[发明专利]一种用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置和方法

摘要

一种用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置和方法，装置包括两路压缩N2输入口和一路O2输入口、为每路气体设置的流量计、含30%H2O2（重量）水溶液试剂瓶、低压汞灯紫外光源、OH自由基发生器、流动反应腔体、Mega‑Ray模拟太阳光源、样品盘、温度计及水杨酸采样头。该装置和方法用于研究不同OH自由基浓度、反应时间、反应温度下各种燃烧排放指示物的稳定性差异，并计算其二级反应常数；推算雪冰样品中生物质燃烧指示物的初始沉降浓度，尽可能消除由于OH自由基可以氧化雪中生物质燃烧指示物带来的影响。

主权项

1.一种用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置，其包括第一路压缩N₂输入口（1）和第二路压缩N₂输入口（3），为压缩N₂管路分别配备的对应的流量计、含30% H₂O₂水溶液试剂瓶（2）、OH自由基发生器（4）、低压汞灯紫外光源（5）、压缩O₂输入口（6）、为压缩O₂管路配备的流量计、流动反应腔体（7）、样品盘（8）、Mega‑Ray模拟太阳光源（9）、用于测定反应时特定温度的温度计（11）及水杨酸采样头（13），其特征在于：第一路压缩N₂通过流量计进入含30%H₂O₂水溶液试剂瓶（2），带有H₂O和H₂O₂的气流进入OH自由基发生器（4），第二路压缩N₂通过流量计直接进入OH自由基发生器（4），H₂O和H₂O₂在OH自由基发生器（4）的低压汞灯紫外光源（5）的照射下光解产生OH自由基；压缩氧气O₂ 与流经OH自由基发生器（4）的N₂混合后进入流动反应腔体（7）；OH自由基发生器（4）置于常温环境，流动反应腔体（7）放置在小型冷库里，冷库壁留有实验口，流动反应腔体（7）与OH自由基发生器（4）通过穿过实验口的管路连接；流动反应腔体（7）设计为上开启方式，其上盖集成Mega‑Ray模拟太阳光源（9），用于模拟自然光线环境；实验时在样品盘（8）中铺设待测雪冰样品，利用OH自由基发生器（4）产生OH自由基，此时关闭Mega‑Ray模拟太阳光源（9），或者单独进行Mega‑Ray暴露产生OH自由基，此时关闭两路N₂输入和一路O₂输入，开启Mega‑Ray光源，模拟自然光线条件；使雪冰样品充分地与OH自由基接触或充分接收Mega‑Ray模拟光源照射，将与OH自由基充分反应的雪冰样品保存，流动反应腔体（7）的出口通过活接头（12）与水杨酸采样头（13）对接；反应后水杨酸采样头（13）的采样膜经过处理后连接到气相色谱质谱联用仪测定OH自由基的浓度，并且将不同OH自由基浓度下反应后保存的雪冰样品处理后，放到超高效液相色谱质谱联用仪上测试各生物质燃烧指示物的反应后浓度；获取各生物质燃烧指示物的反应后浓度，计算得到特定温度不同OH自由基浓度条件下的二级反应速率常数，对所得的二级反应常数求平均，得到特定温度下二级反应常数均值，利用所述二级反应常数均值，推算自然环境雪冰中生物质燃烧指示物的初始沉降浓度，从而矫正自然环境下雪冰中生物质燃烧指示物的浓度；其中，各指示物在特定温度下的二级反应常数k₂采用如下公式计算：    （1）式中：A：指示物的实时浓度，单位为ng.g^‑1；A₀：指示物的初始浓度，单位为ng.g^‑1；k₂：二级反应速率常数，单位cm³.molecule^‑1.min^‑1；[OH]：OH自由基浓度，单位molecule.cm^‑3；t：反应时间，单位min；采用如下公式来推算自然环境雪冰中生物质燃烧指示物的初始沉降浓度：    （2）式中：：自然环境冰川中指示物的初始沉降浓度，单位为ng.g^‑1；A’：自然环境冰川中指示物的实测浓度，单位为ng.g^‑1；：特定温度下的二级反应速率常数均值，单位cm³.molecule^‑1.min^‑1；[OH]：冰川表面OH自由基浓度，单位molecule.cm^‑3；t：降雪至样品采集的时间，单位min。