CN214584711U - 气溶胶挥发特性和混合状态的实时在线测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气溶胶挥发特性和混合状态的实时在线测量系统，包括：采集子系统(100)，用于采集室温下的样气，并从所述样气中筛选出目标粒径的气溶胶粒子；热扩散子系统(200)，用于在观测周期内对所述气溶胶粒子依次施加多个升降温操作，以使得所述气溶胶粒子的挥发性组分挥发；测量子系统(300)，用于依次测量所述室温下和经过多个所述升降温操作的气溶胶粒子的参数；控制子系统(400)，用于控制所述采集子系统(100)、所述热扩散子系统(200)和所述测量子系统(300)工作，并根据所述参数得到所述气溶胶挥发特性和混合状态。

Description

气溶胶挥发特性和混合状态的实时在线测量系统

技术领域

本实用新型涉及大气测量技术领域，具体涉及一种气溶胶挥发特性和混合状态的实时在线测量系统。

背景技术

从本世纪初开始，我国的大气污染逐渐演变为区域性、复合性大气污染，主要表现为细颗粒物(PM2.5)浓度严重超标，大气能见度急剧恶化，进而导致城市雾/霾等灾害性天气明显增多，危及空气质量和人体健康，严重影响正常的生产、交通和日常生活。PM2.5成分复杂，主要包括有机物、元素碳、硫酸盐、硝酸盐、铵盐、微量金属、地壳元素等。通常情况下，由于经历了复杂的大气物理及化学过程(如吸附与凝聚、粒子的相互包裹、非均相反应及云过程等)，这些不同类型的组分在大气中并不是单独存在，而是以多种混合状态存在。当前的研究主要将PM2.5的混合状态分为外混和内混两类：外混指单一化合物只分布在单颗粒上，内混指不同化合物混合分布在单颗粒上；内混态颗粒物分为同质内混和异质内混，同质内混即不同种类化合物均匀分布于单个颗粒中，异质内混又可称为颗粒的核壳分布形态。混合后的颗粒物各方面性质和环境效应都发生了巨大变化。首先，气溶胶的光学性质会发生改变，例如烟尘和硫酸盐以“核壳”形式混合后，硫酸盐的包裹可以使烟尘的光吸收能力提高两倍。其次，混合状态直接影响了气溶胶的吸湿性特征。如新鲜的烟尘颗粒属于典型的非吸湿性组分，但其进入大气后会经历多种老化过程，如浓缩、氧化及云过程等。这些过程中，烟尘颗粒会与多种有机或者无机物相互混合，从而显著改变其在大气中的吸湿性。此外，颗粒物中的有毒组分，如纳米级的烟尘、有机物和金属颗粒物主要以内混形式与硫酸盐和硝酸盐气溶胶存在。通过内混，酸性盐与金属反应，将不溶性的金属氧化物转换为金属离子，而这些金属离子可以很容易地进入肺液。不仅如此，相同化学物种的内混会增加颗粒物整体的氧化还原活性，从而对人体健康产生更为严重的危害。混合状态对颗粒物性质的影响还体现在大气中各类反应过程及云的形成等方面。可见，混合状态是评估颗粒物各类效应的重要参数之一。然而，现有技术获取的该类信息还非常不足，远不能满足实验室研究及模型模拟的要求。

目前国内外对气溶胶混合状态的测定主要基于两种类型的仪器，第一种为透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy)，可测定颗粒形态，并可以对颗粒物的形貌特征进行形象展示。第二种为一些在线的高时间分辨率设备，如SP2(single particlesoot photometer)、 VTDMA(volatility tandem differential mobility analyzer)、PALMS (particle analysis by laser mass spectrometry)、ATOFMS(aerosol time-of-flight mass spectrometer)、SPAMS(single particle aerosol mass spectrometer)和NanoSIMS(nanometer-scale secondary ion mass spectrometer)等。

国内该方面的研究起步较晚，但当前已经获取了较为丰富的研究成果，其中两种广泛应用的方法包括单颗粒气溶胶质谱(SPAMS或 ATOFMS)和透射电子显微镜(TEM)。SPAMS是由我国科研团队自主研发的单颗粒气溶胶质谱观测设备，在我国已经获得了广泛的应用并获取了丰富的成果。

现有的气溶胶挥发特性和混合状态技术存在以下缺陷：

(1)尽管TEM可观测气溶胶的形貌并推测气溶胶混合状态，但是该设备基于膜采样样品，时间分辨率低(大于24小时)，很难实现长时间、高频率的采样观测，不利于气溶胶老化机理的研究，并且对半挥发性组分的测定能力较弱；

(2)SPAMS为代表的在线观测仪器无法对不同类型颗粒物的形貌、结构等特征进行形象展示，因此分析深入性有限；

(3)上述在线观测仪器和设备的出现最开始的应用并不是针对气溶胶混合状态的观测，而是针对气溶胶理化性质的在线测量，因而价格昂贵(以百万计)。

因此，本领域有必要开发一款能够高频监测、易操作维护、价格便宜的气溶胶挥发特性及混合状态的实时在线测量系统。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型提供了一种气溶胶挥发特性和混合状态的实时在线测量系统，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种气溶胶挥发特性和混合状态的实时在线测量系统，包括：

采集子系统，用于采集室温下的样气，并从所述样气中筛选出目标粒径的气溶胶粒子；热扩散子系统，用于在观测周期内对所述气溶胶粒子依次施加多个升降温操作，以使得所述气溶胶粒子的挥发性组分挥发；测量子系统，用于依次测量所述室温下和经过多个所述升降温操作的气溶胶粒子的参数；控制子系统，用于控制所述采集子系统、所述热扩散子系统和所述测量子系统工作，并根据所述参数得到所述气溶胶挥发特性和混合状态。

在一些示例中，所述升降温操作包括：将室温下的气溶胶粒子依次加热至多个观测温度并维持预定观测时间，再将所述气溶胶粒子降至室温。

在一些示例中，所述热扩散子系统和控制子系统构成三阶加热系统。

在一些示例中，在所述控制子系统的控制下，所述热扩散子系可在观测周期T内，将气溶胶粒子依次加热至N个观测温度并维持T/ (N+1)分钟，并将气溶胶粒子降至室温，所述测量子系统可依次对室温下和经过升降温操作的气溶胶粒子分别进行T/(N+1)分钟的测量。

在一些示例中，所述热扩散子系统包括：室温扩散，用于将室温下的气溶胶粒子输送至测量子系统至少两个热扩散管，用于轮流将室温下的气溶胶粒子依次加热至多个观测温度并维持预定观测时间，再将所述气溶胶粒子降至室温；电磁阀组件，用于切换气路以控制气溶胶粒子的流向，以使气溶胶粒子在观测周期内依次流入室温扩散管7、以及至少两个热扩散管。

在一些示例中，所述电磁阀组件包括：第一电磁阀和第二电磁阀；至少两个热扩散管包括：第一热扩散管和第二热扩散管；所述第一热扩散管包括：第一加热管和第一冷却吸附管，所述第二热扩散管包括：第二加热管和第二冷却吸附管。

在一些示例中，所述第一加热管和第二加热管均包括：加热带、逐流风扇、加热管内管、加热管外管和热电偶。

在一些示例中，所述加热管内管用于加热气溶胶粒子以使挥发性组分挥发；所述加热管外管位于所述加热管内管和加热带外部，用于支撑和保护所述加热管内管。

在一些示例中，所述加热带覆盖于所述加热管内管外壁，用于加热所述加热管内管。

在一些示例中，所述热电偶用于测量所述加热管内管的实时温度，并将实时温度发送给所述控制子系统。

在一些示例中，所述逐流风扇安装在所述加热管外管上，用于对所述加热管内管降温。

在一些示例中，所述第一冷却吸附管和所述第二冷却吸附管均包括：吸附管外管、吸附管内管、活性炭和冷却管。

在一些示例中，所述吸附管内管用于供加热后的气溶胶粒子通过；所述吸附管外管位于所述吸附管内管的外部，与吸附管内管之间形成有一空间。

在一些示例中，所述冷却管位于所述吸附管外管内且螺旋盘绕于所述吸附管内管，用于对吸附管内管中的气溶胶粒子降温；所述活性炭填充于所述吸附管内管和所述吸附管外管之间，用于吸附挥发性组分。

在一些示例中，所述控制子系统包括：继电器组件，用于控制所述电磁阀组件和所述逐流风扇，以切换气路并控制气溶胶粒子的流向、以及降低所述第一加热管和第二加热管的温度；温控表组件，用于轮流提高所述第一热扩散管和所述第二热扩散管的温度，以将室温下的气溶胶粒子依次加热至多个观测温度；计算机，用于控制所述继电器组件和所述温控表组件的操作，并根据气溶胶粒子的参数确定气溶胶挥发特性和混合状态。

本实用新型的实时在线测量系统，改良了热扩散子系统，以加热管内部实际温度为参照，对加热时的设定温度进行了调节，从而改善了现有技术中实验温度大幅偏离理论设定温度的缺陷，并增加冷却装置实现快速降温，提高了实验精度和准确性；将改良后的两套热扩散系统与气溶胶质谱仪和气溶胶粒径谱仪联用，通过真实大气和加热系统之间的切换，可测定污染过程中不同温度梯度下的细颗粒物理化特征，可以实现观测结果的优势互补及相互验证，获取关于颗粒物混合情况、形貌、结构等特征的丰富信息，有助于揭示颗粒物的最初来源及混合老化机制；双热扩散管的有效使用，可以大幅节省实验时间，更高效地获取观测结果，有利于研究细颗粒物“爆发增长”情境下的气溶胶老化过程。

附图说明

通过下文中参照附图对本实用新型所作的描述，本实用新型的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本实用新型有全面的理解。

图1是本实用新型实施例气溶胶挥发特性和混合状态的实时在线测量系统的示意图。

图2是本实用新型实施例气溶胶挥发特性和混合状态的实时在线测量系统的结构图。

图3是本实用新型实施例的热扩散子系统的结构图。

图4是本实用新型实施例的第一加热管和第二加热管的结构图。

图5是本实用新型实施例的第一冷却吸附管和第二冷却吸附管的结构图。

图6是本实用新型实施例的控制子系统的结构图。

需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明：

100-采集子系统；200-热扩散子系统；300-测量子系统；400-控制子系统；1-干燥管；2-真空泵；3-计算机；4-第一静电分离器；5- 电磁阀组件；6-第一热扩散管；7-室温扩散管；8-第二热扩散管；9- 第二静电分离器；10-气溶胶质谱仪；11-粒子计数器；12-加热带；13- 逐流风扇；14-活性炭；15-PM2.5切割头；16-进气口；17-出气口； 18-第一加热管；19-第一冷却吸附管；20-第二加热管；21-第二冷却吸附管；22-第一电磁阀；23-第二电磁阀；24-加热管内管；25-加热管外观；26-热电偶；27-等效变径管；28-吸附管内管；29-吸附管外管；30-冷却管；31-进气管；32-出气管；33-冷却气进气管；34-冷却气出气管；35-第一继电器；36-第二继电器；37-第一温控表；38-第二温控表。

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，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本实施例的气溶胶挥发特性和混合状态的实时在线测量系统，可反演不同温度下气溶胶挥发性组分的质量浓度及其粒径分布，并基于此反演气溶胶的混合状态，从而实现对大气气溶胶挥发特性及其混合状态的实时在线测量，提高了测量结果的时间分辨率和代表性，解决了目前从外场观测上难以准确表征气溶胶老化过程及其环境影响的技术难题。

如图1所示，本实施例的气溶胶挥发特性和混合状态的实时在线测量系统，包括：

采集子系统100，用于采集室温下的样气，并从所述样气中筛选出目标粒径的气溶胶粒子；

热扩散子系统200，用于在观测周期内对所述气溶胶粒子依次施加多个升降温操作；

测量子系统300，用于依次测量所述室温下和经过多个所述升降温操作的气溶胶粒子的参数；

控制子系统400，用于控制所述采集子系统100、所述热扩散子系统200和所述测量子系统300工作，并根据所述参数得到所述气溶胶挥发特性和混合状态。

如图2所示，所述采集子系统100包括：采集单元和筛选单元。

采集单元包括：PM2.5切割头15、干燥管1和真空泵2。PM2.5 切割头15与真空泵2通过管道连接。真空泵2可形成负压，在负压的作用下，PM2.5切割头15收集室温下的大气，并从大气中筛选出对象颗粒物，即细颗粒物。管道安装有干燥管1，干燥管1可降低PM2.5 筛选的细颗粒物的湿度。在一些示例中，所述干燥管1可采用硅胶干燥管；细颗粒物的湿度可降低至40％以下，从而降低水汽对测量结果的影响，提高测量精度和准确性。

筛选单元包括第一静电分离器4。第一静电分离器4受控制子系统400的控制，可通过控制子系统400调节第一静电分离器4。干燥后的细颗粒物经过第一静电分离器4，通过调节第一静电分离器4可筛选出目标粒径的气溶胶粒子。

本实施例的热扩散子系统200连接采集子系统100，其包括：电磁阀组件5、一个室温扩散管7、以及至少两个热扩散管。室温扩散管7和热扩散管通过管道连接第一静电分离器4，电磁阀组件5安装于第一静电分离器4与室温扩散管7和热扩散管之间的管道上。

电磁阀组件5可包括多个电磁阀，具体来说，电磁阀的数量与热扩散管的数量相同。电磁阀组件5用于切换气路以控制气溶胶粒子的流向，以使气溶胶粒子在观测周期内依次流入室温扩散管7、以及至少两个热扩散管。

室温扩散管7用于将室温下的气溶胶粒子输送至测量子系统300。至少两个热扩散管可在控制子系统400的控制下，将室温下的气溶胶粒子依次加热至多个观测温度，并将加热后的气溶胶粒子输送至测量子系统300。

在一些示例中，如图2和图3所示，电磁阀组件5包括：第一电磁阀22和第二电磁阀23。至少两个热扩散管包括：第一热扩散管6 和第二热扩散管8。在控制子系统400的控制下，第一电磁阀22可打开室温扩散管气路、关闭热扩散管气路，或者关闭室温扩散管气路、打开热扩散管气路，使气溶胶粒子流向室温扩散管7或者热扩散管。第二电磁阀23可打开第一热扩散管气路、关闭第二热扩散管气路，或者关闭第一热扩散管气路、打开第二热扩散管气路，使气溶胶粒子流向第一热扩散管6或者第二热扩散管8。

第一热扩散管6和第二热扩散管8具有相同的结构。第一热扩散管6包括：第一加热管18和第一冷却吸附管19，第二热扩散管8包括：第二加热管20和第二冷却吸附管21。如图2所示，每个加热管都具有加热带12和逐流风扇13，每个冷却吸附管均具有活性炭14。

第一加热管18和第二加热管20具有相同的结构，以下以第一加热管18为例介绍它们的结构。如图4所示，第一加热管18包括：加热带12、逐流风扇13、加热管内管24、加热管外管25和热电偶26。

加热管内管24，用于加热气溶胶粒子以使挥发性组分挥发。加热管内管24可以为任意导热性能良好的材料，在一些示例中可采用不锈钢管。加热管内管直径可大于管道直径，从而增加气溶胶粒子在加热管中的停留时间。加热管内管24的进气端与出气端通过等效变径管27与管道连接。在气溶胶粒子通过加热管内管24时，由于加热管内管24受到加热带12的加热而保持预定温度，气溶胶粒子被加热，使气溶胶粒子的可挥发性组分由于加热而挥发。

加热带12，覆盖于加热管内管24外壁，用于加热加热管内管24。加热带12在控制子系统400的控制下加热加热管内管24，并在预定时间内使加热管内管24维持在观测温度。

加热管外管25，位于加热管内管24和加热带12外部，起到支撑和保护加热管内管24的作用。在一些示例中，加热管外管25可采用不锈钢管道，加热管外管25可用海绵包裹以防止实验人员被烫伤。

热电偶26，用于测量加热管内管24的实时温度，并将实时温度的测量值发送给控制子系统400，以确定加热管内管24是否达到设定温度。由于加热管内管24腔体内的温度与热电偶26所测温度存在一定差距，热电偶26测量的是加热管内管24中心轴线的实时温度，控制子系统400以该实时温度为参考来调节加热管内管24的观测温度。

逐流风扇13安装在加热管外管25上，包括：进气口16的逐流风扇13和出气口17的逐流风扇13。当需要为第一加热管18降温时，逐流风扇13开启。进气口16的逐流风扇13吸入外界冷空气，出气口17的逐流风扇13吹出加热管外管25内的热空气，通过空气流动加速加热管内管24降温。

第一冷却吸附管19和第二冷却吸附管21具有相同的结构，以下以第一冷却吸附管19为例介绍它们的结构。如图5所示，第一冷却吸附管19包括：包括吸附管外管29、吸附管内管28、活性炭14和冷却管30。

吸附管内管28，用于供加热后的气溶胶粒子通过。吸附管内管 28可采用不锈钢网管。

吸附管外管29，位于吸附管内管28的外部，与吸附管内管28 之间形成有一空间。吸附管外管29可采用任意密封性能良好的材料，在一些实例中可采用不锈钢管。吸附管内管28和吸附管外管29的端部之间用塑料O型圈紧固和密封。吸附管外管29的两端分别设置有外螺纹，内侧设置有内螺纹的密封盖与吸附管外管29两端的外螺纹配合，将吸附管内管28、吸附管外管29及O型圈密封，并固定为一体。吸附管外管29两端的O型圈分别设置有进气管31和出气管32，进气管31和出气管32分别与第一加热管18和测量子系统300连接。吸附管外管29靠近两端的管壁上分别设置有冷却气进气管33和冷却气出气管34。

冷却管30，位于吸附管外管29内且螺旋盘绕于吸附管内管28，两端分别连接冷却气进气管33和冷却气出气管34，用于对吸附管内管28中通过的气溶胶粒子快速降温。冷却管30可以使用导热性能和密封性能均较好的材料，在一些示例中，可采用金属铜管，向铜管内通入冷却气体，通过冷却气体的流动降低冷却吸附管中气溶胶粒子的温度。本实施例的冷却吸附管具有高密封性，气溶胶粒子仅从进气管 31进，出气管32出，而冷却气仅在冷却管30中流动。

在吸附管内管28和吸附管外管29之间的空间中填充有活性炭 14。气溶胶粒子被加热后其挥发性组分挥发为气体，气态的挥发性组分被活性炭14吸附，防止其在降温冷却过程中再冷凝至气溶胶粒子表面。

如图2所示，本实施例的测量子系统300包括：第二静电分离器 9、气溶胶质谱仪10和粒子计数器11。

第二静电分离器9用于测量经过热扩散子系统200的气溶胶粒子的粒径。经过第二静电分离器9测量粒径后，气溶胶粒子分别进入气溶胶质谱仪10和粒子计数器11。气溶胶质谱仪10用于分析气溶胶粒子的化学成分，粒子计数器11用于测量气溶胶粒子的浓度。

本实施例的控制子系统400包括：计算机3、继电器组件和温控表组件。继电器组件用于控制电磁阀组件5和逐流风扇13，以切换气路并控制气溶胶粒子的流向、以及降低各个热扩散管的温度。温控表组件用于轮流提高各个热扩散管的温度，以将室温下的气溶胶粒子依次加热至多个观测温度。计算机3用于控制继电器组件、温控表组件和第一静电分离器4的操作。计算机3还连接测量子系统300，接收第二静电分离器9测量的气溶胶粒子的粒径、气溶胶质谱仪10分析的气溶胶粒子的化学成分、以及粒子计数器11测量的气溶胶粒子的浓度，并根据上述气溶胶粒子的参数，确定气溶胶挥发特性和混合状态。

在一些示例中，如图6所示，继电器组件包括：第一继电器35 和第二继电器36。第一继电器35与第一电磁阀22和第二电磁阀23 相连，每个电磁阀对应两路开关量。第一继电器35控制第一电磁阀 22，使气路在室温扩散管7气路和热扩散管气路间切换。第一继电器35控制第二电磁阀23，使气路在第一热扩散管6气路和第二热扩散管8气路之间切换。第二继电器36连接第一加热管18和第二加热管 20的四个逐流风扇13，当加热管需要降温时，第二继电器36开启逐流风扇13为加热管降温。

温控表组件包括：第一温控表37和第二温控表38。第一温控表 37连接第一加热管18的加热带12和热电偶26，第二温控表38连接第二加热管20的加热带12和热电偶26。每个温控表均包括热电偶输入模块和继电器输出模块，热电偶输入模块实时测量加热管温度并反馈给继电器输出模块，同时继电器输出模块控制加热带12的加热温度。当前加热管温度低于设定温度时，继电器输出模块控制加热带 12加热加热管，当前加热管温度高于设定温度时，继电器输出模块控制加热带12关闭。第一继电器35、第二继电器36和第一温控表 37、第二温控表38均通过RS485总线连接计算机3，并向计算机3 传输阀门组件的状态和加热管温度，计算机3向继电器组件和温控表组件发送指令，从而控制阀门组件的切换、加热管温度的变化以逐流风扇13的启动和关闭。

本实施例的实时在线测量系统，多个升降温过程包括：将室温下的气溶胶粒子依次加热至多个观测温度并维持预定观测时间，再将所述气溶胶粒子降至室温。

本实施例的实时在线测量系统，当热扩散子系统200包括一个室温扩散管7和两个热扩散管时，热扩散子系统200和控制子系统400 构成三阶加热系统。在控制子系统400的控制下，热扩散子系统200 可在观测周期T内，将气溶胶粒子依次加热至N个观测温度并维持 T/(N+1)分钟，然后将气溶胶粒子降至室温，以使测量子系统300 依次对室温下和经过升降温操作的气溶胶粒子分别进行T/(N+1)分钟的测量。在一些示例中，观测周期T为60分钟，N的值为5，以下详细实时在线测量系统的工作过程。

首先，大气通过PM2.5切割头15筛选出对象颗粒物，即细颗粒物。细颗粒物经过干燥管1后，其湿度可降低至40％以下。静电分离器从干燥后的细颗粒物中筛选出目标粒径的气溶胶粒子，通过电磁阀组件5，气溶胶粒子的流向进行调节。通过预实验建立温度与挥发性组分的关系，设置5个不同的观测温度，例如：室温(大气温度)— 50℃(第一热扩散管6)—100℃(第二热扩散管8)—150℃(第一热扩散管6)—220℃(第二热扩散管8)—280℃(第一热扩散管6)。具体来说，实验开始时，控制子系统400控制第一电磁阀22将气路切换至室温扩散管7，测量子系统300测量室温下气溶胶粒子的参数，同时控制第一加热管18加热至50℃；10分钟后，第一电磁阀22切换气路至热扩散管，第二电磁阀23切换气路至第一热扩散管6，气溶胶粒子在第一加热管18中被加热至50℃，之后通过第一冷却吸附管19冷却至室温并吸附挥发性组分，测量子系统300测量经过升温至50℃后降至室温的气溶胶粒子的参数，同时控制第二加热管20加热至100℃；10分钟后第二电磁阀23切换气路至第二热扩散管8，第一加热管18加热至150℃，如此循环实现室温(大气温度)—50℃ (第一加热管18)—100℃(第二加热管20)—150℃(第一加热管 18)—220℃(第二加热管20)—280℃(第一加热管18)的观测周期。在1小时的观测周期内认为时间足够短以至于在大多数条件下环境空气的气溶胶粒子没有显著变化，因此认为这一观测周期内不同温度梯度下的观测具有可比性。当一个观测周期完成后，第一电磁阀 22将气路切换至室温扩散管7，加热管的逐流风扇13启动，第一加热管18降温至50℃，而第二加热管20降温至100℃，开始下一观测周期的实验。计算机3根据室温下和各个升降温过程后的气溶胶粒子的粒径、化学成分和浓度，确定气溶胶挥发特性和混合状态。

本实施例的实时在线测量系统，改良了热扩散子系统，以加热管内部实际温度为参照，对加热时的设定温度进行了调节，从而改善了现有技术中实验温度大幅偏离理论设定温度的缺陷，并增加冷却装置实现快速降温，提高了实验精度和准确性；将改良后的两套热扩散系统与气溶胶质谱仪和气溶胶粒径谱仪联用，通过真实大气和加热系统之间的切换，可测定污染过程中不同温度梯度下的细颗粒物理化特征，可以实现观测结果的优势互补及相互验证，获取关于颗粒物混合情况、形貌、结构等特征的丰富信息，有助于揭示颗粒物的最初来源及混合老化机制；双热扩散管的有效使用，可以大幅节省实验时间，更高效地获取观测结果，有利于研究细颗粒物“爆发增长”情境下的气溶胶老化过程。

对于本实用新型的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，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，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.气溶胶挥发特性和混合状态的实时在线测量系统，其特征在于，包括：

采集子系统(100)，用于采集室温下的样气，并从所述样气中筛选出目标粒径的气溶胶粒子；

热扩散子系统(200)，用于在观测周期内对所述气溶胶粒子依次施加多个升降温操作，以使得所述气溶胶粒子的挥发性组分挥发；

测量子系统(300)，用于依次测量所述室温下和经过多个所述升降温操作的气溶胶粒子的参数；

控制子系统(400)，用于控制所述采集子系统(100)、所述热扩散子系统(200)和所述测量子系统(300)工作，并根据所述参数得到所述气溶胶挥发特性和混合状态。

2.如权利要求1所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述升降温操作包括：将室温下的气溶胶粒子依次加热至多个观测温度并维持预定观测时间，再将所述气溶胶粒子降至室温。

3.如权利要求1所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述热扩散子系统(200)和控制子系统(400)构成三阶加热系统。

4.如权利要求3所述的实时在线测量系统，其特征在于，在所述控制子系统(400)的控制下，所述热扩散子系统(200)可在观测周期T内，将气溶胶粒子依次加热至N个观测温度并维持T/(N+1)分钟，并将气溶胶粒子降至室温，所述测量子系统(300)可依次对室温下和经过升降温操作的气溶胶粒子分别进行T/(N+1)分钟的测量。

5.如权利要求1所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述热扩散子系统(200)包括：

室温扩散管(7)，用于将室温下的气溶胶粒子输送至测量子系统(300)；

至少两个热扩散管，用于轮流将室温下的气溶胶粒子依次加热至多个观测温度并维持预定观测时间，再将所述气溶胶粒子降至室温；

电磁阀组件(5)，用于切换气路以控制气溶胶粒子的流向，以使气溶胶粒子在观测周期内依次流入室温扩散管(7)、以及至少两个热扩散管。

6.如权利要求5所述的实时在线测量系统，其特征在于，

所述电磁阀组件(5)包括：第一电磁阀(22)和第二电磁阀(23)；

至少两个热扩散管包括：第一热扩散管(6)和第二热扩散管(8)；

所述第一热扩散管(6)包括：第一加热管(18)和第一冷却吸附管(19)，所述第二热扩散管(8)包括：第二加热管(20)和第二冷却吸附管(21)。

7.如权利要求6所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述第一加热管(18)和第二加热管(20)均包括：加热带(12)、逐流风扇(13)、加热管内管(24)、加热管外管(25)和热电偶(26)。

8.如权利要求7所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述加热管内管(24)用于加热气溶胶粒子以使挥发性组分挥发；所述加热管外管(25)位于所述加热管内管(24)和加热带(12)外部，用于支撑和保护所述加热管内管(24)。

9.如权利要求7所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述加热带(12)覆盖于所述加热管内管(24)外壁，用于加热所述加热管内管(24)。

10.如权利要求7所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述热电偶(26)用于测量所述加热管内管(24)的实时温度，并将实时温度发送给所述控制子系统(400)。

11.如权利要求7所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述逐流风扇(13)安装在所述加热管外管(25)上，用于对所述加热管内管(24)降温。

12.如权利要求6所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述第一冷却吸附管(19)和所述第二冷却吸附管(21)均包括：吸附管外管(29)、吸附管内管(28)、活性炭(14)和冷却管(30)。

13.如权利要求12所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述吸附管内管(28)用于供加热后的气溶胶粒子通过；所述吸附管外管(29)位于所述吸附管内管(28)的外部，与吸附管内管(28)之间形成有一空间。

14.如权利要求12所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述冷却管(30)位于所述吸附管外管(29)内且螺旋盘绕于所述吸附管内管(28)，用于对吸附管内管(28)中的气溶胶粒子降温；所述活性炭(14)填充于所述吸附管内管(28)和所述吸附管外管(29)之间，用于吸附挥发性组分。

15.如权利要求7所述的实时在线测量系统，其特征在于，所述控制子系统(400)包括：

继电器组件，用于控制所述电磁阀组件(5)和所述逐流风扇(13)，以切换气路并控制气溶胶粒子的流向、以及降低所述第一加热管(18)和第二加热管(20)的温度；

温控表组件，用于轮流提高所述第一热扩散管和所述第二热扩散管的温度，以将室温下的气溶胶粒子依次加热至多个观测温度；

计算机(3)，用于控制所述继电器组件和所述温控表组件的操作，并根据气溶胶粒子的参数确定气溶胶挥发特性和混合状态。

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