[发明专利]一种PM2.5

说明书

本发明涉及一种PMsubgt;2.5/subgt;在线质量浓度实时补偿装置及方法，其包括：人字形不锈钢三通管，其入口端与切割头连接，将进入的颗粒物分为两路输出；颗粒物散射仪，其入口经一干燥管与人字形不锈钢三通管的一路输出连接，用于获得颗粒物散射系数，并传输至智能电子控制终端；颗粒物监测仪，其入口经另一干燥管与人字形不锈钢三通管的另一路输出连接，用于获得颗粒物质量浓度数据，并传输至智能电子控制终端；流量控制器，分别设置在颗粒物散射仪和颗粒物监测仪的出口端，用于控制进入颗粒物的流量；智能电子控制终端，与流量控制器、颗粒物散射仪和颗粒物监测仪连接并控制其工作；根据接收到的颗粒物散射系数、颗粒物浓度计算得到大气颗粒物中补偿质量浓度。

技术领域

本发明涉及大气环境中颗粒物在线测量技术领域，特别是关于一种PM_2.5在线质量浓度实时补偿装置及方法。

背景技术

准确测量地大气环境中颗粒物的质量浓度对于评估其大气环境质量、人体健康和气候变化的影响具有重要的现实意义。硝酸盐和部分挥发性有机物是导致大气颗粒物测量值被低估的主要因素。当环境温度为25℃时，硝酸盐(细颗粒物中主要硝酸铵形式存在)的潮解点(潮解时对应的相对湿度)大约为62％，因此当环境相对湿度低于62％时，纯硝酸铵会逐渐分解为氨气和气态硝酸，进而导致实测PM_2.5质量浓度低估。实际环境中，大气颗粒物中的硝酸盐和硫酸盐及有机物以混合的形式存在，因此颗粒物的混合潮解点会小于62％，甚至可以达到50％以下。无论如何，现有的大气颗粒物在线设备通常都是将颗粒物采集到滤纸上，或采用震荡天平或采用Beta(β)射线法进行定量颗粒物质量浓度。在此过程中，需要对环境颗粒物样品进行加热除湿，尽可能地降低水汽影响，但同时也会导致大部分硝酸铵和少量有机物的质量损失，使得实测颗粒物质量浓度偏低。在以硝酸盐污染为主导的颗粒物污染事件下，实测颗粒物质量浓度则偏低更明显。因此，在现有在线PM_2.5监测仪的基础上增加颗粒物质量浓度实时补偿，对于准确评价城市大气颗粒物污染程度具有重要的现实意义。

目前，对大气颗粒物中挥发性化学成分的补偿的方法主要采用冷却样品方法降低挥发性化学成分的损失，实现挥发性化学成分质量浓度的补偿。该方法对于补偿挥发性有机物有一定效果。然而，大多数城市PM_2.5化学成分观测表明，颗粒物中低温挥发性有机物(纯氦加热120℃测量的有机物)的含量占总有机物含量不足3％，占PM_2.5质量浓度则更低(不足1％)，因此该方法对大气环境中PM_2.5质量浓度的补偿的实际价值不明显。相对于低温挥发性有机物而言，在硝酸盐主导的颗粒物污染事件中，硝酸盐占PM_2.5质量浓度可以达到30％以上，甚至超过50％，由此可见，PM_2.5质量浓度最需要补偿的是硝酸盐而非低温挥发性有机物。采用冷却样品方法虽然可以降低样品温度，降低低温挥发性有机物的损失，但是降低温度同时，也会导致大气颗粒物样品中水汽的凝结(当样品前期除湿不彻底时)，从而高估补偿的质量浓度。即便样品前期除湿较彻底，但是当硝酸盐被采集到干燥滤膜上时也会导致大量硝酸盐挥发损失。当大气颗粒物样品温度从25℃冷却到10℃时，硝酸盐的潮解点从62％上升到70％，即只要滤纸上相对湿度小于70％，硝酸盐就会分解成硝酸气体，因此该方法对于补偿硝酸盐的损失仍然存在较大的不确定性。此外，还有通过纯净气体(如常用氮气)循环的吹扫采集样品方法来捕捉挥发性化学成分(如美国赛默飞世尔科技公司的震荡天平仪器配置的有滤膜动态测量系统)，进而补偿PM_2.5质量浓度。不论哪种方法，凡是通过用滤膜为载体方法均不能有效补偿硝酸盐的损失。总体来讲，上述基于滤膜测量的两种方法均不能较好地解决硝酸盐损失的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种PM_2.5在线质量浓度实时补偿装置及方法，其具有实时在线的特点，充分考虑硝酸盐的化学和光学性质，采用非接触式的光散射测量，以应用于现有大气环境监测站PM_2.5在线质量浓度补偿。