[发明专利]用于测量碳质气溶胶的加热腔室和包括该腔室的装置

说明书

本发明属于适于检测和量化碳质气溶胶的系统领域。本发明涉及一种用于测量碳质气溶胶的装置的改进的加热腔室，该加热腔室至少包括：上部和下部，其具有用于封闭的环和用于销的孔，该加热器通过该孔接收加热所需的电压；入口和阀系统，该入口用于将采样空气引导至该过滤器，该阀系统在分析期间调节采样空气流和空气流；围绕该过滤器的两个加热器，每个加热器至少包括壳体和电热丝，其中第一加热器安装在上部，第二加热器安装在下部，其中加热器与过滤器的距离为1‑10毫米，并且其中加热器由电子器件控制；以及出口，其用于将产生的CO₂引向CO₂检测器。

技术领域

本发明属于通过使用热光学手段确定材料的化学或物理性质来分析材料的方法和装置的领域，更准确地说，属于特别适用于检测和量化碳质气溶胶的系统。本发明涉及一种用于测量碳质气溶胶的装置的改进的加热腔室和包括该腔室的装置。

本发明的背景和技术问题

碳质气溶胶种类繁多，通常是微粒物质中最大和最重要的部分(PM2.5)(Turpinet al.,2001,doi:10.1080/02786820119445；Solomon et al.,2008,J.AirWasteMgmt.Assn.,58,S3-S92)。它们影响空气质量、能见度、气候强迫、云成核、行星辐射平衡和公共健康。碳质馏分通常根据其挥发性用热光方法分离成有机碳(OC)和元素碳(EC)。虽然总碳(TC)浓度的联合测量通常是可靠的(Karanasiou et al.,2015,doi:10.5194/amtd-8-9649-2015)，但对于不同的热分析方法，分离OC，尤其是EC馏分的结果差异很大(Schmid etal.,2001,Atmos.Environ.,35,2111–2121,；tenBrink et al.,2004,doi.org/10.1016/j.atmosenv.2004.08.027；Bae et al.,2009,doi:10.1016/j.scitotenv.2009.05.035)。有机(OC)化合物通常构成环境气溶胶中最大的碳质部分：通常超过PM2.5质量的50％。一小部分被归类为吸光碳(LAC)，通常以黑色(BC)和棕色(BrC)碳(Petzold,2013)来描述；或者元素碳(EC)，这是用热分析方法用仪器定义的。

需要与TC相关的准确、连续和高时间分辨率的数据，以评估问题的严重性，并确定和调查需要关注的主要来源；并且在应用控制和规则之后量化改进。因此，测量碳质气溶胶的装置，也称为总碳分析仪(TCA)，已经被开发出来，但其用于燃烧采样空气的加热器对样品的加热速度很慢。因此，本发明的目的是提供一种用于总碳分析仪装置的改进的带有加热器的腔室，该腔室将快速达到可靠、可重复和完全燃烧所需的大约1000℃的温度。还希望该腔室是坚固的，并且适合用于现场测量和实验。

技术发展水平

对气溶胶中“EC/OC”含量的常规热分析给出的数据高度依赖于所使用的热分析协议：‘NIOSH’vs.‘IMPROVE’vs.‘EUSAAR’。市售的OC/EC分析仪有一个石英玻璃腔室，该腔室是惰性的，耐1000℃左右的高温。样品的加热是缓慢的，因为热催化剂MnO₂被用来将有机蒸汽转化为二氧化碳，然后用合适的检测器，通常是NDIR来测量其数量。在专利申请CN101963606中描述了一种这样的分析仪，该专利申请公开了一种用于总有机碳自动分析仪的燃烧炉，其包括玻璃部件、加热线圈、温度传感器、样品出口、气体出口、保护管、催化剂、燃烧炉壳体和保温棉。催化剂设置在玻璃组件的底部，加热线圈在催化剂的催化下将样品加热至900℃，样品中的有机物燃烧产生二氧化碳。

Skalar、Eltra和Uic Inc.公司销售的设备中使用的解决方案使用不同的加热器，其中与本发明相比，电热丝安装在不同的位置。此外，燃烧是通过催化剂的存在来实现的，类似于市售的OC/EC分析仪。因此，被分析样品的加热和随后的燃烧不如本发明中那样有效。

解决技术问题的说明