CN102680371A - 测定大气颗粒物中粒子态硫化物组分的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种检测大气颗粒物中的粒子态硫化物组分的方法，其主要步骤为：1)经过空气动力学等效粒径切割后的空气样品通过高温石英转化器后进入SO₂检测器，测得所有空气样品中的气态和粒子态硫化物组分浓度；2)经过空气动力学等效粒径的切割后空气样品通过粒子过滤器，将空气样品中的颗粒物全部过滤掉，再通过高温石英转化器后进入SO₂检测器，得到气态硫化物和SO₂浓度；3)将步骤1的所有气态和粒子态硫化物组分浓度减去步骤2的气态硫化物组分浓度，即得到空气动力学等效粒径中的粒子态硫化物组分的浓度。本发明还公开了一种用于实现上述方法的装置。本发明可以有效地满足对大气各种粒径的粒子态硫化物的在线检测方法和设备需求。

Description

测定大气颗粒物中粒子态硫化物组分的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种测定大气中硫化物组分的方法，更具体地是涉及一种测定大气颗粒物中硫化物组分的方法。

本发明还涉及一种用于实现上述方法的装置。

背景技术

城市空气质量是影响居民身体健康以及保持社会良性持续发展的重要因素，尤其对于我国大中型城市，大气环境问题受到世界各国及全国各界人士的极度关注。目前我国大中型城市空气质量现状堪忧，其中灰霾天伴随高浓度SO₂，NOx，O₃等污染的大气复合型污染影响最大，危害最重。

灰霾天的主要污染物是颗粒物，颗粒物中主要组分为硫化物，氮氧化物，矿物质，有机物等，其中硫化物主要为无机硫酸盐和有机硫化物，有机硫化物通常为易挥发、还原性化合物，如二甲基硫(DMS)、二甲基二硫(DMDS)、羰基硫(COS)、甲硫醇(MSH)、甲磺酸(MSA)和二硫化碳(CS2)等。一般认为，地球大气有机硫化物主要来自海洋，但目前相关研究表明，城市灰霾颗粒物中有机硫化物含量很高，城市中有机硫化物可能是局地污染源排放的气态硫氧化物等经由气固反应后进一步聚集或被吸附在细颗粒物而生成，吸附在颗粒物表面的硫氧化物会很快被氧化生成有机硫化物。因此，污水、土壤、沙地、含硫氧化物的建筑排放废水都可能是有机硫化物的来源。陆地释放的DMS和工业废弃物释放的硫氧化物都可能是城市气溶胶中有机硫化物的两个主要前体。较高浓度的有机硫化物随气溶胶的长距离传输(如沙尘暴)有可能影响包括太平洋及更远的美洲大陆的全球硫循环。因此对灰霾天粒子态硫化物的检测研究不仅关系到城市空气质量研究领域，还对地球化学硫循环机制，对区域酸沉降和全球硫循环有着很大意义和价值。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种测定大气颗粒物中的粒子态硫化物组分的方法。

本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的装置。

为实现上述目的，本发明提供的测定大气颗粒物中的粒子态硫化物组分的方法，其主要步骤为：

1)经过特定的空气动力学等效粒径切割后的空气样品通过高温石英转化器后进入SO₂检测器，测得所有气态和粒子态的硫化物组分浓度；

2)经过特定的空气动力学等效粒径的切割后空气样品通过超细粒子过滤器，将空气样品中的颗粒物全部过滤掉，然后再通过高温石英转化器后进入SO₂检测器，得到气态硫化物组分浓度；

3)将步骤1的所有气态和粒子态的硫化物组分浓度减去步骤2的气态硫化物组分的浓度，即得到该空气动力学等效粒径中的粒子态硫化物组分的浓度。

所述的方法，其中，空气动力学等效粒径可为PM₁至PM₁₀的任意规格。

所述的方法，其中，粒子态硫化物包括：二甲基硫(DMS)、二甲基二硫(DMDS)、羰基硫(COS)、甲硫醇(MSH)、甲磺酸(MSA)、二硫化碳(CS₂)和一些硫酸盐等组分。

所述的方法，其中，高温石英转化器将大气中挥发性有机硫化物和无机硫化物氧化为SO₂。

SO₂检测器为公知的脉冲荧光SO₂检测器。

本发明提供的用于实现上述方法的装置，主要包括：

一空气动力学等效粒径切割头，连接三通阀的第一端口；

三通阀的另外两个端口分别连接高温石英转化器的进气口和粒子过滤器的进气口；

粒子过滤器连接至高温石英转化器的进气口；

高温石英转化器的出气口连接SO₂检测器。

所述的装置，其中，空气动力学等效粒径切割头可为PM₁(即颗粒物空气动力学等效粒径小于1微米)至PM₁₀(即颗粒物空气动力学等效粒径小于10微米)的任意规格的切割头。

所述的装置，其中，三通阀为电磁三通阀。

所述的装置，其中，粒子过滤器为孔径0.45μm以下的超细粒子过滤膜。

本发明的方法和装置，可以有效地满足对大气各种粒径的粒子态硫化物组分的在线检测方法和设备需求。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

附图中主要组件符号说明：

空气动力学等效粒径切割头1，电磁三通阀2，超细粒子过滤器3，高温石英转化器4，SO₂检测器5。

具体实施方式：

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，是本发明的装置示意图。

本发明的检测装置主要是由空气动力学等效粒径切割头1、电磁三通阀2、超细粒子过滤器3、800℃以上(优选1000℃)的高温石英转化器4和SO₂检测器5组成，该装置可以精确测量大气颗粒物中的粒子态硫化物组分浓度。具体采用以下技术方案：

空气动力学等效粒径切割头1连接一电磁三通阀2，该电磁三通阀2的另两个端口分别各连接高温石英转化器4的进气口和超细粒子过滤器3的一端，而超细粒子过滤器3的另一端也连接至高温石英转化器4的进气口。

本发明的空气动力学等效粒径切割头1可以视需要检测的颗粒物的尺寸而定，比如PM₁至PM₁₀的任意规格的切割头，本发明以PM_2.5粒径切割头为例。

本发明的SO₂检测器为公知设备。

本发明的气体样品经过空气动力学等效粒径切割头1对其中的颗粒物筛选出预定的PM_2.5粒子后，通过电磁三通阀2将气体样品分为两条气路，并进行任意一路的气路选择。电磁三通阀2可以二选一的通过两条气路，一路为直接通过高温石英转化器4进入SO₂检测器5，获得气态和粒子态的总硫化物组分浓度值A，另一路气路是经过超细粒子过滤器3，将所有的颗粒物都过滤掉，再通过高温石英转化器4进入SO₂检测器5，得到气态硫化物组分的浓度值B，由气态和粒子态的总硫化物浓度值A减去气态硫化物组分的浓度值B，就得到PM_2.5粒子态硫化物组分浓度值。电磁三通阀2在两条气路中的转换由程序控制，从而达到在线测量粒子态硫化物组分的目的。

具体气体样品的分析步骤如下：

进行检测时，SO₂检测器内部的采样泵工作，将空气样品抽入检测装置中，首先环境空气进入PM_2.5切割头1，筛选出PM_2.5以下的颗粒物进入电磁三通阀2的a口，该电磁三通阀2有两种状态，一种是a-b相通，一种是a-c相通。当a-b相通时，空气样品通过超细粒子过滤器3，将所有的颗粒物完全过滤，只有气体样品进入高温石英转化器4后进入SO₂检测器5，SO₂检测器5测量出的SO₂值就等于气态SO₂和其他气态硫化物的值。

电磁三通阀2的第二种状态为a-c相通，此时空气样品不经过超细粒子过滤器3直接进入到高温石英转化器4，空气中的气态硫化物、SO₂和粒子态的硫化物组分在1000℃的高温石英转化器4中全部被转化为SO₂，然后进入到SO₂检测器5中，得到一个总的硫化物的值，通过设定电磁三通阀2循环控制，每2-5分钟转换一次状态，得到气态硫化物与气态和粒子态总硫化物两个值。一般近似认为，在10分钟内，空气中的成分没有太大变化，因此可以使用气态和粒子态总硫化物值减去气态硫化物的值，得到粒子态硫化物的值。通过持续的循环检测，即可得到在线的PM_2.5中硫化物的检测数据。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭示的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种检测大气颗粒物中的粒子态硫化物组分的方法，其主要步骤为：

1)经过空气动力学等效粒径切割后的空气样品通过高温石英转化器后进入SO₂检测器，测得所有气态和粒子态硫化物组分浓度；

2)经过空气动力学等效粒径的切割后空气样品滤除全部颗粒物，再通过高温石英转化器后进入SO₂检测器，得到气态硫化物组分浓度；

3)将步骤1的所有气态和粒子态硫化物组分浓度减去步骤2的气态硫化物组分浓度，即得到空气动力学等效粒径中的粒子态硫化物组分的浓度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，空气动力学等效粒径为PM₁至PM₁₀的任意规格。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，粒子态硫化物组分包括：二甲基硫、二甲基二硫、羰基硫、甲硫醇、甲磺酸、硫酸盐和二硫化碳。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，SO₂检测器将大气中挥发性有机硫化物和无机硫化物氧化为SO₂。

5.一种用于实现权利要求1所述方法的装置，主要包括：

一空气动力学等效粒径切割头，连接三通阀的第一端口；

三通阀的另外两个端口分别连接高温石英转化器的进气口和一粒子过滤器；

粒子过滤器连接至高温石英反应器的进气口；

高温石英反应器的出气口连接SO₂检测器。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，空气动力学等效粒径切割头为PM₁至PM₁₀的任意规格的切割头。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，三通阀为电磁三通阀。

8.根据权利要求5所述的装置，其中，粒子过滤器为孔径0.45μm以下的超细粒子过滤膜。