[发明专利]气溶胶亲水特性观测系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种用于检测空气中气溶胶颗粒的亲水能力的大小和潮解点的方法和装置。

背景技术

气溶胶亲水增长特性的获取通常有实验室分析和外场观测两种方式，实验室分析主要针对单质气溶胶或是少数几种气溶胶混合体系的亲水特性，这种方法可以较为准确的获得不同化学组成的气溶胶颗粒的亲水能力大小、潮解点等信息，但实验室的观测结果往往与实际大气中所观测的气溶胶的亲水特性还有一定的差别，这与环境大气中气溶胶颗粒的化学组成，混合状态、有机颗含量等有密切关系。相比而言，外场观测则可较为准确的了解实际大气中气溶胶颗粒散射特性与相对湿度之间的相互关系。

目前国外对气溶胶的亲水性的观测的方法主要是：

1.“稀释/混合”方法

“稀释/混合”的方法最早由Covert(1972)提出，其目的是研究无机盐气溶胶的散射能力与相对湿度之间的关系，其基本原理为通过向进气管中按比例混合一定量的水汽以改变进气的相对湿度，再经浊度计测量散射系数对颗粒物亲水增长的响应。此方法能很容易增加进气的相对湿度，但是也存在一定的缺点：一、加湿过程需混入一定体积的湿空气，因而会稀释进气的气溶胶浓度；二、水汽的加入可能导致采样气流的相对湿度分布不均匀，需要增加进气的湍流程度，而这势必会影响气溶胶颗粒物的粒径分布。三、增湿过程中，水汽的传输平衡过程可能使局部气流的相对湿度出现先增大后降低的情况，这也难免会影响气溶胶的物化状况。因此，该装置一般多用于在实验室条件下对纯无机盐类气溶胶的研究，对颗粒物组成、混合状态较复杂的实地观测误差较难评估。

2.“水汽交换”方法

国际上许多学者都倾向于使用“水汽交换”的方法改变气流相对湿度，此方法的关键部件是一个水汽渗透管(Perma Pure Drying Tube，Nafion材料制成)，该管利用内外气流流速不同造成的负压将管外水汽输送至管内，而不是简单的将两种气流混合，可以避免湍流、水汽分布不平衡、过饱和等问题。该方法的优点在于：一、对进样气流相对湿度的调控能力较强，增湿过程不会有过饱和、湿度分布不均匀、湍流等现象发生；二、自动化程度较高，操作较为方便；其缺点在于结构过于复杂，只适用于细粒子，仪器维护较为复杂。

发明内容

本发明提供一种新的气溶胶亲水性观测的方法及观测系统。

一方面，本发明提供一种气溶胶亲水性观测系统中的加湿装置，采用的是“水汽-水”输送方案，包括进样管和管外腔和加热层，其中进样管管壁为渗透管，管外腔为水浴层，通过设置在管壁外的加热层的加热，调节进样管管内外气流的水汽压差，使水汽通过渗透管进入进样管。

所述的加湿装置中，渗透管为Nafion半透膜材料制成，其它接口为不锈钢和Teflon材料制成，水浴层使用的是去离子水，加热层在水浴层外侧。

另一方面，本发明请求保护一种气溶胶亲水性特性观测系统，包括，进样部分和积分浊度计部分(Nephelometer)，其中进样部分中使用前述的加湿装置，通过该加湿系统能够使进样部分的进气湿度在40％-90％之间人为可控。所述系统还包括一套参比用装置，同样包括进样部分和积分浊度计部分，其中参比系统中进样部分，控制进气的湿度为40％以下。

本发明的另一个目的是提供一种气溶胶亲水特性观测的方法，所述方法使用前述的观测系统，以观测空气中气溶胶颗粒的亲水能力大小和潮解点。

本发明提及的气溶胶亲水特性的观测主要包括相对湿度对气溶胶散射系数的影响以及对粒子谱的影响两个方面，散射系数的变化一般通过积分浊度计直接观测获取。

附图说明

图1为本发明所使用的加湿装置，其中：A为加湿装置的全图，B为加湿装置的剖面图。

图2为气溶胶亲水增长特性观测系统。

图3北京城区测点散射系数数据校准前。

图4北京城区测点散射系数数据校准后。

图5天津宝坻测点散射系数数据校准前。

图6天津宝坻测点散射系数数据校准后。

其中：

1、样气进气管，2、半透膜管壁，3、加热层，4、水浴，5、有机玻璃管壁，6、聚四氟乙烯加热带，7、积分浊度计，7’、积分浊度仪，8、样气进气单元，8’、样气进气单元。

具体实施方式

加湿装置