[发明专利]大气颗粒物—碳黑气溶胶质量浓度监测仪及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环保监测领域，具体是一种简便地在线监测大气颗粒物-碳黑气溶胶质量浓度的仪器与方法。

背景技术

碳黑气溶胶对区域乃至全球气候和环境变迁具有十分重要的影响，其粒径一般小于2.5微米，对人体健康的危害更甚于PM10，因此逐渐成为各国气象部门和环保组织的检测对象。目前，国际上检测含碳气溶胶的方法主要有：

A.浑浊度测定法：此方法采用传统的“浑浊度系数”采样器(CoefficientOf Haze tape sampler，简称COH)在某点固定时间段收集气溶胶，然后测量从白炽光源发射的光的反射系数。随着样品中碳黑量的增加，反射系数会减小。该方法由于其数据精确性低，已逐渐被其它方法替代。

B.热光分解法：气溶胶样品中的有机碳/元素碳含量由热光反射分解法(Thermal Oxidation/Reflection，简称TOR)获得。在无氧的纯He环境中，分别在不同的温度下，对滤膜片进行加热，将滤纸上的颗粒态碳转化为CO₂；然后再将样品在含2％氧气的氦气环境下逐步加热，此时样品中的元素碳释放出来。样品在加热过程中，部分有机碳可发生碳化现象而形成碳黑，使滤膜变黑，导致热谱图上的有机碳和元素碳峰不易区分。因此激光监测滤纸的反射光强，利用光强的变化明确指示出元素碳氧化的起始点。由此得到的元素碳和碳黑成较好的同一性。但该方法的操作复杂，监测成本较高，不利于碳黑气溶胶连续实时监测。

发明内容

本发明要解决的问题是：采用光学衰减法，提供一种大气颗粒物-碳黑气溶胶质量浓度监测仪及监测方法，提高大气颗粒物浓度测量的实时性和自动化，使得测量大气颗粒物浓度的工作更为简单准确。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案：

大气颗粒物——碳黑气溶胶质量浓度监测仪，其特征在于包括有气体监测室，气体监测室的上端联接有悬挂的吸附电磁铁，气体监测室的顶部安装有LED光源阵列，气体监测室联通有气体入口，气体监测室的底部为玻璃底板，玻璃底板上有透气窗口；气体监测室的底部，置于基座上；所述玻璃底板下方是安装于基座上的玻璃隔板，玻璃隔板下方安装有参考光电探测器，透气窗口和基座上的出气室的进气口吻合，出气室侧面有气体出口，出气室底部为玻璃，其下方安装有测量光电探测器；气体监测室和基座之间压有能盖住透气窗口的石英滤纸带；所述的气体出口经过质量流量控制器、三通电磁阀和气泵联通，三通电磁阀一个接口通过过滤器和大气联通。

所述的大气颗粒物——碳黑气溶胶质量浓度监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、设置气体监测室，气体的顶部安装有LED光源阵列，气体监测室联通有气体入口，气体监测室的底部为玻璃底板，玻璃底板上有透气窗口；气体监测室的底部有石英过滤纸带；透气窗口和其下方的出气室上的进气口吻合，并将石英滤纸压在中间；通过气泵抽气，并同时测量大气流量，使待测大气从气体监测室的气体入口进入，从出气室的出气口抽出，大气经过石英过滤纸过滤作用，会在石英过滤纸上沉积大气颗粒物；利用参考光电探测器透过玻璃底板与石英滤纸的光信号，利用测量光电探测器接收透过透气窗口下方石英滤纸的光信号；

(2)、在不抽气的情况下，通过参考与测量光电探测器测量透过石英滤纸的参考光强I_r0和测量光强I_s0；

(3)、抽气Δt，所抽的空气样品中的碳黑气溶胶颗粒沉积在石英滤纸膜上；

(4)、根据测量的大气流量值F，再结合抽气时间Δt，计算气体的体积；

(5)、打开光源，参考与测量光电探测器探测的参考光强I_r1和测量光强I_s1，在该种光源下，碳黑气溶胶颗粒对该种光的光衰减值增量