本发明专利技术公开了一种重量法大气颗粒物浓度在线监测的采样、称量装置与方法。中心有圆孔的隔板将密封罩分成上、下两部分，下部放置电子天平，上部安装进、出气管，该进气管管口安装了对接口。滤膜夹放在圆桶形支架上，电机驱动托盘可携支架穿过隔板的圆孔上、下移动，上升至顶端可使滤膜夹与对接口紧密对接，此时支架的底部将隔板圆孔封闭，气流经滤膜截获颗粒物后从支架侧壁的通风孔进入密封罩的上部，继而从出气管抽走。托盘下降将支架放在天平上可进行滤膜称量，此时气流不经过密封罩而从旁路外排。在单片机控制下，采样、称量可自动、连续进行。本发明专利技术实现了采样、称量、数据处理的自动化，使经典的重量法能应用于空气颗粒物质量浓度的在线监测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种空气颗粒物质量浓度在线监测的装置与方法，特别是关于一种用重量法进行空气颗粒物质量浓度在线监测的采样、称量装置和方法。空气颗粒物指的是分散在空气中的固态或液态颗粒状物质，根据其粒径大小，又可分为空气动力学直径小于或等于100 Mffl的总悬浮颗粒物(TSP)和空气动力学直径小于或等于IOMm的可吸入颗粒物(PM10)。可吸入颗粒物又可细分为细粒PM2.5(空气动力学直径小于或等于2.5 Mm)和粗粒(空气动力学直径介于2.5Mm至IOMm )。流行病学和毒理学的研究表明:人群呼吸系统和心血管系统疾病发病率、住院人数以及人群死亡率等都与大气中颗粒物浓度的变化相关。颗粒物，尤其是细颗粒物是其它污染物进入人体的载体，能够被吸入肺泡直接进入血液，严重危害人体健康，被公认为对人体健康危害最大，且代表性最强的大气污染物。颗粒物除对人体健康产生不良影响以外，还会对能见度、酸沉降、云和降水、大气的辐射平衡、平流层和对流层的化学反应等造成重要影响。因此，为保障人体健康、客观反映环境质量，需要对空气颗粒物质量浓度进行在线、连续、精确的监测。根据最新颁布的《环境空气PMlO和PM2.5的测定重量法》(HJ 618-2011)，进行空气颗粒物质量浓度监测的标准方法是重量法，用能够截获颗粒物的滤膜，采样前在15 30°C中任一温度下，在(50±5)%的相对湿度下进行恒重后得其初始质量，采样过程中精确测控采样流量和时间——累计记录采样标准状态体积，采样后回到15 30°C的同一温度、(50±5) %的相对湿度下恒重后称得其截获质量，以初始质量、截获质量、采样标准状态体积计算出颗粒物浓度的监测结果。重量法的原理简单，测定数据可靠，测量不受颗粒物形状、大小、颜色、化学组成等的影响。因此，重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其它方法是否准确的标杆。但重量法采样、称量都需要手工操作，程序比较繁琐、费时，不能立即给出测试结果，这就限制了该方法在空气颗粒物质量浓度自动、在线监测领域的应用。目前市场上用于环境空气颗粒物质量浓度在线监测的仪器主要采用振荡天平法和b射线法。1980年代R&P公司将振荡天平技术应用于空气颗粒物自动监测，其测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一个一端固定、另一端装有滤膜的空心锥形玻璃管，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时空心锥形玻璃管在电场作用下往复振荡，其振荡频率随滤膜上收集的颗粒物的质量变化而发生改变，仪器通过准确测量频率的变化计算出采集到的颗粒物的质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的气体样品体积计算得出空气中颗粒物的质量浓度。但是温度也会影响锥形玻璃管的振荡频率，所以必须保证振荡天平的工作温度不受气体样品温度变化的影响。因此，振荡天平法颗粒物质量浓度监测仪都有加热、保温的部件与构造，以保障振荡天平在被测样品气流中，其工作温度能够保持恒定，一般为50°C，大大超过了标准重量法称重时的温度(15_30°C)。这使得一部分在标准重量法测定时稳定存在的物质由于温度的升高而挥发损失，导致测值偏低。据报道，振荡天平法测值一般比标准重量法约低8%。为补偿这部分因高温挥发带来的监测结果误差，Thermo Fisher Scientific公司采用滤膜动态测量系统(FDMS)来进行补偿的修正。FDMS让采样的滤膜周期性、间歇地使用经冷凝和颗粒物过滤的洁净空气进行吹扫，将在洁净空气吹扫期间颗粒物的减少量来补偿原测定结果。FDMS系统补偿的理想前提是:那些在标准重量法测定时“不该”挥发的物质，在高温(50°C)下在12分钟内(一个采样和吹扫周期)随时间匀速挥发释放，只有这种情况下吹扫期间减少的质量才能够补偿因过高温度而挥发失去的颗粒物质量。而在实际环境条件下这样的前提很难满足，尤其是气化温度在30-50°C之间的物质，当加热到50°C时很快就挥发殆尽了，对这些组分FDMS系统显然是无法补偿的，这显然将影响监测结果的准确性。β射线法是将颗粒物收集在滤纸上，利用粉尘粒子吸收β射线的量与粉尘粒子的质量成正比关系的原理来监测。原子核在发生b衰变时放出b粒子，其穿透力较强，当它穿过一定厚度的吸收物质时，b射线强度随吸收层厚度增加而逐级减弱的现象叫做b吸收。当吸收物质的厚度比b粒子的射程小很多时，b射线在物质中的吸收近似为:I = Icie-'式中:1。为没有吸收物质时的b射线强度；1为b射线穿过厚度为I的吸收物质后的强度士为质量吸收系数或质量衰减系数，单位为cm2/g ；1为颗粒物层的质量厚度，单位为g/cm2。可见，b射线法是一种通过测量颗粒物层厚度来间接表征颗粒物质量浓度的方法，仪器校准采用标准膜片，并假定标准膜片的材质与所采颗粒物的成分相同。而环境中颗粒物的组成千差万别，对于不同的物质，μ随原子序数的增加而缓慢地增加。因此，b射线法测定的结果不光取决于空气颗粒物的质量浓度，还受颗粒物化学组成的影响。b射线法测定仪的滤纸带需要连续传动，采样气体的湿度过大可能会导致滤纸受潮、纸带韧性降低，在纸带传动过程中则易被拉断，使得仪器故障无法正常运行。为了防止滤纸受潮，常采用加热的方法以降低空气相对湿度，过高的加热温度同样会带来挥发性组分的损失。由于这些因素带来的误差，影响了 b射线法与标准重量法测值的可比性，据报道，b射线法测定结果与经典重量法数据的相关性仅在77%到90%之间，远低于振荡天平法与标准重量法测试数据间的相关性(94%到99%)。b射线法测定结果比标准重量法平均高约7%。
技术实现思路
针对以上所述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种重量法大气颗粒物质量浓度在线监测的采样、称量装置与方法，解决了传统重量法不能连续、自动采样，以及不能自动、实时分析的缺陷，可获得实时、准确的颗粒物质量浓度数据，从而可将经典的重量法应用于大气颗粒物质量浓度的在线监测。本专利技术所采用的技术方案:一种重量法大气颗粒物浓度在线监测的采样、称量装置，包括空气样品输送系统、颗粒物捕集系统、滤膜夹升降系统、质量称量系统、智能控制系统。所述空气样品输送系统由抽气泵和气体管路组成，气体管路一端接到样品气体的除湿调温器的出口，另一端经三通管2接到进气管，该进气管穿过密封罩的顶部进入罩内；密封罩由隔板分成上、下两部分，上部为气体通道，密封罩的上部在左侧壁上开孔并安装了出气管道，该出气管道依次接到三通管I和抽气泵；三通管2的另一接口通过管路、弯头和三通管I接到抽气泵。所述的颗粒物捕集系统由对接口和滤膜夹组成，圆盘形对接口安装、固定在穿过密封罩顶部的进气管的出口端，为了保证对接口的稳定，在对接口的背面安装了 3个加强筋板，3个加强筋板呈120°夹角均匀分布，并固定在空气管道上、卡到密封罩的顶板上；对接口与滤膜夹的对接面安装、固定有橡胶密封圈和分离弹簧；圆形滤膜放置在圆盘状滤膜夹底座里，底座下面遍布通气网孔，用密封圈和压环将滤膜固定在滤膜夹的底座上。质量称量系统由带有自动内校正功能的电子天平和滤膜夹的支架组成，支架呈敞口、中空、有底的圆桶形结构，圆桶的底部大小刚好能够堵住密封罩隔板中间的圆孔，为了保证在滤膜收集颗粒物时气流进入不了密封罩下部的天平室，圆桶底板的下缘安装了橡胶密封圈，圆桶的顶部为内设凹槽的圆环，滤膜夹刚好能够卡入本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种重量法大气颗粒物浓度在线监测的采样、称量装置，包括空气样品输送系统、颗粒物捕集系统、滤膜夹升降系统、质量称量系统、智能控制系统，其特征在于，由抽气泵和气体管路组成：气体管路一端接到样品气体的除湿调温器的出口，另一端经三通管接到进气管，该进气管穿过密封罩的顶部进入罩内；密封罩由隔板分成上、下两部分，上部为气体通道，密封罩的上部在左侧壁上开孔并安装了出气管道，该出气管道依次接到三通管和抽气泵；三通管的另一接口通过管路、弯头和三通管接到抽气泵，颗粒物捕集系统由滤膜夹和对接口组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴代赦，朱衷榜，黄双蕾，姚秀红，
申请(专利权)人：江西怡杉环保有限公司，
类型：发明
国别省市：
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