CN220231583U - 一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置，其特征在于，包括气溶胶发生装置、气溶胶浓度调节装置、气溶胶粒径筛选装置和气溶胶检测装置，气溶胶浓度调节装置设有并联的第一支路和第二支路，在第一支路设置变径管路，在第二支路设置调节装置，获得不同浓度的气溶胶梯度，优化气溶胶的分离效率，提高电离效率标定的准确性和可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及大气环境监测分析技术领域，特别是涉及一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置。
背景技术
气溶胶化学成分在线监测仪(ACSM)，是一种可实时测量非难熔亚微米颗粒物的质量与化学成分的仪器，可提供颗粒物的铵盐、硝酸盐、硫酸盐、氯盐和有机物相关化学组分信息。仪器将采集到的大气样品输送到真空系统中，动力学透镜将样品中的亚微米气溶胶(约40～1000nm Dp，动力学直径)集中成一束细小的粒子流，进入高温的离子化室，其中的可分解组分在高温环境中瞬间气化；气化后的样品被电离，而后进入检测器，通过特定的数据处理系统从而分析其具体的化学组分和浓度。
为保证监测数据的准确性和可靠性，气溶胶化学成分在线监测仪需要定期标定，标定的准确率直接影响仪器数据质量。因此，标定也是保证气溶胶化学成分在线监测仪监测结果可靠性的重要一环，有必要开发一种能够准确标定的装置。
实用新型内容
本申请提供的一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置，通过设置，进而提高了系统校准的便利性和精确性。
本申请提供的一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置，其特征在于，包括气溶胶发生装置、气溶胶浓度调节装置和气溶胶检测装置，所述气溶胶发生装置、气溶胶浓度调节装置、气溶胶检测装置依次连通。
其中，所述气溶胶浓度调节装置设有第一支路和第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联，所述第一支路和第二支路的入口端与气溶胶发生装置连通，所述第一支路和第二支路的出口端与气溶胶检测装置连通。
优选的，所述第一支路的管路为变径管路，所述第一支路的入口端管径小于第一支路的出口端管径。
优选的，所述第一支路设有变径直通装置，将变径管辂分为变径直通前管路和变径直通后管路。
优选的，所述变径直通前管路的管径为第二支路管径的所述变径直通后管路的管径为第二支路管径的/>
优选的，所述第二支路设有气溶胶过滤管和调节装置，所述气溶胶过滤管与调节装置在所述第二支路串联设置。
优选的，所述气溶胶发生装置包括载气装置、质量流量控制器、气溶胶发生器和干燥器，所述载气装置和气溶胶发生器通过质量流量控制器连通，所述气溶胶发生器和气溶胶浓度调节装置通过干燥器连通。
优选的，所述气溶胶发生装置设有逆向吹扫管路，所述干燥器设有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，所述逆向吹扫管路一端连接载气装置，所述逆向吹扫管路的另一端连接所述干燥器的第二进口，所述干燥器的第一进口与所述气溶胶发生器连通，所述干燥器的第一出口与所述气溶胶浓度调节装置连通，所述干燥器的第二出口与外界连通。
优选的，所述气溶胶检测装置包括气溶胶粒径筛选装置、气溶胶化学成分在线监测仪和凝结粒子计数器，所述气溶胶粒径筛选装置、气溶胶化学成分在线监测仪和凝结粒子计数器依次连通。
优选的，所述气溶胶粒径筛选装置和气溶胶化学成分在线监测仪电连接。
优选的，所述气溶胶粒径筛选装置为差分迁移率分析仪，所述差分迁移率分析仪包括鞘气管路、第一气流通道、第二气流通道、电场腔和高压柱，所述第一气流通道和所述第二气流通道设在气溶胶粒径筛选装置入口处，所述第一气流通道与所述气溶胶浓度调节装置连通，所述鞘气管路与第二气流通道连通，所述差分迁移率分析仪入口处上方设有气流分离隔板，气流分离隔板将第一气流通道的入口和第二气流通道的入口隔开，气流分离隔板内壁和气溶胶粒径筛选装置的侧壁，在气溶胶粒径筛选装置内形成电场腔。第一气流通道的出口和第二气流通道的出口均与电场腔连通，气溶胶通过第一气流通道后，进入电场腔；鞘气通过第二气流通道后，进入电场腔，高压柱设置于电场腔中，电场腔在出口端设有第一气流出口，第一气流出口连通监测装置，所述电场腔在出口端设有第一气流出口，所述第一气流出口连通气溶胶化学成分在线监测仪装置。
优选的，所述鞘气为空气。
优选的，所述差分迁移率分析仪设有两个气流分离隔板，气流分离隔板将入口的通道分为中间的第二气流通道和两侧的第一气流通道。
优选的，该装置还包括外置泵，所述外置泵连接至所述凝结粒子计数器。
本申请提供的一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置，具有如下有益效果：
在气溶胶浓度调节装置设置并联的第一支路和第二支路，将气溶胶发生装置生成的气溶胶分流，在第一支路采用变径管路，使得各个支路的气压可以保持相对一致，以便气流可以同时通过各个支路。在第二支路设置气溶胶过滤管和调节装置，通过调整调节装置的打开程度，控制第二支路的气流流量，通过气溶胶过滤管拦截气溶胶颗粒的通过量，对气溶胶浓度起到调节的作用，以形成气溶胶浓度梯度，进而优化气溶胶分离装置的分离效率，提高电离效率标定的准确性和可靠性。
在气溶胶发生装置中，设置质量流量控制器，可以更好地协助调整装置中气体的流量；设置逆向吹扫管路，以逆向的气流方向，使载气得以吹扫干燥管，并将尾气排出装置，在设置干燥器的基础上，进一步提高除湿效果，也杜绝了杂质的引入。进而保证后续校准的准确性。
在气溶胶粒径筛选装置中将入口的气流通道分为中间的第二气流通道和两侧的第二气流通道，气溶胶从第一气流通道进入气溶胶粒径筛选装置，鞘气则从第二气流通道，防止气溶胶和鞘气在入口处混合。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本申请实施例提供的一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置的结构示意图；
以下对附图作补充说明：
1气溶胶发生装置；2气溶胶浓度调节装置；11载气装置；12质量流量控制器；13气溶胶发生器；14干燥器；15逆向吹扫管路；21第一支路；22第二支路；23变径直通装置；24气溶胶过滤管；25调节装置；31气溶胶粒径筛选装置；311电场腔；32气溶胶化学成分在线监测仪；33凝结粒子计数器；34外置泵。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。另外，除非特殊强调，本文中的管径均指管路的外径。
下面结合附图介绍本申请实施例中的技术方案。
请参考图1，图1为本申请实施例提供的用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定装置的结构示意图，图1中的用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定装置包括气溶胶发生装置1、气溶胶浓度调节装置2和气溶胶检测装置，气溶胶发生装置1、气溶胶浓度调节装置2和气溶胶检测装置依次连通。其中，气溶胶浓度调节装置2设有第一支路21和第二支路22，第一支路与所述第二支路并联，所述第一支路和第二支路的入口端与气溶胶发生装置连通，所述第一支路和第二支路的出口端与气溶胶检测装置连通。
在一些实施例中，气溶胶发生装置1包括载气装置11、质量流量控制器12、气溶胶发生器13和干燥器14。
具体地，载气装置为零气发生器，质量流量控制器为质量流量计MFC，MFC入口与载气装置连通，MFC入口出口连接至气溶胶发生器，MFC将载气的流量调节至预设的数值后，在整个校准过程中不再变动。
具体地，在装置满载时，MFC预设数值为5LPM；标定时，MFC预设数值为1.8LPM。
在一些实施例中，干燥器设有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口。具体地，第一进口、第二出口设置在干燥器前端，第一出口、第二进口设置在干燥器尾端，气溶胶发生器出口和干燥器第一进口连通，用于除去气溶胶中的水汽。在干燥管第二进口和载气装置连通，形成逆向吹扫管路，以逆向的气流方向，使载气得以吹扫干燥管，并将尾气排出装置，进一步保证除湿效果以及不引入杂质。
具体地，干燥器为Nafion管。
在一些实施例中，第一支路的管路为变径管路，第一支路的入口端管径小于第一支路的出口端管径。
具体地，第一支路21设有变径直通装置23，将变径管路分为变径直通前管路和变径直通后管路。变径直通前管路的管径为第二支路管径的 变径直通后管路的管径为第二支路管径的/>这样的目的是为了第一支路21与第二支路22保持大体相当的气压，使得气流通过两条支路时的流量相近。
具体地，变径直通前管路的管径为第二支路管径的 或/>变径直通后管路的管径为第二支路管径的/>或/>
在一些实施例中，第二支路22包含气溶胶过滤管24和调节装置25，二者串联设置；当调节装置完全关闭时，所有气体只能通过第一支路；当调节装置打开不同角度直至完全打开时，一部分气体可以通过第二支路；通过调节装置的打开程度，控制第二支路的气流流量，气溶胶过滤管的作用是拦截通过的气溶胶颗粒，对气溶胶浓度起到调节的作用，以形成气溶胶浓度梯度。进而优化气溶胶分离装置的分离效率。
具体地，调节装置25为调节针阀，通过控制针阀的打开角度控制气流流量。
在一些实施例中，气溶胶检测装置包括气溶胶粒径筛选装置31、气溶胶化学成分在线监测仪32和凝结粒子计数器33，气溶胶粒径筛选装置31、气溶胶化学成分在线监测仪32和凝结粒子计数器33依次连通。
具体地，气溶胶粒径筛选装置31为差分迁移率分析仪，差分迁移率分析仪包括鞘气管路、第一气流通道、第二气流通道、电场腔311和高压柱，第一气流通道与气溶胶浓度调节装置2连通，鞘气管路与第二气流通道连通。第一气流通道和第二气流通道设置在差分迁移率分析仪入口处，入口处上方设有气流分离隔板，气流分离隔板将第一气流通道的入口和第二气流通道的入口隔开，气流分离隔板内壁和气溶胶粒径筛选装置的侧壁，在气溶胶粒径筛选装置内形成电场腔311。第一气流通道的出口和第二气流通道的出口均与电场腔连通。
具体地，鞘气来源为洁净空气。第二气流通道设有格栅，鞘气通入第二气流通道，经过格栅后进入电场腔；气溶胶通入第一气流通道后，与鞘气气流在电场腔周围均匀混合。高压柱设置于电场腔中，电场腔在出口端设有第一气流出口，第一气流出口连通气溶胶检测装置。
在一些实施例中，使用两个气流分离隔板将入口的通道分为中间的第二气流通道和两侧的第一气流通道。气溶胶气流进入气溶胶粒径筛选装置(31)中时，从两侧的第一气流通道进入电场腔，鞘气气流则从中间的第二气流通道，通过格栅进入电场腔。鞘气在高压柱外侧，即电场腔内与气溶胶粒子均匀混合。实施例中选择的差分迁移率分析仪适用的气溶胶电迁移率粒径范围为10-1000nm。工作时，气溶胶粒径筛选装置31中间的高压柱311带负电压，外壳接地，电场腔内会形成一个电场。气溶胶在下落的同时会受到电场力的作用向中央的高压柱靠近，电迁移率粒径大于或小于所需要筛选粒径的颗粒物会从第二气流出口，被鞘气一同带出气溶胶粒径筛选装置并排空；只有符合目标粒径的颗粒物从气溶胶粒径筛选装置下部狭缝通过，进入第一气流出口，通入检测装置进行检测。在差分迁移率分析仪输入鞘气与样气的流速分别为10L/min、1L/min，拟筛选的气溶胶电迁移率粒径设置为300nm，仪器能够自动计算出高压柱的电压，从而筛选出符合目标粒径的颗粒物。
在一些实施例中，检测装置为气溶胶化学成分在线监测仪ACSM，在ACSM旁路出口连接至凝结粒子计数器CPC；气溶胶浓度调节装置和CPC之间电信号连接，CPC连接外置泵34，用以提供抽气动力；外置泵尾气连接至室外排空。
下面通过实施例来说明本申请用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定装置的工作原理：
如图1所述，在常规的校准要求情况下，配制硝酸铵溶液：根据本装置选择的气溶胶发生器的正常工作压力条件，选择0.018mol/L浓度的硝酸铵和硫酸铵，其配制方法为：称量硝酸铵0.72g，溶于500ml水溶液；称量硫酸铵1.189g，溶于500ml水溶液。
将各个装置按照附图1的流程连接好，开机预热零气发生器、CPC等。
开始标定前，将配制好的硝酸铵溶液倒入气溶胶发生装置；通过转动调节装置获得不同浓度的气溶胶梯度，一般标定时需要至少6个不同浓度梯度范围的气溶胶，浓度梯度范围为：1200～1300、1400～1450、1500～1600、1700～1750、1800～1900、2000～2050cm-3。
选择鞘气与气溶胶的比例选择10:1，其中鞘气来源为环境空气；选择300nm硝酸铵和硫酸铵粒子通过气溶胶粒径筛选装置，进入分析装置ACSM。
待预热的装置达到稳定状态后，开始标定。通过ACSM仪器控制软件将监测装置的气路管路打开，将不同浓度梯度的硝酸铵气溶胶进入ACSM，从而被检测分析。待CPC数据稳定后，选择10个连续测得的点数据作为一次平均值；通过转动调节针阀的角度得到不同浓度的气溶胶，测定不同气溶胶浓度条件下的数据，根据ACSM、CPC仪器测到的数据，对NO3响应信号与NO3质量做线性回归得到NO3的斜率记为NO3 RF(仪器响应因子)值，对NH4响应信号与NH4质量做线性回归得到回归系数RNH4/NO3，RNH4/NO3与NO3 RF的比值记为NH4 RIE(相对电离效率)。将标定结果保存至ACSM软件。
本申请的一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置，通过装置的干燥器结构，优化气溶胶的质量，在支路的设置上，能更好地控制气溶胶的浓度梯度和气流，这样可以使得检测装置可以将不同浓度梯度的气溶胶标准气体进行标定，得到的标定结果更为稳定，也优化了标定结果的可靠性和准确性。
以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置，其特征在于，包括气溶胶发生装置(1)、气溶胶浓度调节装置(2)和气溶胶检测装置，所述气溶胶发生装置(1)、气溶胶浓度调节装置(2)和气溶胶检测装置依次连通，
其中，所述气溶胶浓度调节装置(2)设有第一支路(21)和第二支路(22)，所述第一支路与所述第二支路并联，所述第一支路和第二支路的入口端与气溶胶发生装置连通，所述第一支路和第二支路的出口端与气溶胶检测装置连通。
2.根据权利要求1所述的用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定的装置，其特征在于，所述第一支路的管路为变径管路，所述第一支路的入口端管径小于第一支路的出口端管径。
3.根据权利要求2所述的用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定的装置，其特征在于，所述第一支路设有变径直通装置(23)，将变径管辂分为变径直通前管路和变径直通后管路。
4.根据权利要求3所述的用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定的装置，其特征在于，所述变径直通前管路的管径为第二支路管径的所述变径直通后管路的管径为第二支路管径的/>
5.根据权利要求1所述的用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定的装置，其特征在于，所述第二支路设有气溶胶过滤管(24)和调节装置(25)，所述气溶胶过滤管(24)与调节装置(25)在所述第二支路串联设置。
6.根据权利要求1所述的用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定的装置，其特征在于，所述气溶胶发生装置(1)包括载气装置(11)、质量流量控制器(12)、气溶胶发生器(13)和干燥器(14)，所述载气装置(11)和气溶胶发生器(13)通过质量流量控制器(12)连通，所述气溶胶发生器(13)和气溶胶浓度调节装置(2)通过干燥器(14)连通。
7.根据权利要求6所述的用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定的装置，其特征在于，所述气溶胶发生装置设有逆向吹扫管路(15)，所述干燥器(14)设有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，所述逆向吹扫管路(15)一端连接载气装置，所述逆向吹扫管路(15)的另一端连接所述干燥器(14)的第二进口，所述干燥器(14)的第一进口与所述气溶胶发生器(13)连通，所述干燥器(14)的第一出口与所述气溶胶浓度调节装置(2)连通，所述干燥器(14)的第二出口与外界连通。
8.根据权利要求1所述的用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定的装置，其特征在于，所述气溶胶检测装置包括气溶胶粒径筛选装置(31)、气溶胶化学成分在线监测仪(32)和凝结粒子计数器(33)，所述气溶胶粒径筛选装置(31)、气溶胶化学成分在线监测仪(32)和凝结粒子计数器(33)依次连通。
9.根据权利要求8所述的用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定的装置，其特征在于，所述气溶胶粒径筛选装置(31)为差分迁移率分析仪，所述差分迁移率分析仪包括鞘气管路、第一气流通道、第二气流通道、电场腔和高压柱(311)，所述第一气流通道和所述第二气流通道设在气溶胶粒径筛选装置(31)入口处，所述第一气流通道与所述气溶胶浓度调节装置(2)连通，所述鞘气管路与第二气流通道连通，所述第一气流通道的入口和第二气流通道的入口通过气流分离隔板隔开，气流分离隔板内壁和气溶胶粒径筛选装置的侧壁，在气溶胶粒径筛选装置内形成电场腔；所述第一气流通道的出口和所述第二气流通道的出口均与电场腔连通，所述高压柱设置于所述电场腔中，所述电场腔在出口端设有第一气流出口，所述第一气流出口连通气溶胶化学成分在线监测仪(32)。
10.根据权利要求8-9中任一项所述的用于气溶胶化学成分监测仪电离效率标定的装置，其特征在于，该装置还包括外置泵(34)，所述外置泵连接至所述凝结粒子计数器(33)。
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|---|---|---|---|
| CN202321533842.4U CN220231583U (zh) | 2023-06-15 | 2023-06-15 | 一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202321533842.4U CN220231583U (zh) | 2023-06-15 | 2023-06-15 | 一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN220231583U true CN220231583U (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=89172087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202321533842.4U Active CN220231583U (zh) | 2023-06-15 | 2023-06-15 | 一种气溶胶化学成分监测仪的电离效率标定装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN220231583U (zh) |
-
2023
- 2023-06-15 CN CN202321533842.4U patent/CN220231583U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |