CN214584349U - 一种静电气溶胶粒子采样器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了静电气溶胶粒子采样器，涉及环境采样技术领域，解决了现有技术中纳米级气溶胶采样效率低的问题，本实用新型包括采样头、静电发生装置和采样片；所述采样头为内部具有空腔的绝缘结构件，所述采样头开设有与其空腔连通的进气口和抽气口，所述采样头开设用于穿入正负极电线的穿线孔；所述静电发生装置安装于所述采样头的空腔内，所述静电发生装置与高压电源连接；所述采样片安装于所述采样头的空腔内并设置于所述静电发生装置的放电区域内。本实用新型适用于纳米级气溶胶颗粒物的收集采样，具有纳米级气溶胶颗粒物采样效率高的优点。

Description

一种静电气溶胶粒子采样器

技术领域

本实用新型涉及环境采样技术领域，具体的说，是一种静电气溶胶粒子采样器。

背景技术

大气气溶胶是指悬浮在大气中的固态和液态微粒。大气气溶胶可降低大气能见度甚至形成雾霾天气，对环境空气质量产生不良影响从而危及人类健康，尤其是1微米以下的超细颗粒物能直接经肺部吸收融入血液循环系统。另外，从区域和全球尺度看，气溶胶不仅通过散射和吸收太阳辐射而改变全球能量分布与平衡，而且还可以作为云凝结核与冰核影响云、雾和降水过程从而影响全球气候变化。对气溶胶理化特性的观测和研究是人们认识云雾降水形成过程、揭示污染物来源的基础，是实施大气污染治理以及人工影响天气的科学依据。

因此，科技工作者研制了多种气溶胶膜采样装置，包括大/中流量气溶胶采样器、微生物气溶胶采样器以及采集不同大小粒径的多级气溶胶采样器等。其主要原理是利用一个采样抽气泵以一定速度抽取环境空气使其通过不同材质的滤膜，将空气中的气溶胶颗粒物截留到滤膜上，之后再将采样膜片拿到实验室进行物理性质的测量、检测和/或化学成分分析等。气溶胶滤膜采样被广泛运用到多种科研和环境监测业务等方面的试验研究工作中。

我国目前普遍使用的环境空气气溶胶手工采样器主要为撞击式动力采样装置，即是利用一个采样抽气泵以一定速度抽取环境空气，将空气中的气溶胶颗粒物截留到滤膜上。目前普遍适用的有机滤膜最小孔径为0.1微米(多为0.22微米和0.45微米)，用撞击式动力采样装置对大于0.1微米的气溶胶颗粒物的滤膜采样时，收集效率最高可达97％以上；能够满足科学试验要求。但是对那些粒径尺度接近甚至小于小于0.1微米尤其是小于0.01微米(纳米级)的超细气溶胶颗粒物进行滤膜采样时，使用撞击式动力采样装置收集时会使其极易透过滤膜孔径而难以被截留到滤膜上，导致收集效率较低(一般不超过50％)，难以达到90％以上的收集效率，不仅不能达到科学试验的精密要求，而且也难于满足一般性的业务工作需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于设计出一种静电气溶胶粒子采样器，适用于纳米级气溶胶颗粒物的收集采样，具有纳米级气溶胶颗粒物采样效率高的优点。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种静电气溶胶粒子采样器，包括采样头、静电发生装置和采样片；所述采样头为内部具有空腔的绝缘结构件，所述采样头开设有与其空腔连通的进气口和抽气口，所述采样头开设用于穿入正负极电线的穿线孔；所述静电发生装置安装于所述采样头的空腔内，所述静电发生装置与高压电源连接；所述采样片安装于所述采样头的空腔内并设置于所述静电发生装置的放电区域内。

采用上述设置结构时，静电发生装置设置于采样头内部，连接高压电源的正负极产生放电形成放电区域，该放电区域为高压静电集尘区，将采样片放置到高压静电集尘区内则能够采用静电吸附方法收集气溶胶粒子，提高收集效率，尤其是对小于0.01微米的超细颗粒物，收集效率可达到99％以上。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述进气口设置于所述采样头的顶部，所述抽气口设置于所述采样头的底部。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述静电发生装置包括高压电源正极固定板、金属针头和托盘底座；

所述高压电源正极固定板为绝缘结构件，其设置于所述托盘底座的上方并将所述进气口至所述抽气口的气路阻断；所述托盘底座的顶面设置有所述采样片；所述金属针头中空，其插设于所述高压电源正极固定板，所述金属针头的针尖指向所述采样片。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述金属针头的针尖指向所述采样片的圆心位置。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述采样头的空腔底部连接有高度调节螺栓，所述托盘底座安装于所述高度调节螺栓以能调节其与所述金属针头针尖之间的间距。

采用上述设置结构时，托盘底座可通过调节高度调节螺栓来改变其设置高度，可实现采样片与金属针头针尖之间的间距。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述金属针头设置为多根，所有所述金属针头相互独立地设置于所述高压电源正极固定板；所述托盘底座与所述金属针头的设置数量相同并一一对应，每个所述托盘底座均设置一片所述采样片。

采用上述设置结构时，每一对托盘底座和金属针头之间产生一个高压静电集尘区，采样时可一次采集多张采样片样本，可提高样本的采集效率，从而提高观测和/或检测数据的精准度，同时收集的多个样本便于进行气溶胶颗粒物不同理化特性的比较分析，可提高分析和对比数据的可信度。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述金属针头设置为四根，四根所述金属针头绕一圆心点等角度布置。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所有所述采样片中，不同所述采样片可为相同材质也可为不同材质。

采用上述设置结构时，采样片可以根据对不同理化特性的分析需要采用金属膜片，或者是采用有机/无机多孔滤膜。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述采样头包括上下设置的主体上壳和主体下壳，所述主体上壳可拆卸地连接于所述主体下壳，所述主体上壳和所述主体下壳连接形成所述空腔；所述进气口设置于所述主体上壳，所述抽气口设置于所述主体下壳。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述主体上壳的底部与所述主体下壳的顶部采用嵌套结构连接。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述主体上壳的顶部设置有提手；所述主体下壳的底部设置有整件固定孔。

进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：所述抽气口插设有流量计连接嘴；以所述流量计连接嘴为起点的气路上依次连接有流量计和抽气泵。

本实用新型具有以下优点及有益效果：

本实用新型中，静电发生装置设置于采样头内部，连接高压电源的正负极产生放电形成放电区域，该放电区域为高压静电集尘区，将采样片放置到高压静电集尘区内则能够采用静电吸附方法收集气溶胶粒子，提高收集效率，尤其是对小于0.01微米的超细颗粒物，收集效率可达到99％以上。

本实用新型中，每一对托盘底座和金属针头之间产生一个高压静电集尘区，采样时可一次采集多张采样片样本，可提高样本的采集效率，从而提高观测和/或检测数据的精准度，同时收集的多个样本便于进行气溶胶颗粒物不同理化特性的比较分析，可提高分析和对比数据的可信度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是静电气溶胶粒子采样器的结构示意图；

图2是静电气溶胶粒子采样器的原理示意图；

图中标记为：

1、采样头；11、主体上壳；12、主体下壳；13、进气口；14、抽气口；15、正极电源线穿线孔；16、负极电源线穿线孔；

2、静电发生装置；21、高压电源正极固定板；22、金属针头；23、托盘底座；24、金属托盘；

3、采样片；4、提手；5、流量计连接嘴；6、高度调节螺栓；7、整件固定孔。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

一种静电气溶胶粒子采样器，适用于纳米级气溶胶颗粒物的收集采样，具有纳米级气溶胶颗粒物采样效率高的优点，如图1、图2所示，特别设置成下述结构：

基本的，该种静电气溶胶粒子采样器包括采样头1、静电发生装置2和采样片3。

采样头1为采用聚乙烯等塑料制成的绝缘结构件，其外观大致为圆柱形，包括上下设置的主体上壳11和主体下壳12，主体上壳11的底部与主体下壳12的顶部采用嵌套结构连接，主体上壳11和主体下壳12连接时形成一内部的空腔，空腔大致为圆柱形。主体上壳11的顶部中心位置开设有与空腔连通的进气口13，主体上壳11的顶部的侧方位开设有用于穿入正极电线的正极电源线穿线孔15；主体下壳12的底部中心位置开设有与空腔连通的抽气口14；主体下壳12的底部侧方位开设有用于穿入负极电线的负极电源线穿线孔16。主体上壳11的进气口13向上凸起形成进气道，进气道的开口位于其侧方，进气道的顶部固定有一提手4；主体下壳12的底部设置有多个整件固定孔7。

静电发生装置2可采用现有的装置，其设置于采样头1的空腔内与采样头1的内壁可拆卸地固定连接，静电发生装置2通过正极电源线穿线孔15和负极电源线穿线孔16与高压电源的正负极连接。

采样片3安装于采样头1的空腔内，采样片3设置于静电发生装置2的放电区域内。

上述设置结构中，采样头1的所有气口连接处等配合部位均设置有密封结构以保证气密性。静电发生装置2设置于采样头1内部，静电发生装置2连接高压电源的正负极产生放电形成放电区域，该放电区域成为高压静电集尘区，采样片3放置到高压静电集尘区内则能够采用静电吸附方法收集气溶胶粒子。此种设置能够解决利用现有技术采样时会有一部分气溶胶粒子被吸入滤膜孔径中，尤其是纳米量级的粒子易于透过滤膜膜片而不易被收集到滤膜上的问题，可提高收集效率，尤其是对小于0.01微米的超细颗粒物，收集效率可达到99％以上。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：

本实施例中静电发生装置2具体包括一块高压电源正极固定板21、一根金属针头22和一个托盘底座23。

高压电源正极固定板21为一圆形绝缘板，其镶嵌于主体上壳11处并通过三个均匀分布的螺钉固定于主体上壳11处，高压电源正极固定板21将进气口13至抽气口14的气路阻断。高压电源正极固定板21设置于托盘底座23的正上方。

托盘底座23连接于主体下壳12的内壁，托盘底座23的顶面设置有圆形的凹槽，凹槽内放置有一片圆形的采样片3或放置一片圆形的金属托盘24并在金属托盘24上放置一片采样片3，负极线从负极电源线穿线孔16穿入并与托盘底座23连接。

孔径1.6mm的中空的金属针头22插设于高压电源正极固定板21的中心位置，金属针头22的针尖朝下指向采样片3的圆心位置并保持25mm的高度间距，正极电源线从正极电源线穿线孔15穿入并与金属针头22连接。

上述设置结构中，静电发生装置2由在上的一圆形绝缘板镶嵌在主体上壳11处作为高压电源正极的固定板，连接高压电源正极的金属针头(可以采用医用注射器针头)穿过高压电源正极固定板21，针尖的位置指向托盘底座23的圆心位置。高压电源的负极与托盘底座23连接。这样可保证在接通电源后，通过高压电极形成尖端放电，在托盘底座23区域形成高压静电集尘区。

实施例3：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：

主体下壳12的内壁底部连接有竖向设置的高度调节螺栓6，托盘底座23安装于高度调节螺栓6，通过调节高度调节螺栓6以调节托盘底座23与金属针头22针尖之间的间距。

上述设置结构中，托盘底座23可通过调节高度调节螺栓6来改变其设置高度，可实现采样片3与金属针头22针尖之间的间距，以保证作为高压电源正极的针尖放电的有效范围完全覆盖托盘的圆面积。

实施例4：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：

本实施例中的金属针头22设置为四根，所有金属针头22相互独立地设置于高压电源正极固定板21上，四根金属针头22绕高压电源正极固定板21的圆心点等角度布置。相应的，托盘底座23与金属针头22的设置数量相同并一一对应形成四对，四个51mm的圆形不锈钢的托盘底座23均设置一片采样片3。

其中，所有采样片3中，不同采样片3可为相同材质也可为不同材质，可以根据对不同理化特性的分析需要采用金属膜片，或者是采用有机/无机多孔滤膜。

上述设置结构中，四对托盘底座23和金属针头22的设置结构可在采样头内可产生四个高压静电集尘区，采样时可一次采集四张采样片样本，可提高样本的采集效率，从而提高观测和/或检测数据的精准度，同时收集的多个样本便于进行气溶胶颗粒物不同理化特性的比较分析，可提高分析和对比数据的可信度。

实施例5：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本实用新型，特别采用下述设置结构：

在抽气口14处插设有流量计连接嘴5，同时，以流量计连接嘴5为起点的气路上依次连接有流量计和抽气泵。

流量计采用市面所销售的产品，流量计的一端通过塑胶管或橡胶管与抽气泵连接，另一端通过塑胶管或橡胶管与流量计连接嘴5连接。流量计可通过按钮调节并确定采样流量，并显示每次采样的总流量。

抽气泵采用市面所销售的设备，由一小电机提供动力，其中，小电机的工作电压选定AC 220V(50HZ)，负载能力在1.5千瓦以上即可。抽气泵通过塑胶管或橡胶管与流量计连通，每分钟可提供0.2-25.0L采样流量。

该种静电气溶胶粒子采样器主要由抽气泵、流量计、采样头1、静电发生装置2和采样片3构成。抽气泵将环境空气以一固定流量从进气口13抽吸到采样头1中，空气从金属针头22的孔中流至高压电源正极固定板21的下方，流量计控制并显示通过采样片3所在区域的空气量，采样头1内置四个不锈钢的托盘底座23，托盘底座23上设置金属托盘24，金属托盘24位于静电吸尘区，静电发生装置2利用10千伏高压电流通过尖端放电效应产生静电吸尘区，采样片3置于金属托盘24上，用于采集环境空气中的气溶胶粒子。此种静电气溶胶粒子采样器能够解决利用现有技术采样时会有一部分气溶胶粒子被吸入滤膜孔径中，尤其是纳米量级的粒子易于透过滤膜膜片而不易被收集到滤膜上的问题，可提高收集效率，尤其是对小于0.01微米的超细颗粒物，收集效率可达到99％以上。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静电气溶胶粒子采样器，其特征在于：包括采样头(1)、静电发生装置(2)和采样片(3)；

所述采样头(1)为内部具有空腔的绝缘结构件，所述采样头(1)开设有与其空腔连通的进气口(13)和抽气口(14)，所述采样头(1)开设用于穿入正负极电线的穿线孔；

所述静电发生装置(2)安装于所述采样头(1)的空腔内；

所述采样片(3)安装于所述采样头(1)的空腔内并设置于所述静电发生装置(2)的放电区域内。

2.根据权利要求1所述的一种静电气溶胶粒子采样器，其特征在于：所述进气口(13)设置于所述采样头(1)的顶部，所述抽气口(14)设置于所述采样头(1)的底部。

3.根据权利要求2所述的一种静电气溶胶粒子采样器，其特征在于：所述静电发生装置(2)包括高压电源正极固定板(21)、金属针头(22)和托盘底座(23)；

所述高压电源正极固定板(21)为绝缘结构件，其设置于所述托盘底座(23)的上方并将所述进气口(13)至所述抽气口(14)的气路阻断；

所述托盘底座(23)的顶面设置有所述采样片(3)；

所述金属针头(22)中空，其插设于所述高压电源正极固定板(21)，所述金属针头(22)的针尖指向所述采样片(3)。

4.根据权利要求3所述的一种静电气溶胶粒子采样器，其特征在于：所述采样头(1)的空腔底部连接有高度调节螺栓(6)，所述托盘底座(23)安装于所述高度调节螺栓(6)以能调节其与所述金属针头(22)针尖之间的间距。

5.根据权利要求3所述的一种静电气溶胶粒子采样器，其特征在于：所述金属针头(22)设置为多根，所有所述金属针头(22)相互独立地设置于所述高压电源正极固定板(21)；所述托盘底座(23)与所述金属针头(22)的设置数量相同并一一对应，每个所述托盘底座(23)均设置一片所述采样片(3)。

6.根据权利要求5所述的一种静电气溶胶粒子采样器，其特征在于：所述金属针头(22)设置为四根，四根所述金属针头(22)绕一圆心点等角度布置。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种静电气溶胶粒子采样器，其特征在于：所述采样头(1)包括上下设置的主体上壳(11)和主体下壳(12)，所述主体上壳(11)可拆卸地连接于所述主体下壳(12)，所述主体上壳(11)和所述主体下壳(12)连接形成所述空腔；

所述进气口(13)设置于所述主体上壳(11)，所述抽气口(14)设置于所述主体下壳(12)。

8.根据权利要求7所述的一种静电气溶胶粒子采样器，其特征在于：所述主体上壳(11)的底部与所述主体下壳(12)的顶部采用嵌套结构连接。

9.根据权利要求7所述的一种静电气溶胶粒子采样器，其特征在于：所述主体上壳(11)的顶部设置有提手(4)。

10.根据权利要求7所述的一种静电气溶胶粒子采样器，其特征在于：所述抽气口(14)插设有流量计连接嘴(5)；以所述流量计连接嘴(5)为起点的气路上依次连接有流量计和抽气泵。

Images