一种热-氢测定大气颗粒物中碳质组分的方法，主要步骤是：A)在纯氧气氛下进行颗粒物碳质组分热解析，使有机碳和元素碳分解氧化成CO2和H2O，并避免出现裂解碳；B)同步测定整个热解析过程中CO2和H2O的信号；C)对测定得到的CO2信号谱图进行谱图解析，得到多个谱峰的拟合结果；D)根据H/C信号比值的变化确定有机碳(OC)氧化分解终点；E)根据确定的有机碳(OC)氧化分解终点和CO2信号谱图解析结果，计算出有机碳的面积和元素碳的面积，据此面积定量计算颗粒物中有机碳和元素碳的值。本发明专利技术还公开了用于实现上述方法的装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测定大气颗粒物的方法，更具体地涉及一种热-氢测定大气颗粒物中有机碳(OC)、元素碳(EC)的方法。本专利技术还涉及实现上述方法的装置。
技术介绍
大气颗粒物(大气气溶胶)是最重要的大气污染物之一，近年来大气颗粒物中碳质组分的分析表征工作在颗粒物研究中成为重要内容。以往的研究表明，含碳颗粒物在在总悬浮颗粒物(TSP)中占15-20%的重量，而在直径小于2.5微米的细颗粒中占40-60%的重量。碳质颗粒物的分析研究可以表征有机碳(OC)和元素碳(EC)的不同来源(如OC的主要来源有各种燃烧过程、植物排放、二次有机碳等，EC的主要来源有各种燃烧过程)，同时还可以研究碳质组分的气候效应。0C、EC的测定工作是碳质颗粒物分析表征工作的基础，而准确、实用、可靠的测定方法是完成测定工作的技术手段。目前对于有机碳(OC)和元素碳(EC)的测定还没有公认的标准方法，即使在现有的各种方法、各实验室间的oc、EC测定结果(特别是EC)相差较大。以1999年16家欧洲实验室测量比对的结果为例，有机碳测定结果相对误差为11%，元素碳测定相对误差高达45%。目前的测定方法主要是采用热分析方法或者热分析与光学手段相结合(称为热光方法)的方法，利用碳质颗粒物的物理特性，将OC、EC分开。其中的热分析方法介绍如下:I)热分析方法的原理主要是利用OC分解温度较低，而EC的氧化温度较高的物理性质来测定oc、EC的浓度值。国家环境分析测试中心的元素分析法是利用CHN元素分析仪，先在高温(950°C )测定总碳TC(0C+EC)，再在低温(430-450°C )测定0C，然后通过差减法得出EC。法国科学家Helene Cachier的实验室是先测定TC，通过对样品的前处理将OC去除(在340°C纯氧气氛下放置2小时)，再测定EC，通过差减法得到0C。热分析方法的技术特点及不足有如下两方面:一是采用固定温度测定OC (或者EC)。大气中的碳质颗粒物种类多且复杂，颗粒物样品由于采样地点、时段、周围污染源分布以及气象条件等不同而具有独特性，同时OC、EC的种类繁多且分解氧化温度范围有交叉，固定检测温度显然不能满足要求；二是通过两次测定，差减法计算出EC或者0C，误差叠加会降低测定的准确度。2)热光方法以美国Sunset公司和沙漠研究所为代表的热光方法是现在常用的大气颗粒物碳质颗粒物的测定方法。首先在氦气气氛下升温，OC逐渐解析，再通过催化剂转换成CH4进行测定。然后转换成氦气+氧气的气氛升温，EC会氧化成CO2并转换成CH4进行测定。在氦气气氛测定时，由于OC解析时没有足够的氧，不能使所有的C分子都形成CO2，有一部分C会以EC形式沉积在被分析的膜上，即裂解碳。换成氦气+氧气的气氛后升温，EC被氧化并测定。氦气气氛下测定的是0C，氦气+氧气的气氛下测定的是样品本来的EC和后沉积上的EC。为了将这两种EC分开，引入激光透射率(或者反射率)的技术手段，即被测样品开始测定时有一个透射率(反射率)，随着测定过程中沉积EC的产生，透射率(反射率)会降低；随着气氛的转换，EC氧化，随着EC的减少被测样品的透射率(反射率)逐渐恢复，当恢复到和初始的透射率(反射率)相同时，此前测定出的C被认为属于OC分解时沉积下来的，此后测定出的C是原有的EC。热光方法的技术特点及不足有如下几方面:一是采用氢火焰检测器，灵敏度高；二是开始升温段为氦气气氛，有机碳分解，但产生了裂解碳，由此引入用激光信号进行裂解碳的校正。有人认为氦气气氛值得商榷，与其去校正裂解碳，不如避免裂解碳的产生；三是不同的升温模式下测定的结果会产生很大差别，四是使用激光透射率校正得到的结果和反射率得到的结果并不相符。综合分析公知的颗粒物碳质组分分析方法，基本上是依据OC、EC的物理特性(分解氧化温度、光学性质等)来将OC、EC分开。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热-氢测定大气颗粒物中碳质组分的方法。本专利技术的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的测定装置。为实现上述目的，本专利技术提供的热-氢测定大气颗粒物中碳质组分的方法，主要步骤是:A)在纯氧气氛下进行颗粒物碳质组分热解析，使有机碳和元素碳分解氧化成CO2和H2O,并避免出现裂解碳；B)同步测定整个热解析过程中CO2和H2O的信号；C)对测定得到的CO2信号谱图进行谱图拟合处理，得到多个谱峰的拟合结果；D)根据Η/C信号比值的变化确定有机碳(OC)氧化分解终点；E)根据确定的有机碳(OC)氧化分解终点和CO2信号多谱峰拟合结果，计算出有机碳的面积和元素碳的面积，据此面积定量计算颗粒物中有机碳和元素碳的值。所述的方法，其中，步骤A)进行颗粒物碳质组分热解析是采用线性升温。所述的方法，其中，线性升温的范围是80_950°C。所述的方法，其中，步骤A)纯氧气氛下进行颗粒物碳质组分热解析时加入氧化催化剂。所述的方法，其中，步骤B)同步测定是采用非分散光红外检测技术。本专利技术提供的用于实现上述测定方法的装置，包括:样品燃烧炉和氧化炉的炉内贯穿一石英管，石英管的一端为进样口，另一端连接检测器；样品燃烧炉和氧化炉各自连接一加热与控温装置；贯穿样品燃烧炉和氧化炉的石英管由样品燃烧炉和氧化炉在各自连接的加热与控温装置的控制下分别进行升温和恒温两种温度控制。所述的装置，其中，石英管通过不锈钢管与检测器连接，该不锈钢管设有加热与控温装置。所述的装置，其中，检测器为非分散光红外(NDIR)检测器。所述的装置，其中，加热与控温装置和检测器均连接一计算机。本专利技术是一种热-氢分析方法，依据化学元素组成特性以达到区分0C、EC的目的，即OC中含有较多的H元素，而EC原则上不含有H(实际含有少量H)。根据这一特性，再结合传统的热解析技术、数据处理及谱图解析技术，最终达到定量测定颗粒物中总碳TC并将OC、EC分开定量的目的。附图说明图1是本专利技术的热-氢测定装置结构图。图2是本专利技术一实施例中颗粒物样品的Η/C比值示例。图3是本专利技术一实施例中颗粒物样品碳质信号谱峰的拟合结果。具体实施例方式本专利技术热-氢测定大气颗粒物中碳质组分的方法，主要步骤是:A)在载气为纯氧的气氛下对石英管4中的颗粒物碳质组分进行热解析，避免裂解碳的产生；该载气通入量的控制是通过一计算机9控制质量流量计10来实现，还可以在质量流量计10与石英管4之间串接一浮子流量计11。B)实现了整个热解析过程中C02、H2O信号的同步测定(非分散光红外(NDIR)检测技术)。C)采用线性升温方式，利用谱图解析软件对得到的颗粒物样品热解析过程中得到的CO2信号谱图进行谱图拟合处理，得到的多个谱峰的拟合结果。D)根据Η/C信号比值的变化确定OC氧化分解终点。E)根据确定的OC氧化分解终点和CO2信号多谱峰拟合结果，计算出有机碳的面积(Soc)和元素碳的面积(Sk)，并且根据Sre和Sk定量计算颗粒物中OC、EC值。以下结合附图作详细说明。本专利技术的热-氢测定方法主要包括三大部分，第一是热解析部分、第二是CO2和H2O信号同步检测、第三是数据处理计算部分。下面分别阐述各部分的设计原理和目标:本专利技术的颗粒物中碳质组分热解析装置是要求碳质组分尽可能氧化完全，即0C、EC尽可能的完全分解氧化成CO2和H2O,以供后面信号检测。具体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热?氢测定大气颗粒物中碳质组分的方法，主要步骤是：A)在纯氧气氛下进行颗粒物碳质组分热解析，使有机碳和元素碳分解氧化成CO2和H2O，并避免出现裂解碳；B)同步测定整个热解析过程中CO2和H2O的信号；C)对测定得到的CO2信号谱图进行谱图拟合处理，得到多个谱峰的拟合结果；D)根据H/C信号比值的变化确定有机碳氧化分解终点；E)根据确定的有机碳氧化分解终点和CO2信号拟合结果，计算出有机碳的面积和元素碳的面积，据此面积定量计算颗粒物中有机碳和元素碳的值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董树屏，刘咸德，李玉武，刘志强，狄一安，何涛，郭靖，杨勇杰，任立军，于跃，周瑞，
申请(专利权)人：国家环境分析测试中心，
类型：发明
国别省市：
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