[发明专利]大气颗粒物的等离子体电离方法和装置

权利要求书

1.一种大气颗粒物的等离子体电离装置，其特征在于，包括空气动力学透镜和等离子体电离源，所述等离子体电离源包括内电极、绝缘管、外电极、放电气体管路和交流电源，所述空气动力学透镜的出口与所述内电极的入口端连通，且所述空气动力学透镜与所述内电极的连通处设置有真空泵，所述内电极套设在所述绝缘管内，位于所述内电极出口处的所述绝缘管外壁上包裹有所述外电极，所述交流电源连接在所述内电极和所述外电极之间，所述放电气体管路与所述绝缘管的入口处垂直连通，所述放电气体管路中通过的放电气体在所述内电极和所述绝缘管之间的空隙中流动，所述绝缘管的出口处设置有滤膜，所述绝缘管出口处的气压低于所述内电极的入口处的气压。

2.根据权利要求1所述的大气颗粒物的等离子体电离装置，其特征在于，所述空气动力学透镜、所述内电极和所述绝缘管同轴设置。

3.根据权利要求1所述的大气颗粒物的等离子体电离装置，其特征在于，所述装置还包括第一T型三通管件，所述空气动力学透镜的出口与所述内电极的入口端分别密闭连接在所述第一T型三通管件的两端，所述真空泵连接在所述第一T型三通管件的中间端口。

4.根据权利要求1所述的大气颗粒物的等离子体电离装置，其特征在于，所述装置还包括第二T型三通管件，所述内电极的中部和所述绝缘管的入口端分别密闭连接在所述第二T型三通管件的两端，所述放电气体管路连接在所述第二T型三通管件的中间端口。

5.根据权利要求3所述的大气颗粒物的等离子体电离装置，其特征在于，所述空气动力学透镜由一组孔径逐渐减小的同轴透镜组成，所述空气动力学透镜的入口直径为0.1-0.2mm，透镜直径为10-30mm，孔径为1-5mm，两个相邻透镜之间的间隔为10-50mm,所述空气动力学透镜的出口为一长度10-30mm的管路，用于与所述第一T型三通管件相连。

6.根据权利要求1所述的大气颗粒物的等离子体电离装置，其特征在于，所述内电极为导电管路，选用任何硬质金属或合金材料，优选不锈钢、铜或钨，所述内电极的内径为0.5-5mm，长度为30mm-80mm。

7.根据权利要求1所述的大气颗粒物的等离子体电离装置，其特征在于，所述绝缘管的内径为1-10mm，厚度为0.5-2mm，长度为10-250mm，所述绝缘的材料优选陶瓷或石英，所述内电极出口与所述绝缘管出口之间相距10-100mm。

8.根据权利要求1所述的大气颗粒物的等离子体电离装置，其特征在于，所述外电极紧贴所述绝缘管外壁设置，所述滤膜孔隙度为20-100nm，厚度为0.1-1mm，所述滤膜由绝缘材料制成，优选石英或聚合物材质。

9.根据权利要求1所述的大气颗粒物的等离子体电离装置，其特征在于，所述放电气体在所述内电极5和所述绝缘管7之间的空隙中流动的速度为0.5L/min-1L/min，所述放电气体优选氦气、氩气、空气、氮气中的一种或几种；所述交流电源的电压频率为0.5-100kHz，峰谷电压差为1-10kV，功率为0.5-100W。

10.一种大气颗粒物的等离子体电离方法，其特征在于，使用如权利要求1-9任一项所述的装置，包括如下步骤：

将大气压下含有颗粒物的气体样品吸入到空气动力学透镜中；

颗粒物穿过空气动力学透镜内的孔径并逐渐收缩为一束，从空气动力学透镜的出口飞出，并进入内电极；气体从真空泵接口处流出；

放电气体通过放电气体管路进入绝缘管与内电极间的空隙，放电气体在交流电压的作用下发生电离产生等离子体，其中，交流电压由内电极和外电极之间的交流电源施加；

颗粒物从内电极出口端飞出后与等离子体发生反应，从表面分子开始逐渐被电离，在气压差的作用和放电气流的带动下，颗粒物边反应边流向绝缘管出口，粒径大于绝缘管出口处滤膜孔隙度的颗粒物被滤膜拦截，继续被离子化，反应生成的离子和粒径小于滤膜孔隙度的颗粒物通过滤膜，进入后续应用。