[实用新型]一种基于多波长光源的有机碳-元素碳浓度的监测设备

说明书

本实用新型公开了一种基于多波长光源的有机碳‑元素碳浓度的监测设备，包括多波长光源、反射光检测器、透射光检测器、解析炉和催化炉；解析炉和催化炉连通，多波长光源发出的激光通过光纤束导入解析炉内，反射光检测器和透射光检测器分别安装在解析炉的两端；解析炉的内部固定有石英滤膜，解析炉的侧壁位于石英滤膜的两侧分别设有进气口和采样泵连接口，解析炉通过采样泵连接口连接有采样泵；催化炉的出口连接有检测器。本实用新型提供的监测设备，利用光纤束能够将多个波长的光均引入解析炉中，通过多波长光源，在实现元素碳和有机碳分割的同时，能够提供颗粒物中棕碳的信息，而且多波长光源的应用，能够提供更多的关于能见度信息。

技术领域

本实用新型属于环境监测仪器技术领域，具体涉及一种基于多波长光源的有机碳-元素碳浓度的监测设备。

背景技术

大气气溶胶是悬浮在大气中的固态和液体颗粒物的总称，大气气溶胶中的碳质组分通常占大气细粒子质量浓度的10-70％，是大气细粒子的重要组分。有机碳(OC)、元素碳(EC)或黑炭(BC)是大气气溶胶的重要组成。因大气气溶胶中的碳质组分破坏地球辐射平衡、影响全球气候、降低城市能见度、危害人类健康，是大气气溶胶领域的重点研究内容，已成为当今环境监测领域的热点。

有机碳和元素碳的分析技术有热学法、光学法和热光法。热学分析法是根据有机碳、元素碳的挥发及消解温度特性的不同，通过控制升温曲线使两者依次逐步挥发或消解，再对消解产物进行检测。热学法设备简单，容易操作，但是热学分析法无法解决有机碳和元素碳的分割问题，给测量带来的不准确性。光学法主要用于元素碳的测定，难以测定有机碳。热光法在热学法的基础上增加光学的校准，利用有机碳和元素碳光学吸收系数的差异，能够对有机碳在加热中炭化成元素碳部分进行有效的校准，传统的方法是使用635nm波长的光源来确定OC/EC的分割点，进而计算出颗粒物中的OC和EC的含量。一般方法是通过PM2.5切割头实现大气颗粒物粒径的筛选，将PM2.5颗粒物采集到石英滤膜上，承载试样的石英滤膜先后在He气和He/O₂气体的环境下依次按照设定温度梯度升温，完成试样的分解，通过NDIR传感器或者FID传感器尽心定量分析。高温下有机碳在He气中分解的称之为有机碳(OC)，在He/O₂气中氧化分解的是元素碳(EC)。在整个过程中通过一束波长为635nm波长的激光束来确定EC和OC的分割点。在前述试样消解过程中，可同时测定激光入射光强，石英滤膜透射光和反射光的光强。在试样消解过程中，随着部分有机碳的碳化，反射光和透射光会逐步变弱，在有氧环境下随着裂解碳的逐步氧化，反射光和透射光逐步恢复到原来光强的时刻，则作为有机碳和元素碳的分割点，即此刻之前石英滤膜上逸出的碳被认为是有机碳，之后的碳被认为是元素碳。传统的方法是使用635nm波长的光源来确定OC/EC的分割点，进而计算出颗粒物中的OC和EC的含量。它基于以下两个假设第一，由OC碳化生成的元素碳(PEC)先于颗粒物中原有的EC(Native EC，NEC)氧化分解；第二，PEC在分析过程中的吸光系数始终等同于NEC。然而研究表明，PEC的吸光系数在分析过程中会发生一定的变化，且在大多数情况下和NEC的吸光系数并不相等；有氧加热时，PEC和NEC的氧化分解过程并非各自独立，而是交错进行的。因此，热分解-光学校正法仍具有一定误差.尽管如此，其对OC碳化做了较好的修正，目前应用最为广泛方法。

由于燃烧生成的气体产物的光学衰减系数是波长的函数，所以不同的波长会对测量的结果产生影响。近来的研究表明，黑炭(BC)和棕碳(BrC)是大气中的重要的光吸收物质；而且黑炭的吸收波长从红外到近紫外波段；而棕碳在长波吸收的少，在短波段吸收的多，因此显现出棕色，棕色碳一般是由有机碳组成。如何克服现有技术中单一光源监测的不足，提供一种能够获取更多大气气溶胶中能见度、黑炭、棕碳等信息的设备是亟待解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于多波长光源的有机碳-元素碳浓度的监测设备。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：