储罐1和第一流量控制器2；所述氯化氢标气储罐1通过第一流量控制器2与定量反应控制单元相连；或者所述氯化氢标准气发生单元包括标准气体渗透发生仪，所述标准气体渗透发生仪与定量反应控制单元相连，所述标准气体渗透发生仪通过渗透管发生特定浓度的氯化氢气体。所述氯化氢标准气的浓度范围为100ppt-800ppb。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述发生系统还包括电脑控制单元；所述电脑控制单元包括计算机16，所述计算机16通过湿度探头10和检测器12接收的信号，控制标准气体渗透发生仪或第一流量控制器2、第二流量控制器4、第三流量控制器6和第四流量控制器14。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述流量控制器可以采用质量流量计、浮子流量计、针阀或比例电磁阀，流量为1毫升每分钟至500升每分钟。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述第一高压气源储罐3中的气源为零空气或氮气，用于提供特定湿度的载气。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述干燥管5中的填充物可以使用干燥硅胶或分子筛。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述气体加湿器7可以采用水浴加湿或扩散管加湿。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述反应管8中的亚硝酸盐包括但不限于亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸银等，所述亚硝酸盐可以为粉末状或颗粒状。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述恒温控制单元9可以采用恒温水浴槽、恒温油浴锅、加热套或电磁感应加热器等，温度可以控制在20℃到80℃。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述溶蚀器11中内部填料包括碳酸盐，例如碳酸钠、碳酸钾等；所述内部填料可以是粉末状或颗粒状，所述外部盛装材质可以是玻璃、不锈钢或塑料。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述检测器12可以为NO_x分析仪或HONO分析仪，所述HONO分析仪可以选用化学电离质谱(CIMS)或长光程吸收光谱(LOPAP)，可以根据标准发生系统产生的HONO浓度高低具体选择。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述第二高压气源储罐13中的气源可以为零空气或氮气，用于稀释气态亚硝酸以得到所需的浓度。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述混合室15的材质为玻璃、石英或聚四氟乙烯，体积为100mL-10L。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述第一三通阀17、第二三通阀18和第三三通阀的材质可以是聚四氟乙烯、不锈钢或塑料。

实施例2

一种标准气态亚硝酸的发生系统，如图1所示，所述发生系统包括氯化氢标准气发生单元、湿度控制单元、恒温控制单元、定量反应控制单元、浓度稀释控制单元、检测单元和电脑控制单元；

所述氯化氢标准气发生单元包括氯化氢标气储罐1、第一流量控制器2；所述氯化氢标气1和第一流量控制器2相连，所述第一流量控制器2通过第一三通阀17与湿度控制单元相连；

所述湿度控制单元包括第一高压气源储罐3、湿度流量控制支路Ⅰ和湿度流量控制支路Ⅱ；所述湿度流量控制支路Ⅰ包括依次相连的第二流量控制器4和干燥管5，用于降低由所述高压气源产生的气体的湿度；所述湿度流量控制支路Ⅱ包括依次相连的第三流量控制器6和气体加湿器7，用于增加由所述高压气源产生的气体的湿度；所述第一高压气源储罐3分为两路，一路与湿度流量控制支路Ⅰ中的第二流量控制器4相连，另一路与湿度流量控制支路Ⅱ中的第三流量控制器6相连；所述湿度流量控制支路Ⅰ中的干燥管5和所述湿度流量控制支路Ⅱ中的气体加湿器7通过气体管路合并为一路，并通过第一三通阀17分别与氯化氢标准气发生单元和定量反应控制单元中的装有亚硝酸盐的反应管8的进口连接；

所述定量反应控制单元包括装有亚硝酸盐的反应管8；所述定量反应控制单元置于恒温控制单元9中；所述定量反应控制单元与湿度探头10连接；

所述检测与校对单元包括溶蚀器11和检测器12；具体地，定量反应控制单元中装有亚硝酸盐的反应管8的出口连接有湿度探头10，该湿度探头10通过第二三通阀18分为两路，一路通过溶蚀器11与第三三通阀19连接，另一路直接与第三三通阀19连接；所述第三三通阀19分别与检测器12和浓度稀释控制单元中的混合室15连接；

所述浓度稀释控制单元包括第二高压气源储罐13、第四流量控制器14和混合室15；所述第二高压气源储罐13通过第四流量控制器14和混合室15连接；

所述电脑控制单元包括计算机16，所述计算机16通过湿度探头10和检测器12接收的信号，控制第一流量控制器2、第二流量控制器4、第三流量控制器6和第四流量控制器14。

实施例3

一种标准气态亚硝酸的制备方法，所述制备方法是采用实施例1或实施例2所述的标准气态亚硝酸的发生系统，包括如下步骤：

(1)气态亚硝酸的发生及温度和湿度的调节；

(2)检测并调节气态亚硝酸的浓度，制备得到特定浓度的气态亚硝酸、即标准气态亚硝酸。

在步骤(1)中，所述气态亚硝酸的发生是将氯化氢标准气发生单元中产生的特定浓度的氯化氢气体送入置于恒温控制单元9中的装有亚硝酸盐的反应管8中，并通过恒温控制单元9调节氯化氢与亚硝酸盐反应的温度；通过湿度控制单元调节定量反应控制单元中混合气体的湿度载气，制备得到气态亚硝酸。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述特定浓度的氯化氢气体是由氯化氢标准气发生单元中的氯化氢标气储罐1通过第一流量控制器2控制得到的；或者，所述特定浓度的氯化氢气体是由氯化氢标准气发生单元中的氯化氢标准气体渗透发生仪通过渗透管产生的。

在本实用新型的一个优选实施方式中，所述定量反应控制单元中混合气体的湿度的调节是通过湿度探头10将湿度信号反馈给电脑控制单元中的计算机16，进而调节湿度流量控制支路Ⅰ中的第二流量控制器2和湿度流量控制支路Ⅱ中的第三流量控制器6，即调节第一高压气源3中产生的干湿载气的流量，实现了定量反应控制单元中混合气体的湿度调节。

在步骤(2)中，所述气态亚硝酸的浓度的检测是将通过湿度探头10的气体分为二路，一路先通过第二三通阀18再通过装有碳酸盐的石英管11后与第三三通阀19连接，再进入检测器12，进入检测器12的气体为能够产生干扰的气体；另一路通过第二三通阀18直接与第三三通阀19连接，再进入检测器12，进入检测器12的气体为体系中的全部气体；通过差减法可以得到气态亚硝酸的准确浓度。

在步骤(2)中，所述气态亚硝酸的浓度的调节是当产生的气态亚硝酸浓度过低时，调节第一流量控制器2或氯化氢标准气体渗透发生仪、第二流量控制器4、第三流量控制器6和恒温控制单元9，即调节氯化氢标准气体的浓度、混合气体的湿度及反应的温度来调节气态亚硝酸的浓度；当产生的浓度过高时，开启第二高压气源13，通过计算机16设定第四流量控制器14的流量，使得载气与气态亚硝酸进入混合室15进行混合稀释，以得到所需的浓度。

在本实用新型的一个优选实施方式中，在所述装有亚硝酸盐的反应管8的出口处塞一块石英玻璃棉以免载气将亚硝酸盐带出混入到气态亚硝酸中。

本实用新型提供的标准气态亚硝酸的制备方法和发生系统，可以方便准确地产生所需的气态亚硝酸浓度。发生系统产生的气态亚硝酸浓度范围为1ppt-10ppm，既可以用于实验室模拟研究，又可以当作标准源用于HONO分析仪的定标，对于改善仪器精确测量HONO的准确性扮演着重要的作用。

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种标准气态亚硝酸的发生系统，其特征在于，所述发生系统包括氯化氢标准气发生单元、定量反应控制单元、湿度控制单元和恒温控制单元(9)；

所述氯化氢标准气发生单元与定量反应控制单元相连；

所述定量反应控制单元包括装有亚硝酸盐的反应管(8)；所述定量反应控制单元置于恒温控制单元(9)中；

所述湿度控制单元包括第一高压气源储罐(3)、湿度流量控制支路Ⅰ和湿度流量控制支路Ⅱ；所述湿度流量控制支路Ⅰ包括依次相连的第二流量控制器(4)和干燥管(5)；所述湿度流量控制支路Ⅱ包括依次相连的第三流量控制器(6)和气体加湿器(7)；所述第一高压气源储罐(3)分为两路，一路与湿度流量控制支路Ⅰ中的第二流量控制器(4)相连，另一路与湿度流量控制支路Ⅱ中的第三流量控制器(6)相连；所述湿度流量控制支路Ⅰ中的干燥管(5)和所述湿度流量控制支路Ⅱ中的气体加湿器(7)通过气体管路合并为一路，并通过第一三通阀(17)分别与标准气发生单元和定量反应控制单元中的装有亚硝酸盐的反应管(8)的进口连接。

2.根据权利要求1所述的发生系统，其特征在于，所述发生系统还包括检测与校正单元；所述检测与校正单元包括溶蚀器(11)和检测器(12)；所述定量反应控制单元与所述检测与校正单元相连；

所述定量反应控制单元中装有亚硝酸盐的反应管(8)的出口通过第二三通阀(18)分为两路，一路通过溶蚀器(11)与第三三通阀(19)连接，另一路直接与第三三通阀(19)连接；所述第三三通阀(19)与检测器(12)连接。

3.根据权利要求2所述的发生系统，其特征在于，所述装有亚硝酸盐的反应管(8)的出口和第二三通阀(18)之间还包括湿度探头(10)。

4.根据权利要求2所述的发生系统，其特征在于，所述发生系统包括浓度稀释控制单元；所述浓度稀释控制单元包括第二高压气源储罐(13)、第四流量控制器(14)和混合室(15)；所述第二高压气源储罐(13)通过第四流量控制器(14)和混合室(15)连接；所述混合室(15)与所述检测与校正单元连接。

5.根据权利要求4所述的发生系统，其特征在于，所述混合室(15)通过第三三通阀(19)与所述检测与校正单元中的检测器(12)连接。

6.根据权利要求1所述的发生系统，其特征在于，所述氯化氢标准气发生单元包括氯化氢标气储罐(1)和第一流量控制器(2)；所述氯化氢标气储罐(1)通过第一流量控制器(2)与所述定量反应控制单元相连；所述氯化氢标准气的浓度范围为100ppt-800ppb。

7.根据权利要求1所述的发生系统，其特征在于，所述氯化氢标准气发生单元包括标准气体渗透发生仪，所述标准气体渗透发生仪与所述定量反应控制单元相连，所述标准气体渗透发生仪通过渗透管发生特定浓度的氯化氢气体；所述氯化氢标准气的浓度范围为100ppt-800ppb。

8.根据权利要求1所述的发生系统，其特征在于，所述发生系统还包括电脑控制单元；所述电脑控制单元包括计算机(16)。

9.根据权利要求8所述的发生系统，其特征在于，所述计算机(16)通过湿度探头(10)和检测器(12)接收的信号，控制标准气体渗透发生仪或第一流量控制器(2)、第二流量控制器(4)、第三流量控制器(6)和第四流量控制器(14)。

10.根据权利要求8所述的发生系统，其特征在于，所述流量控制器采用质量流量计、浮子流量计、针阀或比例电磁阀，流量为1毫升每分钟至500升每分钟。