【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及氣溶膠單液滴檢測，尤其涉及一種真實大氣氛圍下的氣溶膠單微滴監(jiān)測裝置和方法。
技術介紹
1、大氣氣溶膠是大氣中一次污染物向二次污染物轉化的有效微型反應場所，微滴的界面及體相反應過程的監(jiān)測也是研究大氣霧霾污染形成過程的重要手段。
2、但是，現(xiàn)有的氣溶膠單微滴監(jiān)測裝置通常與氣瓶相連，將氣瓶中的純氣體(例如氮氣)作為監(jiān)測單液滴的環(huán)境氣體，并通入特定的反應氣體，在反應氣體與環(huán)境氣體的混合氣體中監(jiān)測單液滴性質變化。然而，反應氣體與環(huán)境氣體的混合氣體與真實的大氣氣氛還是有較大差別的，真實大氣的成分是復雜的，且其組成會因光照發(fā)生改變，通過單液滴在反應氣體與環(huán)境氣體的混合氣體中的暗反應性質變化并不能明確其在真實大氣中的性質變化。
3、另外，飽和蒸氣壓參數(shù)的精準測量是認識pm2.5爆發(fā)式增長過程中二次有機氣溶膠生成驅動力的一種重要物理化學參數(shù)。通過實時、原位觀測單液滴在特定氛圍中關于粒徑和組分的變化，從而解決揮發(fā)性物質的氣粒分配過程中的關鍵理化參數(shù)高質量數(shù)據(jù)測量的難題，為揭示大氣細顆粒物污染中二次有機氣溶膠生成與增長的關鍵驅動力，研發(fā)揮發(fā)性物質的單液滴飽和蒸氣壓測量裝置具有重要的意義。
4、現(xiàn)有的氣溶膠單微滴監(jiān)測裝置和方法對含揮發(fā)性組分的單液滴飽和蒸氣壓參數(shù)的檢測結果誤差較大。
技術實現(xiàn)思路
1、鑒于上述的分析，本專利技術實施例旨在提供一種真實大氣氛圍下的氣溶膠單微滴監(jiān)測裝置和方法，用以解決現(xiàn)有的氣溶膠單微滴監(jiān)測裝置存在至少以下問題之一：(1)無法監(jiān)測
2、一方面，本專利技術提供了一種真實大氣氛圍下的氣溶膠單微滴監(jiān)測裝置，所述裝置包括單液滴光鑷懸浮裝置、氣路系統(tǒng)、微滴泵入系統(tǒng)、光束耦合系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)和微滴檢測裝置；
3、其中，所述氣路系統(tǒng)包括真實大氣氣路系統(tǒng)，所述真實大氣氣路系統(tǒng)與所述單液滴光鑷懸浮裝置連通，所述微滴泵入系統(tǒng)與所述單液滴懸浮系統(tǒng)連通，所述光束耦合系統(tǒng)分別與所述單液滴光鑷懸浮裝置、所述信號檢測系統(tǒng)和所述微滴檢測裝置連通；
4、所述真實大氣氣路系統(tǒng)包括第一氣路和第二氣路，所述第一氣路和第二氣路均與真實大氣連通，所述第一氣路和第二氣路分別與單液滴光鑷懸浮裝置連通，所述第二氣路上設置泵氣裝置，所述泵氣裝置為真空泵或空氣壓縮機；
5、所述單液滴光鑷懸浮裝置包括樣品池，所述樣品池包括同心的外環(huán)壁和內環(huán)壁，所述外環(huán)壁與內環(huán)壁的一側連接，連接處設置貫穿外環(huán)壁和內環(huán)壁的單液滴入口；所述外環(huán)壁與內環(huán)壁上均有多個貫穿環(huán)壁且間隔設置的氣體入口和氣體出口，所述外環(huán)壁上的氣體入口和氣體出口與內環(huán)壁上的氣體入口和氣體出口錯開設置；
6、所述氣體入口的直徑和氣體出口的直徑均小于所述單液滴入口的直徑。
7、優(yōu)選地，所述第一氣路上還設置有過濾裝置。
8、優(yōu)選地，所述第一氣路和第二氣路上均設置氣體成分分析儀。
9、優(yōu)選地，所述第一氣路上還設置有溫濕度記錄儀。
10、優(yōu)選地，所述第二氣路上還設置有質量流量計和流量閥門。
11、優(yōu)選地，所述氣路系統(tǒng)還包括濕度調節(jié)氣路系統(tǒng)，所述濕度調節(jié)氣路系統(tǒng)與所述微滴泵入系統(tǒng)連通。
12、優(yōu)選地，所述外環(huán)壁與所述內環(huán)壁之間的間距為2-3mm。
13、優(yōu)選地，所述樣品池的底部設置石英玻璃片，所述石英玻璃片上設置有陰離子表面活性劑層。
14、優(yōu)選地，所述陰離子表面活性劑層的厚度為0.1-0.2mm。
15、另一方面，本專利技術還提供了一種真實大氣氛圍下的氣溶膠單微滴監(jiān)測方法，采用上述真實大氣氛圍下的氣溶膠單微滴監(jiān)測裝置，所述方法包括：
16、所述微滴泵入系統(tǒng)將氣溶膠以單液滴的形態(tài)泵入單液滴光鑷懸浮裝置的樣品池中；
17、光束耦合系統(tǒng)發(fā)出的激光作為捕獲光束，在樣品池中通過光鑷技術捕獲一個單液滴并將其懸浮；
18、將第一氣路和第二氣路中的一個氣路作為進氣氣路，另一個氣路作為出氣氣路，通過進氣氣路向樣品池中通入真實大氣，真實大氣流經樣品池時與單液滴中特定成分發(fā)生反應；
19、單液滴的散射光信號分別輸入至信號檢測系統(tǒng)和微滴檢測裝置，根據(jù)光信號數(shù)據(jù)監(jiān)測單液滴在真實大氣氣氛下反應過程中的性質變化，并根據(jù)單液滴反應前后的單液滴半徑數(shù)值變化計算飽和蒸氣壓。
20、與現(xiàn)有技術相比，本專利技術至少可實現(xiàn)如下有益效果之一：
21、1、本專利技術在氣溶膠單微滴監(jiān)測裝置上設置真實氣體氣路系統(tǒng)，第一氣路和第二氣路直接與外界環(huán)境的真實大氣連通，通過泵氣裝置直接將真實大氣引入樣品池，通過第一氣路和第二氣路中的一個氣路向樣品池中通入真實大氣，另一個氣路排出反應后的真實大氣，通過信號檢測系統(tǒng)和微滴檢測裝置監(jiān)測單液滴在真實大氣氣氛下反應過程中的性質變化。
22、2、本專利技術的樣品池包括外環(huán)壁和內環(huán)壁，外環(huán)壁和內環(huán)壁連接處設置貫穿外環(huán)壁和內環(huán)壁的單液滴入口，外環(huán)壁與內環(huán)壁上均有多個貫穿環(huán)壁且間隔設置的氣體入口和氣體出口，所述外環(huán)壁上的氣體入口和氣體出口與內環(huán)壁上的氣體入口和氣體出口錯開設置，該結構可以使氣體均勻進入和均勻排出樣品池，且保證樣品池中的氣壓穩(wěn)定，進而使光鑷穩(wěn)定懸浮單液滴；另外，氣體均勻進入和排出樣品池，可以避免局部氣壓過高或過低，減少因氣壓不均一導致液滴在樣品池進入時分布不均勻，有效解決了氣壓不均一可能導致液滴沉積器壁的問題；而且，樣品池氣壓穩(wěn)定有助于維持單液滴的懸浮狀態(tài)，減少因氣壓波動所引起的液滴與器壁的接觸，進而減小器壁效應對飽和蒸氣壓帶來的誤差影響；
23、氣體入口的直徑和氣體出口的直徑均小于單液滴入口的直徑，從單液滴入口向樣品池泵入單液滴時，能夠產生并增強氣溶膠液滴在樣品池中的湍流效果，湍流可以增強液滴在樣品池中的混合和運動，減少液滴沉積在內壁的概率和可能性；急而回旋的氣流并非簡單地從進口到出口，而是憑借湍流作用向樣品池中心(即激光聚焦中心)趨近，同時回旋效果也能加大聚焦中心以外的氣流重新回到焦點的概率，進而增加其捕獲效率，降低氣溶膠液滴沉積于樣品池內壁的概率，減小器壁效應對飽和蒸氣壓帶來的誤差影響。
24、3、本專利技術的樣品池底部設置涂覆有陰離子表面活性劑的石英玻璃片，陰離子表面活性劑減小類球形液滴表面張力的同時，令樣品池底部的液滴不再以類球形的形式沉積，而是直接鋪展于樣品池底部，避免了樣品池底部的含有揮發(fā)性化學組分的液滴因其曲面結構所帶來的曲面壓力而引發(fā)的飽和蒸氣壓誤差。
25、4、本專利技術在微滴泵入系統(tǒng)中設置了液滴束流裝置，當氣溶膠液滴經過液滴束流裝置時，液滴束流裝置將液滴從聚集狀態(tài)變?yōu)閱畏稚⒌膯未旱沃鹨贿M入樣品池。
26、5、本專利技術的氣溶膠發(fā)生器與液滴束流裝置之間設置截止閥，當液滴進入液滴束流裝置后，可以關閉截止閥，通過濕度調節(jié)氣路系統(tǒng)向液滴束流裝置中通入稀釋氣體(例如氮氣)，對液滴束流裝置中液滴進行稀釋，進一步促進液滴束流裝置將液滴從聚集本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種真實大氣氛圍下的氣溶膠單微滴監(jiān)測裝置，其特征在于，所述裝置包括單液滴光鑷懸浮裝置、氣路系統(tǒng)、微滴泵入系統(tǒng)、光束耦合系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)和微滴檢測裝置；
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一氣路上還設置有過濾裝置。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一氣路和第二氣路上均設置氣體成分分析儀。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一氣路上還設置有溫濕度記錄儀。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二氣路上還設置有質量流量計和流量閥門。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述氣路系統(tǒng)還包括濕度調節(jié)氣路系統(tǒng)，所述濕度調節(jié)氣路系統(tǒng)與所述微滴泵入系統(tǒng)連通。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述外環(huán)壁與所述內環(huán)壁之間的間距為2-3mm。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述樣品池的底部設置石英玻璃片，所述石英玻璃片上設置有陰離子表面活性劑層。
9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述陰離子表面活性劑層的厚度為0
10.一種真實大氣氛圍下的氣溶膠單微滴監(jiān)測方法，其特征在于，采用權利要求1-9中任意一項所述的真實大氣氛圍下的氣溶膠單微滴監(jiān)測裝置，所述方法包括：
...【技術特征摘要】
1.一種真實大氣氛圍下的氣溶膠單微滴監(jiān)測裝置，其特征在于，所述裝置包括單液滴光鑷懸浮裝置、氣路系統(tǒng)、微滴泵入系統(tǒng)、光束耦合系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)和微滴檢測裝置；
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一氣路上還設置有過濾裝置。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一氣路和第二氣路上均設置氣體成分分析儀。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一氣路上還設置有溫濕度記錄儀。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二氣路上還設置有質量流量計和流量閥門。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張韞宏，張曉武，黃啟燊，劉湃，劉雨昕，曹雪，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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