本发明专利技术公开了一种用于检测大气中酸性超细微粒子的方法及装置，涉及大气采样领域，该装置包括采样器和石英晶体微天平，所述采样器用于采集带有酸性超细微粒子的气体，所述石英晶体微天平包括带有晶振片的探头，所述晶振片上涂覆有铁纳米膜，且所述晶振片位于采样器内。本发明专利技术的石英晶体微天平能够实时测量晶振片的质量变化，进而准确测量铁纳米膜上吸附的超细微粒子，通过惰性气体洗脱后的铁纳米膜上仅吸附酸性超细微粒子，石英晶体微天平能够准确测量超细微粒子的质量，本发明专利技术中的采样器和石英晶体微天平的结构均较简单，携带比较方便，成本较低，且该装置操作难度较低，能耗较小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大气采样领域，具体涉及一种用于检测大气中酸性超细微粒子的方法及装置。
技术介绍
大气中中直径小于0.1微米的可吸入颗粒物被称作UFPs(超细微粒子)，UFPs占大气污染物细粒子(直径小于2.5微米的颗粒物，PM2.5)总质量分数的90％，是国内外许多大中城市环境空气中的首要污染物。由于颗粒物的直径越小，其进入呼吸道的部位越深，因而UFPs能够进入人体肺泡甚至血液系统，会导致心血管病等疾病。目前，空气中的UFPs主要通过以下两种途径形成：a、由高温下排放的过饱和气态物质冷凝，再经碰撞、凝聚、吸附而形成，如汽车尾气的排放；b、由环境空气中硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物及其它化合物经过复杂的多相化学反应转化而形成，如光化学烟雾，由于汽车尾气和光化学烟雾中含有大量酸性的化学成分如硫酸离子或硝酸离子，导致UFPs的酸性较高。在过去十年中，流行病学专家开始研究含酸性气溶胶的毒理学，例如，早期在1989年MortonLippmann曾在学术期刊《EnvironmentalHealthPerspectives》上报道称酸性气溶胶与支气管炎和肺功能衰减的患病率之间可能存有密切联系。由于UFPs粒径小数量多的特征，其在肺泡上沉积率很高，会损伤肺泡和粘膜，引起肺组织的慢性纤维化，导致肺心病，加重哮喘病，引起慢性鼻咽炎、慢性支气管炎等一系列病症，严重的可危及生命。因此，深入研究空气中UFPs尤其是含酸性成分的UFPs对人体健康的危害可能比目前研究的PM10(直径小于10μm的颗粒)和PM2.5有更重要的意义。但是，由于酸性超微粒子在细粒子中的质量浓度比例较小，检测难度较大，目前，主要通过实时测量和离线分析来测试UFPs的浓度和粒径谱。实时测量是用扫描迁移率粒度仪(SMPS)和凝结粒子计数器(CPC)来测量粒子数和粒径分布。SMPS在使用时，通过逐步地增加电场，将不同粒径的颗粒物进行分离，并通过CPC测量粒子的数量浓度来得到颗粒物数量和粒径分布。但是，目前实时测量技术只能用于测量总UFPs的数量浓度和粒径谱，不能单独针对酸性UFPs进行测量。离线分析先将颗粒物收集在承载物上，再利用光学仪器分析单一颗粒的形状尺寸和化学组分。进行离线分析需要使用收集装置和分析仪器，由于UFPs粒径小，目前商业化的收集装置主要是利用高压静电进行采样，一般收集时间较短，只能进行短期UFPs浓度水平的收集和测量，不适用于研究长期慢性暴露的毒理学研究，而且收集装置的价格较高，能耗较大，操作难度较大。对于分析仪器，在过去的十年中电子显微镜的分辨率和分析能力的发展增强了它在研究超细颗粒方面的应用性，场发射扫描电子显微镜(FESEM)和原子力显微镜(AFM)技术的发展，使分析颗粒物的技术进一步达到了纳米级。根据文献调查，在过去的五六十年里，断断续续地有一些科学家试图通过对收集颗粒物的承载体进行改性用来辨别载体上的酸性颗粒物。例如1967年Horstman和Wagman在《AmericanIndustrialHygieneAssociationjournal》学术期刊上提出了用铁金属涂覆载体并暴露于酸性粒子中，通过电子显微镜观察酸性粒子在载体表层的形态。但是目前这些关于酸性颗粒物测量方法的研究都只是处于试验的初级阶段，而且都未能达到纳米级，难以准确测定大气中酸性超微粒子数量浓度和粒径分布。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于检测大气中酸性超细微粒子的方法及装置，该装置成本较低，能耗较小，操作难度较小，而且能够准确测定大气中酸性超微粒子数量浓度和粒径分布。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种用于检测大气中酸性超细微粒子的装置，其特征在于：所述装置包括采样器和石英晶体微天平，所述采样器用于采集带有酸性超细微粒子的气体，所述石英晶体微天平包括带有晶振片的探头，所述晶振片上涂覆有铁纳米膜，且所述晶振片位于采样器内。在上述技术方案的基础上，所述铁纳米膜的厚度为15～20nm。在上述技术方案的基础上，所述石英晶体微天平的灵敏度为0.02ng。一种用于检测大气中酸性超细微粒子的装置的制备方法，通过磁控溅射向铁耙上喷溅铁纳米膜，所述铁耙的厚度小于1mm，所述铁纳米膜的厚度为15～20nm。在上述技术方案的基础上，所述磁控溅射的条件为：加速电压为800V、磁场为300G、气压为8mTorr、电流密度为40mA/cm、沉淀速率为100nm/min。一种检测大气中酸性超细微粒子的方法，包括以下步骤：S1、向采样器的进气端通入带有酸性超细微粒子的气体，所述晶振片3的铁纳米膜上沉积带有酸性超细微粒子的微粒子并形成细微粒子膜；S2、石英晶体微天平实时称量铁纳米膜表面沉积的微粒子重量，并记录通气完成后的吸附重量为G1；S3、使用惰性气体吹洗带有微粒子的铁纳米膜至非酸性超细微粒子脱落，得到仅带有酸性超细微粒子的铁纳米膜并称量，记录重量为G2，G2为晶振片上吸附的酸性超细微粒子的重量。在上述技术方案的基础上，所述步骤S1中向装置中通入带有酸性超细微粒子气体的时间为4h，气体流速为0.03Lmin-1。在上述技术方案的基础上，所述步骤S2和步骤S3之间还包括以下步骤：将带有微粒子的铁纳米膜放置至少12h至酸性超细微粒子与铁纳米膜紧密结合。在上述技术方案的基础上，所述步骤S3中使用惰性气体吹洗，所述惰性气体的流速为5～40m/s，吹洗时间为5s。在上述技术方案的基础上，所述步骤S3中使用惰性气体吹洗，所述惰性气体的流速为15m/s。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术用于检测大气中酸性超细微粒子的装置，包括采样器和石英晶体微天平，所述采样器用于采集带有酸性超细微粒子的气体，所述石英晶体微天平包括带有晶振片的探头，晶振片上涂覆有铁纳米膜，晶振片位于采样器内，铁纳米膜能够吸附大气中的超细微粒子，石英晶体微天平能够实时测量晶振片的质量变化，进而准确测量铁纳米膜上吸附的超细微粒子，由于铁纳米膜与酸性超细微粒子结合的紧密度远大于其他超细微粒子，因此，通过惰性气体洗脱后的铁纳米膜上仅吸附酸性超细微粒子，石英晶体微天平能够准确测量超细微粒子的质量，本专利技术中的采样器和石英晶体微天平的结构均较简单，携带比较方便，成本较低，且该装置操作难度本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于检测大气中酸性超细微粒子的装置，其特征在于：所述装置包括采样器和石英晶体微天平(10)，所述采样器用于采集带有酸性超细微粒子的气体，所述石英晶体微天平(10)包括带有晶振片(3)的探头，所述晶振片(3)上涂覆有铁纳米膜，且所述晶振片(3)位于采样器内。
【技术特征摘要】
1.一种用于检测大气中酸性超细微粒子的装置，其特征在于：
所述装置包括采样器和石英晶体微天平(10)，所述采样器用于采集
带有酸性超细微粒子的气体，所述石英晶体微天平(10)包括带有晶
振片(3)的探头，所述晶振片(3)上涂覆有铁纳米膜，且所述晶振
片(3)位于采样器内。
2.如权利要求1所述的一种用于检测大气中酸性超细微粒子的
装置，其特征在于：所述铁纳米膜的厚度为15～20nm。
3.如权利要求1所述的一种用于检测大气中酸性超细微粒子的
装置，其特征在于：所述石英晶体微天平(10)的灵敏度为0.02ng。
4.一种权利要求1至3中任一种用于检测大气中酸性超细微粒
子的装置的制备方法，其特征在于：通过磁控溅射向铁耙上喷溅铁纳
米膜，所述铁耙的厚度小于1mm，所述铁纳米膜的厚度为15～20nm。
5.如权利要求4所述的一种用于检测大气中酸性超细微粒子的
装置的制备方法，其特征在于：所述磁控溅射的条件为：加速电压为
800V、磁场为300G、气压为8mTorr、电流密度为40mA/cm、沉淀
速率为100nm/min。
6.一种采用权利要求1至3中任一项所述装置检测大气中酸性
超细微粒子的方法，包括以下步骤：
S1、向采样器的进气端通入带有酸性超细微粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭星，
申请(专利权)人：武汉水天成环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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