本申请公开了一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置，包含样气进口、凝结增长腔、超纯水供给通道、水蒸气供给通道、颗粒物收集模块、监测模块和温度控制模块；凝结增长腔呈圆柱体，由空心圆柱状储水滤芯与储水滤芯外部同轴装配的不锈钢套管组成，储水滤芯包含依次设置的进气口、低温稳定区、高温相变区、扩大增长区和出气口；样气进口与凝结增长腔的进气口连接；纯水供给通道用于给储水滤芯提供纯水使储水滤芯保持水饱和，水蒸气供给通道用于向凝结增长腔的高温相变区内提供水蒸气。本申请基于饱和水蒸气凝结增长原理，设计三段式温度分区的凝结增长腔，能高效收集大气中的纳米级颗粒物用于后续ROS分析，提升了大气颗粒物ROS监测的准确度。的准确度。的准确度。
【技术实现步骤摘要】
一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置
[0001]本申请涉及一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置。
技术介绍
[0002]近些年的空气污染问题，特别是细颗粒物（PM
2.5
）污染逐渐引起了政府和公众的广泛关注。在经过国家的排放管控后，PM
2.5
的质量浓度在许多城市得到了有效控制，但是其浓度依旧处于高位。大气颗粒物可以经呼吸进入人呼吸道深处（肺泡等部位），进而进入人体的循环系统，对人造成巨大危害。目前，以活性氧簇（ROS）为中心的氧化应激生理机制被广泛地用于解释颗粒物对人体造成危害的机制，大气颗粒物ROS浓度的监测对于评估大气颗粒物的健康风险、准确评价空气质量具有重要意义。
[0003]基于此，学界发展了大气颗粒物活性氧簇的分析方法，例如化学发光法、电子顺磁共振法和分光光度法等；但是这些方法基本上都是离线分析技术，一般需要先利用滤膜采集大气颗粒物，然后提取颗粒物进行后续的ROS分析。离线的分析方法耗时耗力，且离线的ROS分析浓度往往不能正确反映实际大气颗粒物的ROS浓度，因为ROS往往具有寿命短、活性高的特点。荧光探针法因具有快速、准确、灵敏等优点广泛应用于ROS的在线监测；其中，2 ,7
‑
二氯荧光素二乙酸酯（2',7'
‑
Dichlorofluoresceindiacetate, 简称DCF
‑
DA）探针法是目前较为常用的ROS在线监测技术，但是DCF
‑
DA存在易被氧化、背景荧光值高、灵敏度较低等缺点；而且它一般需要与酶催化剂（辣根过氧化物酶，简称HRP）联用，在线监测流程会较为复杂，酶活性也很可能受样品成分的干扰。此外，在线监测大气颗粒物ROS的一个难点在于如何有效捕集纳米级颗粒物用于后续的ROS分析。专利公开号为CN 108051343 A的专利提供了一种在线监测大气颗粒物活性氧物质的系统及方法，该系统使用了凝结增长腔来捕集大气中的纳米级颗粒物，基于促荧光硝基氧（profluorescent nitroxide，简称PFN）来实现大气颗粒物ROS的准确在线监测，但是该系统存在以下缺点：（1）凝结增长腔未采取温度分区，颗粒物气流和饱和水蒸气混合后的气流温度可能过高，不利于后续的在线监测；（2）整个系统中没有涉及样气预处理装置和气泡去除装置，可能会对在线监测结果的准确度有影响；（3）没有提供微型荧光检测器便于监测装置微型化、轻量化。
技术实现思路
[0004]针对现有技术存在的上述技术问题，本申请的目的在于提供一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置。为了更准确地在线监测大气颗粒物的活性氧簇，本专利技术基于水蒸气凝结增长技术，设计温度分区的凝结增长腔，提升对纳米颗粒物的捕集效率，并在此基础上设计了在线监测大气颗粒物ROS的装置；并且在监测系统进样装置中设计了前置预处理装置去除样气中的臭氧和有机气体等，在后续监测系统中设计气泡去除装置，以提升在线监测系统的准确度。本专利技术提供的技术方案可以更准确地对大气颗粒物的ROS进行在线监测，以解决目前对于大气颗粒物ROS分析中存在的纳米级颗粒物捕集效率低、ROS分析准确度不高等问题。
[0005]本申请采用的技术方案如下：
[0006]一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置，包含样气进口、凝结增长腔、超纯水供给通道、水蒸气供给通道、颗粒物收集模块、监测模块和温度控制模块。凝结增长腔呈圆柱体，由空心圆柱状储水滤芯与储水滤芯外部同轴装配的不锈钢套管组成，所述储水滤芯包含依次设置的进气口、低温稳定区、高温相变区、扩大增长区和出气口。所述温度控制模块位于凝结增长腔外侧，用于控制增长腔从入口至出口三个连续的区域的温度。所述样气进口与凝结增长腔的进气口连接。所述颗粒物收集模块与凝结增长腔的出气口连接，监测模块用于对颗粒物收集模块收集的大气颗粒物活性氧簇进行分析检测。所述纯水供给通道用于给储水滤芯提供纯水使储水滤芯保持水饱和，水蒸气供给通道用于向凝结增长腔的高温相变区内提供水蒸气。
[0007]进一步地，所述样气进口中设置活性炭清除器，用于去除空气中的臭氧和有机气体，以排除活性气体对颗粒物ROS测定的干扰。
[0008]进一步地，温度控制模块中设置有温度传感器，用于监测控制增长腔的三个区域的温度；控制增长腔的低温稳定区与高温相变区之间以及高温相变区与扩大增长区之间均采用绝热环隔绝温度，以便严格控制各个区域的温度。
[0009]进一步地，所述纯水供给通道包括水泵、超纯水储存容器及排水管道，水泵和超纯水储存容器依次通过管道与储水滤芯连接，用于使过储水滤芯保持水饱和；所述储水滤芯还与排水管道连接，用于排出水。
[0010]进一步地，储水滤芯材质为多孔尼龙介质材料，且多孔尼龙介质材料的孔隙直径不小于1微米。
[0011]进一步地，所述水蒸气供给通道包括饱和水汽通道和超纯水储存加热装置，超纯水储存加热装置通过管道连接饱和水汽通道，饱和水汽通道外部包裹隔热材料防止水蒸气冷凝，饱和水汽通道的出口再连接至所述低温稳定区和高温相变区交界处，用于向凝结增长腔的高温相变区内提供水蒸气。
[0012]进一步地，所述颗粒物收集模块包括进样气泵、质量流量控制器、去离子水储槽、蠕动泵、湿式过滤器以及收集器，所述收集器通过湿式过滤器与凝结增长腔的出气口连接，进样气泵通过质量流量控制器与收集器由管道连接，在进样气泵的工作下能够提供负压为大气颗粒物进入凝结增长管提供动力，质量流量控制器用于控制进样气泵的流速；所述去离子水储槽通过蠕动泵与凝结增长腔的出气口连接，蠕动泵将去离子水储槽内的去离子水输送至凝结增长腔的出气口处与颗粒物气流汇合，然后进入到湿式过滤器，经过滤后的溶液进入收集器，颗粒物收集模块是从凝结增长腔的出气口至收集器的颗粒物收集的过程。
[0013]进一步地，所述湿式过滤器包括一个放置在PEEK网支架上的滤膜，去离子水与颗粒物气流汇合经过湿式过滤器确保所述滤膜始终湿润；所述收集器内收集有去离子水与颗粒物气流汇合的溶液，溶液的液面上方放置聚四氟乙烯材质的反光浮动环面，收集器侧部设置有用于监测收集器中溶液的液面高度的液面传感器。
[0014]进一步地，监测模块是颗粒物收集器至最后被微型荧光检测器监测的阶段，所述监测模块包括PFN试剂、气泡去除装置以及微型荧光检测器，利用蠕动泵将收集器中的溶液以及PFN试剂分别泵出后混合得到颗粒物和PFN的混合溶液，颗粒物和PFN的混合溶液通过管道送入至气泡去除装置，气泡去除装置内的混合溶液再经蠕动泵输送进入微型荧光检测
器被分析测定；其中，所述微型荧光检测器包含微型光谱仪、搭载光源的微流控荧光池。
[0015]所述的一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置，其特征在于微流控荧光池，包含微流体端口、液体通道、石英池体腔体、光阱、光源端口和光谱仪端口，所述微流体端口与液体通道连通，液体通道设置于石英池体腔体内，光谱仪端口用于对石英池体腔体内的液体通道中的溶液进行分析测定，溶液通过位于微流体端口连通的液体通道进入石本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置，其特征在于包含样气进口、凝结增长腔、超纯水供给通道、水蒸气供给通道、颗粒物收集模块、监测模块和温度控制模块；所述凝结增长腔呈圆柱体，由空心圆柱状储水滤芯（23）与储水滤芯外部同轴装配的不锈钢套管（22）组成，所述储水滤芯（23）包含依次设置的进气口（1）、低温稳定区（2）、高温相变区（7）、扩大增长区（8）和出气口（12）；所述温度控制模块位于凝结增长腔外侧，用于控制增长腔从入口至出口三个连续的区域的温度；所述样气进口与凝结增长腔的进气口连接；所述颗粒物收集模块与凝结增长腔的出气口连接，监测模块用于对颗粒物收集模块收集的大气颗粒物活性氧簇进行分析检测；所述纯水供给通道用于给储水滤芯（23）提供纯水使储水滤芯（23）保持水饱和，水蒸气供给通道用于向凝结增长腔的高温相变区（7）内提供水蒸气。2.如权利要求1所述的一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置，其特征在于所述样气进口中设置活性炭清除器（25），用于去除空气中的臭氧和有机气体，以排除活性气体对颗粒物ROS测定的干扰。3.如权利要求1所述的一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置，其特征在于温度控制模块中设置有温度传感器，用于监测控制增长腔的三个区域的温度；控制增长腔的低温稳定区（2）与高温相变区（7）之间以及高温相变区（7）与扩大增长区（8）之间均采用绝热环（4）隔绝温度，以便严格控制各个区域的温度。4.如权利要求1所述的一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置，其特征在于所述纯水供给通道包括水泵（13）、超纯水储存容器（14）及排水管道（11），水泵（13）和超纯水储存容器（14）依次通过管道与储水滤芯（23）连接，用于使过储水滤芯保持水饱和；所述储水滤芯（23）还与排水管道（11）连接，用于排出水。5.如权利要求1所述的一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置，其特征在于储水滤芯材质为多孔尼龙介质材料，且多孔尼龙介质材料的孔隙直径不小于1微米。6.如权利要求1所述的一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置，其特征在于所述水蒸气供给通道包括饱和水汽通道（18）和超纯水储存加热装置（15），超纯水储存加热装置（15）通过管道连接饱和水汽通道（18），饱和水汽通道（18）外部包裹隔热材料防止水蒸气冷凝，饱和水汽通道（18）的出口再连接至所述低温稳定区（2）和高温相变区（7）交界处，用于向凝结增长腔的高温相变区（7）内提供水蒸气。7.如权利要求1所述的一种在线监测大气颗粒物活性氧簇的装置，其特征在于所述颗粒物收集模块包括进样气泵（26）、质量流量控制器（27...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕彦，庞小兵，胡丽玲，
申请(专利权)人：浙江工业大学绍兴研究院，
类型：新型
国别省市：
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