專利名稱：一種pm10單級(jí)大氣采樣切割器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境大氣采集與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種PMlO單級(jí)大氣采樣切割器。
背景技術(shù)：
大氣環(huán)境對(duì)人們的生活及健康有著至關(guān)重要的影響，因此對(duì)于大氣環(huán)境中的顆粒物的監(jiān)控也尤為重要。一直以來，PMlO可吸入顆粒物都是大氣環(huán)境的監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，PMlO指的是空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑< IOym的顆粒，也稱為可吸入顆粒物，通過呼吸系統(tǒng)可以吸入人體，而且在環(huán)境中滯留時(shí)間較長(zhǎng)，以及吸附的重金屬和有毒有害物質(zhì)較多，因而對(duì)人體的健康會(huì)產(chǎn)生重要影響?？晌腩w粒物被人吸入后，會(huì)累積在呼吸系統(tǒng)中，PMlO顆粒物通常沉積在上呼吸道，易引發(fā)許多疾病。PMlO作為空氣中的重要污染物，能夠反映一個(gè)地區(qū)的氣溶膠狀況，是空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。 大氣顆粒物的分級(jí)采集技術(shù)中最主要采用的是沖擊切割技術(shù)，即利用慣性沖擊原理對(duì)顆粒物進(jìn)行分級(jí)采樣，同時(shí)采集PMlO以及氣態(tài)POPs，就需要采用多功能采樣器。由于我國(guó)對(duì)氣溶膠顆粒的研究起步比較晚，國(guó)內(nèi)環(huán)保部門使用的氣溶膠顆粒的采樣設(shè)備大都靠國(guó)外的引進(jìn)，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)氣溶膠采集設(shè)備的能力較弱，尚無較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。在國(guó)際上較常用的MOUDIMMI、Andersen八級(jí)沖擊米樣器、Sioutas Cascade Impactor (SKC),其流量?jī)H為9L/min-90L/min,而且體積較小,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足顆粒態(tài)POPs分析所要求的樣品量。此夕卜，這些采樣器也都不能同時(shí)采集氣態(tài)POPs。而在大氣POPs研究中較為常用的大流量采樣器，如Tisch Environmental>Thermo Scientific和Digitel等，雖然能夠同時(shí)米集顆粒態(tài)和氣態(tài)污染物，但是其采集的顆粒物也基本為總懸浮顆粒物(TSP)，實(shí)現(xiàn)不了顆粒物的分級(jí)采集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種PMlO單級(jí)大氣采樣切割器?？赏瑫r(shí)地有效采集空氣中的PMlO氣溶膠和環(huán)境空氣中農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯和多環(huán)芳香烴等物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)顆粒物的分級(jí)采集。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種PMlO單級(jí)大氣采樣切割器，所述PMlO單級(jí)大氣采樣切割器大致為圓柱形，直徑為29(T310 mm ;所述PMlO單級(jí)大氣采樣切割器包括切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、濾膜收集層、氣態(tài)有機(jī)污染物收集層及出氣層，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、濾膜收集層、氣態(tài)POPs收集層及出氣層依次密封串接；所述沖擊咀層包括沖擊咀及沖擊咀板，所述沖擊咀等距排列并垂直插入所述沖擊咀板形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀數(shù)量為6、個(gè)，所述沖擊咀為管狀，內(nèi)徑為l(Tl2mm，外徑為18 20 mm，高為55飛8 mm ;所述沖擊板層設(shè)有沖擊板，所述沖擊板為環(huán)形凹槽，所述凹槽高為28 30 mm,外徑為298 302 mm,內(nèi)徑為198 202 mm ;所述沖擊咀底部與所述沖擊板底部的距離為5 6 mm。作為上述方案的改進(jìn)，所述切割口蓋層為球面結(jié)構(gòu)。作為上述方案的改進(jìn)，所述濾膜收集層高為448 452 mm,內(nèi)設(shè)有石英濾膜及用于支撐所述濾膜的慮篩網(wǎng)；所述石英濾膜為矩形，長(zhǎng)為8(Tl00mm，寬為15(T180 mm。作為上述方案的改進(jìn)，所述氣態(tài)POPs收集層為管狀，高為12(Tl30mm，內(nèi)徑為80^100 mm ;所述氣態(tài)POPs收集層內(nèi)套有玻璃管，所述玻璃管內(nèi)設(shè)有用于收集氣態(tài)POPs的吸附體；所述吸附體設(shè)有三層，由上至下分別為聚氨酯泡沫(PUF)、吸附樹脂(XAD2)、聚氨酯泡沫(PUF)。作為上述方案的改進(jìn)，所述沖擊咀板上設(shè)有第一環(huán)形凹槽及第二環(huán)形凹槽，所述第一環(huán)形凹槽、第二環(huán)形凹槽及沖擊咀板同軸，所述第一環(huán)形凹槽直徑為248 252 mm,寬為14 16 mm，所述第二環(huán)形凹槽直徑為198 202 mm,寬為19 21 mm ;所述沖擊咀形成的環(huán)狀圈與所述沖擊咀板同軸，直徑為218 222mm ;距離所述沖擊咀板中心4(T50mm處設(shè)有三個(gè)用于連接所述切割口蓋層和沖擊板層的連接口，所述連接口成等邊三角形分部，直徑為5 7mm。作為上述方案的改進(jìn)，所述沖擊板層還設(shè)有支架，所述支架包括三個(gè)位于同一水平高度的卡口及用于支撐所述沖擊板的水平墊板；所述卡口設(shè)于所述沖擊板內(nèi)壁并通過 螺母與所述水平墊板固定連接；所述水平墊板為空心圓柱體，外徑為278 282 mm，內(nèi)徑為198 202 mm。作為上述方案的改進(jìn)，所述出氣層底部設(shè)有與采樣器連接的連接孔。作為上述方案的改進(jìn)，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、濾膜收集層、氣態(tài)POPs收集層及出氣層之間分別通過箱扣密封串接。實(shí)施本發(fā)明的有益效果在于突破了以往空氣采樣器均為中小流量的特點(diǎn)，300L/min中的流量設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可以滿足POPs采樣需求。本發(fā)明獲取的顆粒物和溶膠細(xì)粒子的界限為PM10，氣體沿所述切口蓋層回旋進(jìn)入所述大氣采樣切割器，并通過所述沖擊咀層的沖擊咀，形成穩(wěn)定均勻的氣流。氣流自所述沖擊咀流出，沖向所述沖擊板層的沖擊板上，由于不同粒徑段的顆粒物質(zhì)量不同，粒徑不同，各種顆粒物的沖擊速度與沖擊距離各異，粒徑小的顆粒物沖擊速度高，而粒徑大的顆粒物沖擊速度低，因此顆粒物撞擊在沖擊板底部時(shí)，粒徑小于或等于10 y m的顆粒物經(jīng)反彈后離開沖擊板，而粒徑大于10 y m的顆粒物則滯留在沖擊板內(nèi)。此時(shí)粒徑小于或等于10 ii m的顆粒物繼續(xù)保持與氣流的流向一致穿過所述沖擊板層。隨后氣流進(jìn)入所述濾膜收集層，粒徑小于或等于IOym的顆粒物會(huì)截留在所述濾膜上，實(shí)現(xiàn)顆粒物的分級(jí)采集。氣流離開所述濾膜收集層后進(jìn)入氣態(tài)POPs收集層，氣流中的氣態(tài)POPs經(jīng)所述氣態(tài)POPs收集層的吸附物吸附后實(shí)現(xiàn)了氣態(tài)污染物的有效分離。最后，氣流沿所述出氣層流出，完成分離過程，使得切割粒徑更加精確，空氣中的目標(biāo)顆粒物在慣性沖擊力切割下達(dá)到精確的分層。


圖I是本發(fā)明一種PMlO單級(jí)大氣采樣切割器的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明一種PMlO單級(jí)大氣采樣切割器中沖擊咀層2的俯視 圖3是本發(fā)明一種PMlO單級(jí)大氣采樣切割器中沖擊咀層2的沖擊咀21的結(jié)構(gòu)示意
圖4是經(jīng)本發(fā)明一種PMlO單級(jí)大氣采樣切割器采樣切割后其捕集的平均效率測(cè)試數(shù)據(jù)的圖表。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。如圖I所示，所述PMlO單級(jí)大氣采樣切割器大致為圓柱形，直徑為290 310 mm。所述PMlO單級(jí)大氣采樣切割器包括切割口蓋層I、沖擊咀層2、沖擊板層3、濾膜收集層4、氣態(tài)有機(jī)污染物收集層5及出氣層6，所述切割口蓋層I、沖擊咀層2、沖擊板層3、濾膜收集層4、氣態(tài)POPs收集層5及出氣層6依次密封串接。氣體沿所述切割口蓋層I進(jìn)入后，依次進(jìn)入所述沖擊咀層2、沖擊板層3、濾膜收集層4及氣態(tài)有機(jī)污染物收集層5，經(jīng)分級(jí)采樣切割后由出氣層6排出。由于本發(fā)明所述顆粒物和溶膠細(xì)粒子的界限為PM10，因此氣流中大于或等于IOym的顆粒物和溶膠細(xì)粒子會(huì)留在沖擊板層3，小于IOym的顆粒物和溶膠細(xì)粒子則留在濾膜收集層4，而氣態(tài)POPs最后會(huì)被氣態(tài)POPs收集層5所吸附收集。所述沖擊板層3設(shè)有沖擊板31，所述沖擊板31為環(huán)形凹槽，所述凹槽高28 30 mm,外徑為298 302 mm,內(nèi)徑為198 202 mm。優(yōu)選地,所述外徑為300 mm，所述內(nèi)徑為200 mm。 如圖2和圖3所示，所述沖擊咀層2包括沖擊咀21及沖擊咀板22，所述沖擊咀21等距排列并垂直插入所述沖擊咀板22形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀21數(shù)量為6 8個(gè)，所述沖擊咀21為管狀，內(nèi)徑為10 12 mm,外徑為18 20 mm,高為55 58 mm。所述沖擊咀21底部與所述沖擊板31底部的距離為5飛mm。優(yōu)選地，所述沖擊咀21底部邊緣磨邊打圓，使氣流的阻力減少，更好沖擊所述沖擊板31。需要說明的是，本發(fā)明采集所述顆粒物和溶膠細(xì)粒子的界限為PM10，因此，所述沖擊咀21底部與所述沖擊板31底部的距離為5飛mm之間時(shí)，符合氣體的切割粒徑符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，所述沖擊板31高28 30 mm，外徑為298 302 mm，內(nèi)徑為198 202 mm，這實(shí)現(xiàn)了所述顆粒物和溶膠細(xì)粒子的有效分離，防止了反彈帶來的影響。氣流自所述沖擊咀21流出，沖向所述沖擊板31上，由于不同粒徑段的顆粒物質(zhì)量不同，粒徑不同，各種顆粒物的沖擊速度與沖擊距離各異，粒徑小于或等于10 y m的顆粒物沖擊速度高，而粒徑大于10 ii m的顆粒物沖擊速度低，因此顆粒物撞擊在沖擊板31底部時(shí)，粒徑小于或等于10 ii m的顆粒物經(jīng)反彈后離開沖擊板31，而粒徑大于10 的顆粒物則滯留在沖擊板31內(nèi)。更佳地，所述濾膜收集層4高為448 452 mm,內(nèi)設(shè)有石英濾膜41及用于支撐所述濾膜41的慮篩網(wǎng)42。所述慮篩網(wǎng)42用于支撐設(shè)置于其上的濾膜41，所述濾膜41能有效收集經(jīng)所述沖擊板31反彈后粒徑小于或等于10 y m的顆粒物，實(shí)現(xiàn)顆粒物的分級(jí)采樣。所述石英濾膜41可以為圓形、方形，孔徑為Ium左右。優(yōu)選地，所述濾膜收集層4高為450 mm，所述石英濾膜41為矩形，長(zhǎng)為80 100 mm,寬為150 180 mm。更佳地，所述氣態(tài)POPs收集層5為管狀，高為12(Tl30mm，內(nèi)徑為8(Tl00mm。所述氣態(tài)POPs收集層5內(nèi)套有玻璃管，所述玻璃管內(nèi)設(shè)有用于收集氣態(tài)POPs的吸附體。所述吸附體設(shè)有三層，由上至下分別為聚氨酯泡沫(PUF)、吸附樹脂(XAD2)、聚氨酯泡沫(PUF)。所述玻璃管與管狀的所述氣態(tài)POPs收集層5密閉連接，保證所述氣態(tài)POPs收集層5的封閉性。另外，所述玻璃管清潔方便，穩(wěn)定性強(qiáng)，不產(chǎn)生有害氣體，不影響所述氣態(tài)POPs收集層5的吸附效果。需要說明的是，上層的所述聚氨酯泡沫(PUF)能有效地吸附氣態(tài)POPs，而下層的所述聚氨酯泡沫(PUF)能對(duì)氣態(tài)POPs做進(jìn)一步的檢查及再次吸附。更佳地，所述出氣層6底部設(shè)有與采樣器連接的連接孔61。所述連接孔61便于連接采樣器的傳感裝置或讓氣體進(jìn)入其它采樣渠道。例如，氣體沿所述切口蓋層I進(jìn)入所述大氣采樣切割器，并通過所述沖擊咀21，形成穩(wěn)定均勻的氣流。氣流自所述沖擊咀21流出，沖向所述沖擊板31上，此時(shí)，粒徑小于或等于10 ii m的顆粒物經(jīng)反彈后離開沖擊板31，而粒徑大于10 ii m的顆粒物則滯留在沖擊板31內(nèi)。粒徑小于或等于10 ii m的顆粒物繼續(xù)保持與氣流的流向一致穿過所述沖擊板層3。隨后氣流進(jìn)入所述濾膜收集層4，顆粒物截留在所述 濾膜41上，實(shí)現(xiàn)顆粒物的分級(jí)采集。氣流離開所述濾膜收集層4后進(jìn)入氣態(tài)POPs收集層5，氣流中的氣態(tài)POPs經(jīng)所述氣態(tài)POPs收集層5的吸附物吸附后實(shí)現(xiàn)了氣態(tài)污染物的有效分離。最后，氣流沿所述出氣層6上的連接孔61流出，完成分離過程，使得切割粒徑更加精確，空氣中的目標(biāo)顆粒物在慣性沖擊力切割下達(dá)到精確的分層。需要說明的是，所述切割口蓋層I為球面結(jié)構(gòu)。所述球面結(jié)構(gòu)使氣體回旋進(jìn)入切割口蓋層，讓采集的氣流更更穩(wěn)定、均勻。另外，所述球面結(jié)構(gòu)能有效阻止雨水及空氣中的樹葉、昆蟲等比較大的漂浮物進(jìn)入切割器，也有利于切割器搬運(yùn)的安全性和美觀性。如圖2所示，所述沖擊咀板22上設(shè)有第一環(huán)形凹槽221及第二環(huán)形凹槽222，所述第一環(huán)形凹槽221、第二環(huán)形凹槽222及沖擊咀板22同軸，所述第一環(huán)形凹槽221直徑為248 252 mm，寬為14 16腿，所述第二環(huán)形凹槽222直徑為198 202腿，寬為19 21 mm ;所述沖擊咀21形成的環(huán)狀圈與所述沖擊咀板22同軸，直徑為218 222 mm。距離所述沖擊咀板22中心4(T50 mm處設(shè)有三個(gè)用于連接所述切割口蓋層I和沖擊板層3的連接口，所述連接口成等邊三角形分部,直徑為5 7 mm。優(yōu)選地，所述第一環(huán)形凹槽221直徑為250 mm,寬為15 mm,所述第二環(huán)形凹槽222直徑為200 mm,寬為20 mm ;所述沖擊咀21形成的環(huán)狀圈直徑為220 mm。進(jìn)一步，所述連接口可通過螺母連接所述切割口蓋層I、沖擊咀層2及沖擊板層3。需要說明的是，粒徑小于或等于10 y m的顆粒物沿所述沖擊板層3的沖擊板31上反彈出去后，部分顆粒物由于速度高，會(huì)反彈至所述沖擊咀層2底部，顆粒物撞擊至所述沖擊咀板22的第一環(huán)形凹槽221及第二環(huán)形凹槽222的底部，再一次被反彈，最終落入所述濾膜收集層4。因此所述第一環(huán)形凹槽221及第二環(huán)形凹槽222能有效防止所述顆粒物粘附在所述沖擊咀板22底部，更好地采集顆粒物。進(jìn)一步，所述沖擊板層3還設(shè)有支架，所述支架包括三個(gè)位于同一水平高度的卡口及用于支撐所述沖擊板3的水平墊板；所述卡口設(shè)于所述沖擊板31內(nèi)壁并通過螺母與所述水平墊板固定連接；所述水平墊板為空心圓柱體，外徑為278 282mm，內(nèi)徑為198 202mm。所述水平墊板的外徑小于所述沖擊板31的外徑且所述水平墊板的內(nèi)徑大于所述沖擊板31的內(nèi)徑，這有效地保障所述沖擊板31能在水平墊板的支撐下保持水平，同時(shí)不影響顆粒物的分離效果。優(yōu)選地，所述卡口呈等邊三角形分部，所述水平墊板外徑為280 mm，內(nèi)徑為200mm0進(jìn)一步，所述切割口蓋層I、沖擊咀層2、沖擊板層3、濾膜收集層4、氣態(tài)POPs收集層6及出氣層6之間分別通過箱扣密封串接。用戶拆裝時(shí)直接口上或打開箱扣即可，不需要使用任何輔助工具，方便快捷。
下面通過實(shí)施例來更詳細(xì)地描述本發(fā)明。實(shí)施例I
本實(shí)施例選取通過單分散氣溶膠發(fā)生器發(fā)生特定粒徑粒子單分散氣溶膠作為樣品，采樣流量為300L/min，經(jīng)本發(fā)明采樣切割后其捕集平均效率測(cè)試數(shù)據(jù)如表I所示。表I
權(quán)利要求
1.一種PMlO單級(jí)大氣采樣切割器，其特征在于，所述PMlO單級(jí)大氣采樣切割器大致為圓柱形，直徑為290 310ιμ ； 所述PMlO單級(jí)大氣采樣切割器包括切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、濾膜收集層、氣態(tài)有機(jī)污染物收集層及出氣層，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、濾膜收集層、氣態(tài)POPs收集層及出氣層依次密封串接； 所述沖擊咀層包括沖擊咀及沖擊咀板，所述沖擊咀等距排列并垂直插入所述沖擊咀板形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀數(shù)量為6 8個(gè)，所述沖擊咀為管狀，內(nèi)徑為1(T12 mm，外徑為If20mm，高為 55 58 mm ； 所述沖擊板層設(shè)有沖擊板，所述沖擊板為環(huán)形凹槽，所述凹槽高為28 30 mm,外徑為298 302 mm，內(nèi)徑為 198 202 mm ; 所述沖擊咀底部與所述沖擊板底部的距離為5飛mm。
2.如權(quán)利要求I所述的PMlO單級(jí)大氣采樣切割器，其特征在于，所述切割口蓋層為球面結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求I所述的PMlO單級(jí)大氣采樣切割器，其特征在于，所述濾膜收集層高為448^452 mm,內(nèi)設(shè)有石英濾膜及用于支撐所述濾膜的慮篩網(wǎng)； 所述石英濾膜為矩形，長(zhǎng)為80 100 mm,寬為150 180 mm。
4.如權(quán)利要求I所述的PMlO單級(jí)大氣采樣切割器，其特征在于，所述氣態(tài)POPs收集層為管狀，高為120 130 mm,內(nèi)徑為80 100 mm ； 所述氣態(tài)POPs收集層內(nèi)套有玻璃管，所述玻璃管內(nèi)設(shè)有用于收集氣態(tài)POPs的吸附體； 所述吸附體設(shè)有三層，由上至下分別為聚氨酯泡沫(PUF)、吸附樹脂(XAD2)、聚氨酯泡沫(!W)。
5.如權(quán)利要求I所述的PMlO單級(jí)大氣采樣切割器，其特征在于，所述沖擊咀板上設(shè)有第一環(huán)形凹槽及第二環(huán)形凹槽，所述第一環(huán)形凹槽、第二環(huán)形凹槽及沖擊咀板同軸，所述第一環(huán)形凹槽直徑為248 252 mm,寬為14 16 mm,所述第二環(huán)形凹槽直徑為198 202 mm,寬為19 21 mm ； 所述沖擊咀形成的環(huán)狀圈與所述沖擊咀板同軸，直徑為218 222 mm ； 距離所述沖擊咀板中心4(T50 mm處設(shè)有三個(gè)用于連接所述切割口蓋層和沖擊板層的連接口，所述連接口成等邊三角形分部，直徑為5 7mm。
6.如權(quán)利要求I所述的PMlO單級(jí)大氣采樣切割器，其特征在于，所述沖擊板層還設(shè)有支架，所述支架包括三個(gè)位于同一水平高度的卡口及用于支撐所述沖擊板的水平墊板； 所述卡口設(shè)于所述沖擊板內(nèi)壁并通過螺母與所述水平墊板固定連接； 所述水平墊板為空心圓柱體，外徑為278 282 mm,內(nèi)徑為198 202 mm。
7.如權(quán)利要求I所述的PMlO單級(jí)大氣采樣切割器，其特征在于，所述出氣層底部設(shè)有與采樣器連接的連接孔。
8.如權(quán)利要求Γ7任一項(xiàng)所述的PMlO單級(jí)大氣采樣切割器，其特征在于，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、濾膜收集層、氣態(tài)POPs收集層及出氣層之間分別通過箱扣密封串接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種PM10單級(jí)大氣采樣切割器，所述PM10單級(jí)大氣采樣切割器大致為圓柱形；包括切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、濾膜收集層、氣態(tài)有機(jī)污染物收集層及出氣層，所述切割口蓋層、沖擊咀層、沖擊板層、濾膜收集層、氣態(tài)POPs收集層及出氣層依次密封串接；所述沖擊咀層包括沖擊咀及沖擊咀板，所述沖擊咀等距排列并垂直插入所述沖擊咀板形成環(huán)狀圈，所述沖擊咀數(shù)量為6~8個(gè)，所述沖擊咀為管狀；所述沖擊板層設(shè)有沖擊板，所述沖擊板為環(huán)形凹槽。采用本發(fā)明，突破了以往空氣采樣器均為中小流量的特點(diǎn)，300L/min的流量設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可以滿足POPs采樣需求，使得切割器的切割粒徑更加精確，目標(biāo)顆粒物在慣性沖擊力切割下達(dá)到精確分層的目標(biāo)。
文檔編號(hào)G01N1/22GK102798552SQ201110133729
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者李軍, 張干, 鄒世春 申請(qǐng)人:佛山市環(huán)保技術(shù)與裝備研發(fā)專業(yè)中心, 中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所