[实用新型]一种用于在线分析单颗粒中金属元素的装置

说明书

本实用新型公开一种用于在线分析单颗粒中金属元素的装置，包括颗粒物进样结构、激光测径系统和金属元素分析测定系统，颗粒物进样结构采用双喷嘴技术，可有效提高颗粒物的聚焦束质量；激光测径系统通过测量颗粒物经过激光束的飞行时间推断获取颗粒物的粒径大小，金属元素分析测定系统将颗粒物汽化并获取相应的金属元素发射光谱，再将获得的金属元素发射光谱与现有各种金属元素的光谱进行比较和解析，最终得到颗粒中金属元素的组成及定量含量。本实用新型可实现对于单个颗粒物的实时在线分析，具有极高的测量时间分辨率，能够同时获得同一个颗粒的粒径以及对应的金属元素组成信息，对于金属颗粒物的产生、来源、化学过程等分析具有明显优势。

技术领域

本实用新型涉及大气颗粒物检测领域，特别是涉及一种用于在线分析单颗粒中金属元素的装置。

背景技术

大气颗粒物的物理与化学性质极其复杂，一方面颗粒物的粒径跨度非常大，另一方面颗粒物的化学组成具有复杂的多样性和变化性。金属元素是大气颗粒物的一个重要组成，且金属元素常常由人为排放源所排放，对人类的影响极大。研究表明，单个含金属元素颗粒物的粒径、颗粒物中金属元素的含量以及其与其他化学组成的混合状态决定了金属颗粒物的化学反应活性、气候效应以及对于人体的健康效应。因此，对于单个气溶胶颗粒物金属元素的大小检测以及化学组成的快速检测一直是一个技术难点。

目前，对于金属元素单个颗粒物的分析通常有以下几种方式：

第一种是扫描电子显微镜联合能谱仪，扫描电子显微镜可以用于查看单个颗粒物的形貌，并测量出颗粒物的粒径大小，而能谱仪可以对单个颗粒物中的金属元素组成进行定量分析，从而得到单个颗粒物的粒径与金属元素的种类信息。但是，扫描电子显微镜和能谱仪联合的方法属于离线分析手段，分析一个颗粒物需要几分钟，难以实现快速的分析大气中颗粒物的变化情况。

第二种是单颗粒质谱技术，该方法能够实时对单个颗粒物进行聚焦进样，通过两束测径激光获得颗粒物的粒径并利用高能激光电离颗粒物产生离子，再利用质谱的方法获得产生的离子质谱图，从而实现对含金属颗粒物的粒径与化学检测。但是，单颗粒质谱技术一般采用紫外脉冲激光，这种方法难以对整个颗粒物进行汽化电离，对于很多低浓度金属元素难以检测。另外，激光电离方法对于不同金属元素的电离具有非常大的灵敏度差异，且极易受到背景干扰，稳定性较差，几乎无法实现对单颗粒中金属元素的定量分析。

第三种方法是激光诱导击穿光谱(Laser-inducedbreakdownspectroscopy，LIBS)，LIBS是一种广泛使用的金属元素分析仪，通过高能脉冲激光发射到样品表面，并气化待分析物，产生的不同金属元素原子会发射出不同的光谱谱线；根据这些特性的谱线特征就可以对金属元素组成进行定性分析，根据各种原子激发产生的光谱信号的强弱可以进行元素的定量测定。目前，大部分的LIBS检测系统都是用于固体样品的分析，例如对煤炭、岩石、宝石等分析物。即使是对大气颗粒物执行的分析，也往往是将颗粒物进行滤膜收集之后再进行LIBS分析，几乎无法同时得到单个颗粒物的粒径和金属元素组成信息。

此外，无论是扫描电子显微镜和能谱仪还是单颗粒质谱技术，这些方法所采用的仪器都比较大，比较昂贵，一般仅仅适用于实验室分析，难以实现便携式现场应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于在线分析单颗粒中金属元素的装置，能够实现对于单个颗粒物的实时在线分析，具有极高的测量时间分辨率，可同时获得同一个颗粒的粒径以及对应的金属元素组成信息。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：