大氣顆粒物中硫酸鹽的測定裝置及其測定方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境監測技術領域，具體涉及大氣顆粒物中硫酸鹽的測定裝置及其測定方法。
【背景技術】
[0002]空氣是人類賴以生存的物質基礎之一，空氣污染不但對大氣能見度和自然環境產生惡劣影響，而且威脅人體健康，近年來我國空氣污染形勢異常嚴峻，細顆粒物(PM2.5)已成為許多城市的首要污染物，細顆粒物的組成較復雜，含有重金屬、無機碳、有機碳、硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽等多種物質，其中硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽在細顆粒物中的質量比達到了25-30%以上，當細顆粒物濃度高于70yg/m3時，三者所占比例之和大于70%，是顆粒物濃度升高的主要因素。細顆粒物中的硫酸鹽在很大程度上是由大氣化學反應形成的，SO2可以和空氣中的NH3反應，生成硫酸銨或硫酸氫銨，二者還可以發生分解重新生成SOdPNH3 ο監測細顆粒物中硫酸鹽的含量對于解析細顆粒物來源和理解其生成機理具有非常重要的意義。
[0003]現有技術中主要采用色譜分析儀進行大氣顆粒物中成分的測定，該設備不僅成本較高，而且對操作環境及操作人員的技術要求較高，不利于在該領域推廣實施。

【發明內容】

[0004]為了克服上述現有技術存在的缺陷，本發明提供了一種大氣顆粒物中硫酸鹽的測定裝置及測定方法，該測定設備成本低，操作環境及對操作人員的技術要求低，便于使用及推廣。
[0005]本發明可以通過以下技術方案來實現:一種大氣顆粒物中硫酸鹽的測定裝置，關鍵是:包括主管路以及設置在主管路上的顆粒物切割器、三通、借助三通并聯設置的測定系統和穩定系統，
[0006]所述的測定系統包括依次并聯設置的兩條支路、與支路出口依次連接的硫酸鹽轉化爐、第三粒子過濾器、流量傳感器和SO2檢測器，并聯的兩條支路兩端分別設置有第一三通閥門和第二三通閥門，其中一條支路設置有第二粒子過濾器，另一條支路設置有通風管；
[0007]所述的穩定系統包括依次設置的流量計和真空栗；
[0008]測定系統還包括控制單元，流量計、真空栗、第一三通閥門、第二三通閥門、流量傳感器和SO2檢測器分別與控制單元連接。
[0009]所述顆粒物切割器與三通之間設置有干擾氣體濾除裝置，在穩定系統支路設置有第一粒子過濾器。
[0010]所述的顆粒物切割器為空氣動力學顆粒物切割器，用于切割?11至?11()之間的顆粒，干擾氣體濾除裝置為環形溶蝕器。
[0011]所述的環形溶蝕器采用2 %-4%的Na2CO3溶液進行鍍層處理。
[0012]所述的第一三通閥門和第二三通閥門為電磁閥。
[0013]所述SO2檢測器為紫外熒光法SO2檢測器。
[0014]所述硫酸鹽轉化爐的結構包括橋型結構的轉化爐保溫棉、電阻絲、螺旋狀的爐管和熱電偶，兩個轉化爐保溫棉對稱設置組成外方內圓的中空柱體結構，電阻絲縱向分布在轉化爐保溫棉的內表層，爐管設置在轉化爐保溫棉的中空區域，爐管內設置有催化劑，熱電偶設置在爐管的中心位置。
[0015]所述的催化劑為不銹鋼，催化溫度為900-1000°C。
[0016]使用一種大氣顆粒物中硫酸鹽的測定裝置的測定方法，具體步驟如下:
[0017]a、空氣樣品的制備
[0018]待測空氣經顆粒物切割器處理后，得到空氣樣品；
[0019]b、檢測氣態硫化物和顆粒態硫酸鹽的濃度
[0020]第一三通閥門的al端口、Cl端口開啟，bl端口關閉，第二三通閥門的a2端口、c2端口開啟，b2端口關閉，通過SO2檢測器將空氣樣品進行抽取，含有細顆粒物的空氣樣品途經通風管進入硫酸鹽轉化爐，第三粒子過濾器濾除空氣樣品中剩余的顆粒物，流量傳感器記錄空氣流量Q1，最后進入SO2檢測器，測得氣態硫化物和顆粒態硫酸鹽的濃度；
[0021]C、檢測氣態硫化物的濃度
[0022]第一三通閥門的al端口、bl端口開啟，Cl端口關閉，第二三通閥門的a2端口、b2端口開啟，c2端口關閉，通過SO2檢測器將空氣樣品進行抽取，含有細顆粒物的空氣樣品途經第二粒子過濾器，將顆粒物去除后然后再通過硫酸鹽轉化爐，第三粒子過濾器濾除空氣樣品中剩余的顆粒物，流量傳感器記錄空氣流量Q2，最后進入SO2檢測器，測得氣態硫化物的濃度；
[0023]d、計算顆粒態硫酸鹽的濃度
[0024]將步驟b中的氣態硫化物和顆粒態硫酸鹽的濃度減去步驟c中氣態硫化物的濃度，最終得到待測空氣中的顆粒態硫酸鹽的濃度。
[0025]步驟a中待測空氣經顆粒物切割器處理后先通入干擾氣體濾除裝置，將干擾氣體濾除后得到空氣樣品。
[0026]本發明的有益效果:
[0027]該測定裝置中各組成部分連接結構簡單，成本較低，操作時也較為方便，對操作人員沒有較高的技術要求，而且該裝置在使用時對環境的要求低，可以在任意場合進行使用，大大方便了大氣顆粒物硫酸鹽濃度的測定，通過控制單元進行循環操作的控制，從而通過多組數據的計算得出較為精準的空氣顆粒物硫酸鹽濃度。此外，與常規的離子色譜分析方法相比，本發明不僅能監測水溶性的顆粒態硫酸鹽，還能監測非水溶性組分；
[0028]顆粒物切割器選用的空氣動力學顆粒物切割器可以進行?11至?110的顆粒切割，通過選取PM2.5的切割頭來篩選出含PM2.5的顆粒的空氣；
[0029]干擾氣體濾除裝置為環形溶蝕器，優選采用2%的Na2CO3溶液進行鍍層處理，有效濾除干擾氣體，主要包括SO2和H2S ；
[0030]硫酸鹽轉化爐用于將空氣樣品中氣態硫化物和顆粒態硫酸鹽轉化為SO2，轉化時所用的催化劑為不銹鋼，催化溫度為900-1000°C;
[0031]穩定系統用于保證整個測定裝置的總采樣流量符合空氣動力學顆粒物切割器中切割頭的設計流量要求，用顆粒物切割器的設計流量減去流量傳感器的實時測定值得到一個計算流量值，并將此計算流量值設定給流量計；
[0032]本裝置中，通過控制單元控制第一三通閥門和第二三通閥門的狀態切換，每間隔20分鐘切換一次閥門狀態，分別進行步驟b、步驟c的操作，一個循環周期結束后，就可以得到一組濃度數據用來進行d步驟中的顆粒態硫酸鹽濃度的計算，采用多組數據計算，精確度更高，得到的顆粒態硫酸鹽濃度數值更準確，可以有效的減小檢測結果的誤差。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發明的結構示意圖。
[0034]圖2是圖1中硫酸鹽轉化爐的縱切面圖。
[0035]圖3是圖1中硫酸鹽轉化爐的橫切面圖。
[0036]附圖中，I是顆粒物切割器，2是干擾氣體濾除裝置，3是三通，4是第一粒子過濾器，5是流量計，6是真空栗，7是第一三通閥門，8是第二粒子過濾器，9是第二三通閥門，10是硫酸鹽轉化爐，11是第三粒子過濾器，12是流量傳感器，13是SO2檢測器，14是控制單元，15是轉化爐保溫棉，16是電阻絲，17是爐管，18是熱電偶。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0038]具體實施例，如圖1所示，一種大氣顆粒物中硫酸鹽的測定裝置，包括主管路以及設置在主管路上的顆粒物切割器I，顆粒物切割器I為空氣動力學顆粒物切割器，可以進行卩11至?110的顆粒切割，主管路在顆粒物切割器I后端連接設置有干擾氣體濾除裝置2，干擾氣體濾除裝置2為環形溶蝕器，優選采用2 % -4 %或的Na2CO3進行鍍層處理，在干擾氣體濾除裝置2后端連接有三通3，三通3分別與主管路、測定系統、穩定系統連接。
[0039]測定系統依次設有并聯的兩條支路、與兩條支路出口連接的硫酸鹽轉化爐10、第三粒子過濾器U、流量傳感器12和SO2檢測器13，并聯的兩條支路兩端分別連接設置有包括a I端口、b I端口、c I端口的第一三通電磁閥7和包括a2端口、b2端口、c 2端口的第二三通電磁閥9，al端口與主管路上三通3的一出口連接，a2端口與硫酸鹽轉化爐10的入口連接，兩條支路的入口分別與bl端口、Cl端口連接，出口分別與b2端口、c2端口連接，其中，bl端口與b2端口之間設置有第二粒子過濾器8，Cl端口與c2端口之間設置有通風管。
[0040]穩定系統與主管路上三通3的另一出口連接，依次設置有第一粒子過濾器4、流量