本實(shí)用新型涉及一種氣態(tài)硫酸測(cè)量的標(biāo)定裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，我國(guó)大部分地區(qū)大氣污染日趨嚴(yán)重，大氣能見(jiàn)度急劇下降，重霾鎖城事件頻繁發(fā)生，大氣氣溶膠定性與定量的研究漸顯重要。而通常認(rèn)為氣溶膠硫酸鹽是氣溶膠的首要成分之一，并通過(guò)參與太陽(yáng)與陸地之間的輻射和云的形成影響氣候變化。所以準(zhǔn)確測(cè)定氣態(tài)硫酸有助于理解大氣氣溶膠新粒子形成機(jī)理和氣溶膠數(shù)濃度。

氣態(tài)硫酸在大氣顆粒物的形成、轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著重要作用，對(duì)研究大氣灰霾過(guò)程有重要意義。目前氣態(tài)硫酸的測(cè)量方法主要使用化學(xué)電離質(zhì)譜儀技術(shù)(CIMS)，該測(cè)量方法準(zhǔn)確性關(guān)鍵在于對(duì)以上化學(xué)電離質(zhì)譜儀的標(biāo)定方法。已有的標(biāo)定技術(shù)是使用汞燈（184.9nm）通過(guò)光解水定量產(chǎn)生OH自由基(R1)，再使用過(guò)量SO₂把OH定量轉(zhuǎn)化成硫酸(如方程式R2-R4所示)。

H₂O + hv(184.9nm) à OH + O (R1)

OH + SO₂ à HSO₃ (R2)

HSO₃ + O₂ à HO₂ + SO₃ (R3)

SO₃ + H₂O à H₂SO₄ (R4)

汞燈的輻射強(qiáng)度直接決定OH自由基的產(chǎn)生量，即最終的硫酸濃度?，F(xiàn)有的標(biāo)定技術(shù)是使用紫外線敏感的光電管直接測(cè)量汞燈的輻射強(qiáng)度。測(cè)量的準(zhǔn)確度決定于測(cè)量環(huán)境（溫度、濕度等）和光電管的轉(zhuǎn)換效率。系統(tǒng)誤差不低于測(cè)量值的30%。這對(duì)研究大氣中硫酸成核過(guò)程有極大的負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種不依賴汞燈輻射強(qiáng)度、系統(tǒng)誤差低的標(biāo)定裝置。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種氣態(tài)硫酸測(cè)量的標(biāo)定裝置，通過(guò)該標(biāo)定裝置對(duì)氣態(tài)硫酸測(cè)量用化學(xué)電離質(zhì)譜儀進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定；該標(biāo)定裝置包括鋁管、零氣用大功率汞燈、標(biāo)準(zhǔn)樣用大功率汞燈、玻璃珠吸附層、SO₂氣瓶、SO₂流量計(jì)、抽真空用流量計(jì)、真空泵；鋁管前端開(kāi)口，開(kāi)口處設(shè)有零氣用大功率汞燈；鋁管尾部設(shè)有硫酸標(biāo)準(zhǔn)樣出口；鋁管內(nèi)部設(shè)有玻璃珠吸附層，且位于鋁管前部；鋁管上由前至后分別設(shè)有SO₂注入口、石英窗和抽氣口；SO₂注入口、石英窗和抽氣口位于玻璃珠吸附層與鋁管尾部之間；SO₂氣瓶通過(guò)SO₂流量計(jì)與SO₂注入口相連通；標(biāo)準(zhǔn)樣用大功率汞燈設(shè)于鋁管外部，且位于石英窗處；真空泵通過(guò)抽真空用流量計(jì)與抽氣口相連通。

其中，玻璃珠吸附層包括兩個(gè)金屬格網(wǎng)；兩個(gè)金屬格網(wǎng)之間填充有玻璃珠。

本實(shí)用新型標(biāo)定裝置還包括防湍流金屬格網(wǎng)；防湍流金屬格網(wǎng)設(shè)于鋁管內(nèi)，且位于石英窗和抽氣口之間。

鋁管內(nèi)徑10cm，長(zhǎng)1.2m；玻璃珠吸附層長(zhǎng)度為20cm，內(nèi)部填充的玻璃珠的直徑大小為10mm。

本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型通過(guò)產(chǎn)生過(guò)量OH自由基，定量轉(zhuǎn)換已知濃度SO₂成為硫酸的方法使硫酸標(biāo)準(zhǔn)樣濃度的確定與汞燈輻射強(qiáng)度無(wú)直接聯(lián)系，而決定于SO₂氣體流量的精確測(cè)定。從而將極度復(fù)雜、高難度、精度較差的光學(xué)通量測(cè)量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為相對(duì)成熟、易于控制的流量測(cè)定問(wèn)題。采用本實(shí)用新型標(biāo)定裝置可使硫酸標(biāo)定精度提高到測(cè)量值的3%左右。采用本實(shí)用新型標(biāo)定裝置可顯著提高硫酸測(cè)量的準(zhǔn)確度，對(duì)顆粒物成核研究等大氣氣溶膠化學(xué)的發(fā)展有著促進(jìn)意義。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-鋁管，2-零氣用大功率汞燈，3-金屬格網(wǎng)，4-防湍流金屬格網(wǎng)，5-玻璃珠，6-SO₂氣瓶，7-SO₂流量計(jì)，8-標(biāo)準(zhǔn)樣用大功率汞燈，9-真空泵，10-抽真空用流量計(jì)，11-SO₂注入口，12-石英窗，13-抽氣口，14-硫酸標(biāo)準(zhǔn)樣出口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)用新型標(biāo)定裝置采用鋁管1制備，鋁管1內(nèi)徑10厘米，長(zhǎng)度1.2米，包括兩個(gè)部分，前段為零氣產(chǎn)生段，后段為硫酸產(chǎn)生段。鋁管1的前端開(kāi)口，開(kāi)口處設(shè)有零氣用大功率汞燈2，該大功率汞燈采用低壓汞燈。鋁管1前段尾部為玻璃吸附層，包括兩個(gè)設(shè)于鋁管1內(nèi)的金屬格網(wǎng)，兩個(gè)金屬格網(wǎng)3之間填充有玻璃珠5，金屬格網(wǎng)3之間距離20厘米左右，玻璃珠5的直徑大小為10mm。后端的鋁管上由前至后分別設(shè)有SO₂注入口11、石英窗12和抽氣口13。SO₂氣瓶6通過(guò)SO₂流量計(jì)7與SO₂注入口11相連通；標(biāo)準(zhǔn)樣用大功率汞燈8（采用同樣的低壓汞燈）設(shè)于鋁管1外部，且位于石英窗12處；真空泵9通過(guò)抽真空用流量計(jì)10與抽氣口13相連通。鋁管1內(nèi)、石英窗12和抽氣口13之間設(shè)有防湍流金屬格網(wǎng)4。鋁管1尾部密封，且尾部設(shè)有硫酸標(biāo)準(zhǔn)樣出口14，與化學(xué)電離質(zhì)譜儀進(jìn)樣口相連。

采用本實(shí)用新型裝置進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，首先為零氣產(chǎn)生階段，主要功能是去除大氣中的殘留SO₂，空氣進(jìn)入鋁管1前端開(kāi)口處后立即被低壓汞燈（零氣用大功率汞燈2）的184.9nm紫外線照射。輻射產(chǎn)生的大量OH自由基（ >10¹⁰分子／cm³）迅速轉(zhuǎn)換SO₂成硫酸氣體，并被緊接著的金屬格網(wǎng)3內(nèi)的玻璃珠5表面所吸附，形成零氣。然后進(jìn)入硫酸標(biāo)準(zhǔn)樣生成階段，已知濃度（50 ppbv）的SO₂氣瓶（采購(gòu)商業(yè)化產(chǎn)品，濃度精度可小于1%）經(jīng)過(guò)高精度質(zhì)量流量計(jì)（SO₂流量計(jì)7，如MKS公司生產(chǎn)的10毫升每分鐘量程的GM50A，流量控制精度小于流量的1%）注入硫酸產(chǎn)生段，和零氣擴(kuò)散混合后，氣流經(jīng)第二只低壓汞燈（標(biāo)準(zhǔn)樣用大功率汞燈8）輻射區(qū)（即通過(guò)石英窗12處照射，OH>10¹⁰分子／cm³）完全轉(zhuǎn)換成硫酸氣體?？偪諝饬髁浚?00升/分鐘）在另外一只MKS質(zhì)量流量計(jì)（抽真空用流量計(jì)10，GE50A）控制下由真空泵9（如安捷倫TS600）抽取獲得?？偭髁康木葢?yīng)小于流量的1%。所產(chǎn)生硫酸濃度應(yīng)在pptv水平。獲得的硫酸標(biāo)準(zhǔn)樣通過(guò)硫酸標(biāo)準(zhǔn)樣出氣口14進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)樣口，由此對(duì)質(zhì)譜儀進(jìn)行標(biāo)定。采用本實(shí)用新型方法，整體的不確定性僅為產(chǎn)生硫酸氣體的3%左右，遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)中系統(tǒng)誤差不低于測(cè)量值的30%。