專利名稱：一種微環(huán)境空氣持久性有機污染物主動采樣裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采樣裝置，具體涉及一種微環(huán)境空氣持久性有機污染物主動采樣裝置及其方法。
背景技術：
持久性有機污染物(POPs )具有持久性、生物累積性、“三致”效應(致癌、致畸、致突變)及環(huán)境內(nèi)分泌干擾性，對人類健康產(chǎn)生嚴重影響。為有效控制和削減環(huán)境介質(zhì)中持久性有機污染物，2001國際社會共同簽署了《斯德哥爾摩公約》(Stockholm Convention),并于2004年起付諸實施，我國為該公約締約國。進行POPs監(jiān)測是履約工作的不可或缺的重要步驟。大氣具有較好的均一性，對區(qū)域POPS使用和排放十分敏感，是進行POPs監(jiān)測的良好環(huán)境介質(zhì)，大氣中POPs監(jiān)測技術廣泛地應用于對POPs的環(huán)境過程研究中。目前對大氣POPs與其它環(huán)境介質(zhì)和生命體間的相互作用、在整個環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和在生命體中的代謝規(guī)律以及其毒理學研究成為熱點，以服務于污染源表征和診斷以及人體POPs暴露研究。針對如電子垃圾處理場所、室內(nèi)環(huán)境、社區(qū)環(huán)境、職業(yè)暴露環(huán)境等微環(huán)境空氣中的POPs采樣方法及裝置尚屬空白。大氣POPs采樣裝置可分為被動采樣器(朱秀華，陳吉平，施泰安，王煒，穆軍.一種大氣中持久性有機污染物被動采樣裝置.發(fā)明專利201210172065. 5)和主動采樣器。被動米樣器廣泛應用于POPs在大氣-地表中的交換、在大氣中長距離遷移的米樣監(jiān)測，但存在無法精確控制采樣氣體流量、采樣時間漫長無法表征POPs的瞬時濃度、在靜風條件下無法采樣等缺點(張干，劉向.大氣持久性有機污染物(POPs)被動采樣[J].化學進展，2009，21 (23) :297 306.)，無法勝任微環(huán)境空氣中的POPs采樣。主動采樣器能夠測定所采集大氣的體積，提高數(shù)據(jù)準確程度；采樣時間較短，可避免由于采樣時間過長而引起的POPs降解問題；流量較大，可以進行瞬時濃度的測定，因此適用于微環(huán)境空氣中POPs的采樣。目前廣泛應用的主動采樣器主要基于吸附原理，采用將聚氨酯泡沫、半透膜或玻璃纖維濾膜等材料安裝在采樣器內(nèi)，利用這些材料對空氣中POPs的吸附、攔截作用而進行采樣。這種主動采樣器為克服吸附材料的阻力而采用大流量氣泵，價格昂貴，體積龐大，采樣時噪音巨大(劉征侃，楊利民，王秋泉.大氣持久性有機污染物分析研究進展.環(huán)境化學，2011，30(1) : 272-280)，限制了其對特定環(huán)境室內(nèi)空氣POPs進行采樣；采樣后從吸附材料中提取POPs過程復雜、耗時漫長，對操作人員要求較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有大氣中持久性有機污染物被動采樣裝置存在的采樣時間漫長、在靜風條件下無法采樣等缺點，以及主動采樣裝置體積大、噪音大、檢查限低、操作復雜等缺點，提供一種微環(huán)境空氣持久性有機污染物主動采樣裝置及其方法。本發(fā)明是一種結(jié)合風扇、直流高壓電源、不銹鋼針陣列高壓電極、ITO導電玻璃地電極的主動采樣裝置，以實現(xiàn)對氣溶膠中的持久性有機污物的主動采樣。POPs多為半揮發(fā)性有機化合物，在氣體-氣溶膠中的分配存在特定規(guī)律。捕集微環(huán)境空氣中的氣溶膠，提取、測定氣溶膠中的POPs含量，再根據(jù)POPs在氣體-氣溶膠中的分配方程，計算出微環(huán)境空氣中POPs的濃度。直流電暈放電可以高效捕集空氣中的氣溶膠，設備體積小，工作過程中噪音低，適于對微環(huán)境中空氣中POPs進行采樣。本發(fā)明所需要解決的技術問題，可以通過以下技術方案來實現(xiàn)作為本發(fā)明的第一方面，一種微環(huán)境空氣持久性有機污染物主動采樣裝置，其特征在于，包括外殼，其兩側(cè)分別為氣流入口和氣流出口，其下方設置取放口 ；針陣列不銹鋼電極，設置于所述外殼內(nèi)，用作高壓電極；ITO玻璃電極,設置于所述外殼內(nèi)，用作地電極及收集板；直流高壓電源，與所述針陣列不銹鋼電極連接，用于將單相工頻電壓轉(zhuǎn)換為負直流高電壓，為針陣列不銹鋼電極提供高電壓；風扇,將空氣引入外殼內(nèi)；控制器，與所述直流高壓電源和風扇連接，用于控制直流高壓電源的輸出電壓強度和風扇的轉(zhuǎn)速。進一步，所述外殼的材料為鋁、鐵、銅的一種或幾種的合金。進一步，所述氣流入口安裝入口金屬格柵，用于濾去氣流中固體雜物。進一步，所述氣流出口截面形狀包括正方形、長方形、圓形、橢圓形，所述氣流出口安裝出口金屬格柵，用于保護風扇的葉片。進一步，所述針陣列不銹鋼電極包括不銹鋼平板和不銹鋼針陣列，所述不銹鋼針陣列垂直于不銹鋼平板的表面。進一步，所述取放口設置可拆裝的密封橡膠條。作為本發(fā)明的第二方面，一種微環(huán)境空氣持久性有機污染物主動采樣方法，其特征在于，包括以下步驟(I)開啟密封橡膠條，放入預處理后的ITO玻璃電極，并使ITO玻璃電極的ITO涂層向上，關閉密封橡膠條；(2)打開電源，調(diào)節(jié)控制面板設定采樣時長、氣體流量和直流電暈放電強度，啟動控制器；(3)針陣列不銹鋼電極被賦予負直流高電壓，ITO玻璃電極與地線接通保持零電位，針陣列不銹鋼電極與ITO玻璃電極之間產(chǎn)生負直流電暈放電；(4)氣流通過氣流入口的入口金屬格柵進入針陣列不銹鋼電極與ITO玻璃電極之間，氣流中氣溶膠收集于ITO玻璃電極的表面；(5)尾氣經(jīng)過風扇和氣流出口的出口金屬格柵排出；(6)采樣結(jié)束后控制器自動斷路，該采樣裝置自動停止運行；(7)開啟密封橡膠條，取出ITO玻璃電極，提取ITO玻璃電極向上表面的氣溶膠，濃縮、檢測氣溶膠中持久性有機污染物含量，通過公式換算空氣中吸附態(tài)和揮發(fā)態(tài)持久性有機污染物濃度。步驟(3)中，所述針陣列不銹鋼電極(7)包括不銹鋼平板(71)和不銹鋼針陣列(72)，所述不銹鋼針陣列(72)垂直于不銹鋼平板(71)的表面，所述不銹鋼針陣列(72)的密度為O. 2^0. 5根/cm2，不銹鋼針的長度f 20_。其中，步驟(7)中，所述公式為F = Kp · A · TSP0本發(fā)明的有益效果使用金屬外殼、入口金屬格柵、鋁箔覆蓋裸露絕緣材料避免有機制品對檢測結(jié)果的影響。使用密封外殼、密封隔板、密封橡膠條，采樣器漏風率為O. 1%。本發(fā)明采用ITO玻璃作為地電極和收集板，獲得均勻穩(wěn)定的負直流電暈放電，提高氣溶膠的洗脫提取效率。米樣器運行噪音低于20dB。各分級粒徑氣溶膠收集效率為99. 9%。


圖1為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的主視圖。圖3為本發(fā)明的后視圖。圖4為針陣列不銹鋼電極的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記外殼1、絕緣隔板2、直流高壓電源3、供電線4、高壓輸出導線5、接線柱6、針陣列不銹鋼電極7、鋁箔8、入口金屬格柵9、ITO玻璃電極10、金屬卡子11、導線12、風扇13、出口金屬格柵14、供電線15、三相插座16、控制器17、控制面板18、取放口 19，密封橡膠條20、導線孔21、不銹鋼平板71、不銹鋼針陣列72。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明作進步說明。應理解，以下實施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限定本發(fā)明的范圍。實施例1圖1為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示。一種微環(huán)境空氣持久性有機污染物主動采樣裝置及其方法，包括外殼1、絕緣隔板2、直流高壓電源3、供電線4、高壓輸出導線5、接線柱6、針陣列不銹鋼電極7、鋁箔8、入口金屬格柵9、IT0玻璃電極10、金屬卡子11、導線12、風扇13、出口金屬格柵14、供電線15、三相插座16、控制器17、控制面板18、取放口 19，密封橡膠條20、導線孔21。

如圖1所示，外殼I為金屬殼體，可以采用鋁、鐵、銅的一種或幾種的合金制成金屬夕卜殼。外殼I的兩側(cè)分別為氣流入口的入口金屬格柵9和氣流出口的出口金屬格柵14。外殼I用于固定直流高壓電源3、針陣列不銹鋼電極7、ITO玻璃電極10、風扇13和控制器17。如圖1所示，外殼I內(nèi)部設有絕緣隔板2，絕緣隔板2平行于外殼I的上、下壁，絕緣隔板2四邊與外殼I內(nèi)壁密封。
如圖1所示，直流高壓電源3固定于絕緣隔板2的向上表面，直流高壓電源3通過供電線4接入控制器17，控制器17接入三相插座16單項工頻端，直流高壓電源3通過高壓輸出導線5接于接線柱6，接線柱6與針陣列不銹鋼電極7連接。如圖1所示，針陣列不銹鋼電極7固定于絕緣隔板2的向下表面，針陣列不銹鋼電極7前裸露的絕緣隔板2的表面用鋁箔8覆蓋，接線柱6與針陣列不銹鋼電極7良好接觸，采樣裝置氣流入口安裝入口金屬格柵9。如圖1所示，ITO玻璃電極10用金屬卡子11固定于外殼I的底部，ITO玻璃電極10與金屬卡子11良好接觸。金屬卡子11用導線12與三相插座16接地端連接。如圖1所示，風扇13固定于采樣裝置氣流出口安裝出口金屬格柵14之前，風扇13通過供電線15接入控制器17。出口金屬格柵14的網(wǎng)格尺寸為I 5mm。如圖2所示，外殼I的正面 左上角設有控制面板18，控制面板18與控制器17用導線12連接，外殼I的正面右下角設有ITO玻璃電極10取放口 19，取放口 19設有可拆裝的密封橡膠條20。如圖3所示，外殼I的氣流出口側(cè)面設有導線孔21。如圖4所示，針陣列不銹鋼電極7包括不銹鋼平板71和不銹鋼針陣列72。不銹鋼針陣列72垂直于不銹鋼平板71的表面。不銹鋼針陣列72的密度為O. 2^0. 5根/cm2，不銹鋼針的長度f 20mm。本發(fā)明的使用方法(I)開啟密封橡膠條20，放入預處理后的ITO玻璃電極10，并使ITO玻璃電極10的ITO涂層向上，關閉密封橡膠條20。(2)接通三項插座16，調(diào)節(jié)控制面板18設定采樣時長、氣體流量和直流電暈放電強度，設定結(jié)束后觸發(fā)控制器17開始采樣。(3)針陣列不銹鋼電極7被賦予負直流高電壓，ITO玻璃電極10與地線接通保持零電位，針陣列不銹鋼電極7與ITO玻璃電極10之間產(chǎn)生負直流電暈放電。(4)氣流通過入口金屬格柵9進入針陣列不銹鋼電極7與ITO玻璃電極10之間，氣流中的大尺寸固體雜物被氣流入口的入口金屬格柵9攔截。氣流中氣溶膠收集于ITO玻璃電極10的表面。(5)尾氣經(jīng)過風扇13和氣流出口的出口金屬格柵14排出采樣裝置。(6)采樣結(jié)束后控制器17斷開電路，該采樣裝置自動停止運行。(7)開啟密封橡膠條20，取出ITO玻璃電極10，提取ITO玻璃電極10向上表面的氣溶膠，濃縮、檢測氣溶膠中持久性有機污染物含量，通過公式換算空氣中吸附態(tài)和揮發(fā)態(tài)持久性有機污染物濃度。計算公式為F = Kp · A · TSP，其中Kp為持久性有機污染物在氣態(tài)和顆粒物表面的分配系數(shù)，A為顆粒物中持久性有機污染物濃度，TSP為總懸浮顆粒物濃度。各參數(shù)單位按實測條件確定。通過控制面板18調(diào)節(jié)氣體流量和直流電暈放電強度，改變風扇13排風量和直流高壓電源3輸出電壓，可采集不同篩上累計頻率粒徑的氣溶膠，實現(xiàn)分級采樣。各分級粒徑氣溶膠收集效率為99%。
使用ITO玻璃作為地電級和收集板，獲得均勻穩(wěn)定的負直流電暈放電提高氣溶膠的洗脫提取效率。使用金屬外殼、入口金屬格柵、鋁箔覆蓋裸露絕緣材料避免有機制品對檢測結(jié)果的影響。使用密封外殼、密封隔板、密封橡膠條，采樣裝置的漏風率為0.1%。采樣裝置運行噪音低于20dB。以上對本發(fā)明的具體實施方式
進行了說明，但本發(fā)明并不以此為限，只要不脫離本發(fā)明的宗旨，本發(fā)明還可以有各種變化。
權(quán)利要求
1.一種微環(huán)境空氣持久性有機污染物主動米樣裝置，其特征在于，包括 外殼(I )，其兩側(cè)分別為氣流入口和氣流出ロ，其下方設置取放ロ( 19); 針陣列不銹鋼電極(7)，設置于所述外殼(I)內(nèi)，用作高壓電極； ITO玻璃電極(10),設置于所述外殼(I)內(nèi)，用作地電極及收集板； 直流高壓電源(3)，與所述針陣列不銹鋼電極(7)連接，用于將單相エ頻電壓轉(zhuǎn)換為負直流高電壓，為針陣列不銹鋼電極(7)提供高電壓； 風扇(13)，將空氣引入外殼(I)內(nèi)； 控制器(17)，與所述直流高壓電源(3)和風扇(13)連接，用于控制直流高壓電源(3)的輸出電壓強度和風扇(13)的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣裝置，其特征在于所述外殼(I)的材料為鋁、鐵、銅的一種或幾種的合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣裝置，其特征在于所述氣流入ロ安裝入ロ金屬格柵(9 )，用于濾去氣流中固體雜物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣裝置，其特征在于所述氣流出ロ截面形狀包括正方形、長方形、圓形、橢圓形，所述氣流出ロ安裝出口金屬格柵(14)，用于保護風扇的葉片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣裝置，其特征在于所述針陣列不銹鋼電極(7)包括不銹鋼平板(71)和不銹鋼針陣列(72)，所述不銹鋼針陣列(72)垂直于不銹鋼平板(71)的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣裝置，其特征在于所述取放ロ(19)設置可拆裝的密封橡膠條(20)。
7.—種如權(quán)利要求1所述的微環(huán)境空氣持久性有機污染物主動米樣方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)開啟密封橡膠條(20)，放入預處理后的ITO玻璃電極(10)，并使ITO玻璃電極(10)的ITO涂層向上，關閉密封橡膠條(20)； (2)打開電源，調(diào)節(jié)控制面板(18)設定采樣時長、氣體流量和直流電暈放電強度，啟動控制器(17); (3)針陣列不銹鋼電極(7)被賦予負直流高電壓，ITO玻璃電極(10)與地線接通保持零電位，針陣列不銹鋼電極(7)與ITO玻璃電極(10)之間產(chǎn)生負直流電暈放電； (4)氣流通過氣流入ロ的入口金屬格柵(9)進入針陣列不銹鋼電極(7)與ITO玻璃電極(10)之間，氣流中氣溶膠收集于ITO玻璃電極(10)的表面； (5)尾氣經(jīng)過風扇(13)和氣流出ロ的出口金屬格柵(14)排出； (6)采樣結(jié)束后控制器(17)自動斷路，該采樣裝置自動停止運行； (7)開啟密封橡膠條(20)，取出ITO玻璃電極(10)，提取ITO玻璃電極(10)向上表面的氣溶膠，濃縮、檢測氣溶膠中持久性有機污染物含量，通過公式換算空氣中吸附態(tài)和揮發(fā)態(tài)持久性有機污染物濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于步驟(3)中，所述針陣列不銹鋼電極(7)包括不銹鋼平板(71)和不銹鋼針陣列(72)，所述不銹鋼針陣列(72)垂直于不銹鋼平板(71)的表面，所述不銹鋼針陣列(72)的密度為0. 2^0. 5根/cm2，不銹鋼針的長度f 20mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微環(huán)境空氣持久性有機污染物主動采樣裝置，其特征在于，包括外殼(1)、針陣列不銹鋼電極(7)、ITO玻璃電極(10)、直流高壓電源(3)、風扇(13)和控制器(17)。還公開了其采樣方法。本發(fā)明使用金屬外殼、入口金屬格柵、鋁箔覆蓋裸露絕緣材料避免有機制品對檢測結(jié)果的影響。使用金屬外殼、絕版隔板、密封橡膠條，采樣器漏風率為0.1%。本發(fā)明采用ITO玻璃作為地電級和收集板，獲得均勻穩(wěn)定的負直流電暈放電提高氣溶膠的洗脫提取效率。該采樣裝置的噪音低于20dB，各分級粒徑氣溶膠收集效率為99.9%。
文檔編號G01N15/06GK103048169SQ20121053310
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者宿鵬浩, 丁永生, 李一凡, 朱時茂 申請人:上海海事大學