專利名稱：?jiǎn)晤w粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及室內(nèi)污染檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單顆粒氣溶膠對(duì)室內(nèi)污染進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法及裝置。
背景技術(shù)：
污染物監(jiān)測(cè)分析是室內(nèi)污染研究的基礎(chǔ)，是進(jìn)行室內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)以及對(duì)癥進(jìn)行污染控制的重要前提。鉛、鎘、鋅、鋇等常見(jiàn)的有毒重金屬，對(duì)人體有明顯的危害，對(duì)這些元素的檢測(cè)具有非常重要的價(jià)值。目前對(duì)大氣氣溶膠中重金屬元素的分析多用離線采樣分析技術(shù)，但由于重金屬元素在氣溶膠中含量較少，因此需要采集時(shí)間長(zhǎng)才能獲得足夠的樣品分析，獲得數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率低，通常為每M小時(shí)得到一個(gè)質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)。且由于離線方法采樣時(shí)間長(zhǎng)，氣溶膠樣品在采集、貯存和運(yùn)輸過(guò)程中可能發(fā)生如揮發(fā)、結(jié)晶、氣-粒轉(zhuǎn)化等反應(yīng)。另外重金屬的檢測(cè)多需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理過(guò)程，這些過(guò)程都會(huì)造分析的誤差。而少見(jiàn)的單顆粒分析技術(shù) Micro-PIXE Spectrum研究都只局限于少量的顆粒物(< 100)，因此不能給出很好的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果。并且由于Micro-PIXE Spectrum受到光束尺寸的限制，它無(wú)法得到亞微米級(jí)顆粒物的信息。因此，需要提供一種不僅能實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)重金屬元素且檢測(cè)精度高的檢測(cè)方法和
直ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的方法及裝置，該方法不僅能實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)重金屬元素且檢測(cè)精度
尚ο本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種單顆粒氣溶膠對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的裝置。本發(fā)明的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的方法，具體包括以下步驟(1)粒徑校正利用標(biāo)準(zhǔn)的聚苯乙烯(PSL)小球?qū)α竭M(jìn)行校正，方法是依次往去離子水中滴加PSL小球，利用氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生粒徑不同的單分散氣溶膠粒子，然后將產(chǎn)生的氣溶膠噴霧分別經(jīng)Nafion干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器干燥后引入SPAMS(single particle aerosol mass spectrometer，單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀)中的進(jìn)樣模塊，對(duì)儀器進(jìn)行粒徑校正；(2)質(zhì)量數(shù)校正利用已知金屬離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)質(zhì)量數(shù)進(jìn)行校正，具體方法是用氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生若干個(gè)分散的含各種金屬離子的氣溶膠粒子，通過(guò)SPAMS的電離源模塊產(chǎn)生正負(fù)離子，并經(jīng)由質(zhì)量分析器模塊檢測(cè)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)生的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對(duì)比，完成質(zhì)量數(shù)譜圖的校正；(3)樣品采集利用SPAMS中的進(jìn)樣模塊對(duì)室內(nèi)不同區(qū)域的大氣氣溶膠樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集；(4)數(shù)據(jù)分析運(yùn)用SPAMS內(nèi)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析模塊分析室內(nèi)氣溶膠中重金屬顆粒物的顆粒物濃度、粒徑分布、質(zhì)譜特征、混合狀態(tài)和可能的來(lái)源情況。所述步驟(1)中，利用標(biāo)準(zhǔn)的聚苯乙烯小球?qū)α竭M(jìn)行校正，具體方法如下依次往IOOml去離子水中滴加一滴PSL小球，利用氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生粒徑分別為200、300、500、 720、1000、2000nm的單分散氣溶膠粒子，產(chǎn)生的氣溶膠噴霧需分別經(jīng)Nafion干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器，然后以70-110ml/min的流速引入SPAMS，對(duì)儀器進(jìn)行粒徑校正。所述步驟⑵中所述的標(biāo)準(zhǔn)溶液中包括鈉、鉀、鉛、鋇和釩的陽(yáng)離子以及硝酸根、 氟離子的陰離子。所述步驟(3)中，所述采集點(diǎn)的選擇方式為將采集樣品的房間按平面面積劃分為五部分，每一部分按照高度由高到低劃分為兩部分，對(duì)每部分的每個(gè)高度分別采樣半小時(shí)。所述步驟中，進(jìn)行粒子分析時(shí)每秒最大測(cè)量譜/顆粒個(gè)數(shù)是10個(gè)。一種實(shí)現(xiàn)上述方法的單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的裝置，該裝置包括SPAMS、Nafion干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器，所述SPAMS包括依次相連的進(jìn)樣模塊、粒徑測(cè)量模塊、電離源模塊、質(zhì)量分析器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊；進(jìn)樣模塊與Nafion 干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器相連。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、本發(fā)明可對(duì)顆粒物的粒徑和成分同時(shí)分析，減少測(cè)試的時(shí)間，2、本發(fā)明對(duì)顆粒物進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，避免了離線分析由采集、貯存、運(yùn)輸以及樣品預(yù)處理過(guò)程帶來(lái)的分析誤差。3、本發(fā)明SPAMS中的進(jìn)樣模塊可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、在線采集，從而能夠更加真實(shí)的反應(yīng)室內(nèi)空氣的污染情況。4、本發(fā)明SPAMS中數(shù)據(jù)采集和分析模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)較大數(shù)據(jù)量的采集及分析，數(shù)據(jù)量相對(duì)離線分析方法較大、較全，使得到的數(shù)據(jù)具有很好的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果。5、本發(fā)明首次利用SPAMS對(duì)室內(nèi)含重金屬顆粒物的數(shù)濃度變化、粒徑分布及質(zhì)譜特征進(jìn)行分析，方法優(yōu)越，數(shù)據(jù)詳實(shí)、可靠。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明采集的四種含重金屬顆粒物平均質(zhì)譜圖；圖3是本發(fā)明采集的四種含重金屬顆粒物的粒徑分布圖；圖4是本發(fā)明采集的四種含重金屬顆粒物的含量隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1如圖1所示，本發(fā)明所采用的儀器是單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀，采樣的對(duì)象為室內(nèi)氣溶膠。一種單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的裝置，該裝置包括SPAMS、Nafion
4干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器，所述SPAMS包括依次相連的進(jìn)樣模塊、粒徑測(cè)量模塊、電離源模塊、質(zhì)量分析器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊；進(jìn)樣模塊與Nafion干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器相連。其中進(jìn)樣模塊用于實(shí)時(shí)采集顆粒物，粒徑測(cè)量模塊用于顆粒粒徑測(cè)量，電離源模塊用于將顆粒物電離成正負(fù)離子，質(zhì)量分析器模塊用于對(duì)正負(fù)離子同時(shí)檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集模塊用于數(shù)據(jù)的采集、記錄和保存，數(shù)據(jù)分析模塊用于對(duì)顆粒物粒徑數(shù)、濃度實(shí)時(shí)變化譜圖等進(jìn)行分析。如圖1所示，基于上述裝置的一種單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的方法，具體包括以下步驟(1)粒徑校正利用標(biāo)準(zhǔn)的聚苯乙烯(PSL)小球?qū)α竭M(jìn)行校正，方法是依次往去離子水中滴加PSL小球，利用氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生粒徑不同的單分散氣溶膠粒子，然后將產(chǎn)生的氣溶膠噴霧分別經(jīng)Nafion干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器干燥后引入SPAMS中的進(jìn)樣模塊， 對(duì)儀器進(jìn)行粒徑校正；(2)質(zhì)量數(shù)校正利用已知金屬離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)質(zhì)量數(shù)進(jìn)行校正，具體方法是用氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生若干個(gè)分散的含各種金屬離子的氣溶膠粒子，通過(guò)SPAMS的電離源模塊產(chǎn)生正負(fù)離子，并經(jīng)由質(zhì)量分析器模塊檢測(cè)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)生的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對(duì)比，完成質(zhì)量數(shù)譜圖的校正；(3)樣品采集利用SPAMS中的進(jìn)樣模塊對(duì)室內(nèi)不同區(qū)域的大氣氣溶膠樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集；(4)數(shù)據(jù)分析運(yùn)用SPAMS內(nèi)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析模塊分析室內(nèi)氣溶膠中重金屬顆粒物的顆粒物濃度、粒徑分布、質(zhì)譜特征、混合狀態(tài)和可能的來(lái)源情況。所述步驟(1)中，利用標(biāo)準(zhǔn)的聚苯乙烯小球?qū)α竭M(jìn)行校正，具體方法如下依次往IOOml去離子水中滴加一滴PSL小球，利用氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生粒徑分別為200、300、500、 720、1000、2000nm的單分散氣溶膠粒子，產(chǎn)生的氣溶膠噴霧需分別經(jīng)Nafion干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器，然后以70-110ml/min的流速引入SPAMS，對(duì)儀器進(jìn)行粒徑校正。所述步驟O)中所述的標(biāo)準(zhǔn)溶液中包括鈉、鉀、鉛、鋇和釩的陽(yáng)離子以及硝酸根、 氟離子的陰離子。所述步驟(3)中，所述采集點(diǎn)的選擇方式為將采集樣品的房間按平面面積劃分為五部分，每一部分按照高度由高到低劃分為兩部分，對(duì)每部分的每個(gè)高度分別采樣半小時(shí)。所述步驟中，進(jìn)行粒子分析時(shí)每秒最大測(cè)量譜/顆粒個(gè)數(shù)是10個(gè)。圖2給出了本實(shí)施例所采集的含鉛、鋅、鋇、鎘顆粒物的平均質(zhì)譜圖。從圖中可以看到，含鉛、鋅顆粒物的平均質(zhì)譜圖除了信號(hào)強(qiáng)度的區(qū)別外，在質(zhì)譜峰分布上非常類似，且根據(jù)兩者的粒徑分布的一致性及相關(guān)性分析(相關(guān)系數(shù)=0. 7)，說(shuō)明多數(shù)含鉛、鋅顆粒物的來(lái)源一致；四類含重金屬顆粒物的平均質(zhì)譜圖中都含有鉛的信號(hào)，說(shuō)明含鉛顆粒物極易富集；含鎘顆粒物質(zhì)譜圖中有非常強(qiáng)的碳簇信號(hào)，其可能來(lái)源于室內(nèi)PVC裝修材料的排放。 四種含重金屬顆粒物負(fù)離子質(zhì)譜圖中硝酸根或硫酸根的信號(hào)強(qiáng)度很高，說(shuō)明室內(nèi)含重金屬顆粒物的老化程度較高。圖3為采集的四種含重金屬顆粒物的粒徑分布圖。從圖中可以看出，含鉛、鋅顆粒物粒徑分布范圍較寬，在0. 2-1. 2μπι之間，含鋇顆粒物則分布在0. 4-1. 0 μ m之間，含鎘顆粒物粒徑較小，分布主要集中在0. 4-0. 7 μ m之間。
圖4為采集的四種含重金屬顆粒物的含量隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖。在五小時(shí)實(shí)時(shí)采集時(shí)間內(nèi)，在檢測(cè)到的含有正負(fù)質(zhì)譜信息的顆粒物中，含鉛、鋅顆粒物的比例由10 %下降到 5%左右，含鋇顆粒物的比例則由0. 先上升到5%再下降至2. 5%左右，含鎘顆粒物的比例很小，最高僅為0. 1%，變化很平穩(wěn)。通過(guò)分析可得出，這可能是因?yàn)楹U、鋅、鋇顆粒物除室內(nèi)源之外，受室外源的影響較大，而含鎘顆粒物則主要來(lái)源于室內(nèi)裝修材料的排放。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的方法，其特征在于，具體包括以下步驟(1)粒徑校正利用標(biāo)準(zhǔn)的聚苯乙烯小球?qū)α竭M(jìn)行校正，方法是依次往去離子水中滴加PSL小球，利用氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生粒徑不同的單分散氣溶膠粒子，然后將產(chǎn)生的氣溶膠噴霧分別經(jīng)Nafion干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器干燥后引入SPAMS中的進(jìn)樣模塊，對(duì)儀器進(jìn)行粒徑校正；(2)質(zhì)量數(shù)校正利用已知金屬離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)質(zhì)量數(shù)進(jìn)行校正，具體方法是用氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生若干個(gè)分散的含各種金屬離子的氣溶膠粒子，通過(guò)SPAMS的電離源模塊產(chǎn)生正負(fù)離子，并經(jīng)由質(zhì)量分析器模塊檢測(cè)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)生的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對(duì)比，完成質(zhì)量數(shù)譜圖的校正；(3)樣品采集利用SPAMS中的進(jìn)樣模塊對(duì)室內(nèi)不同區(qū)域的大氣氣溶膠樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集；(4)數(shù)據(jù)分析運(yùn)用SPAMS內(nèi)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析模塊分析室內(nèi)氣溶膠中重金屬顆粒物的顆粒物濃度、粒徑分布、質(zhì)譜特征、混合狀態(tài)和可能的來(lái)源情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，利用標(biāo)準(zhǔn)的聚苯乙烯小球?qū)α竭M(jìn)行校正，具體方法如下依次往 IOOml去離子水中滴加一滴PSL小球，利用氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生粒徑分別為200、300、500、 720、1000、2000nm的單分散氣溶膠粒子，產(chǎn)生的氣溶膠噴霧需分別經(jīng)Nafion干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器，然后以70-110ml/min的流速引入SPAMS，對(duì)儀器進(jìn)行粒徑校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的方法，其特征在于，所述步驟O)中所述的標(biāo)準(zhǔn)溶液中包括鈉、鉀、鉛、鋇和釩的陽(yáng)離子以及硝酸根、氟離子的陰離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述采集點(diǎn)的選擇方式為將采集樣品的房間按平面面積劃分為五部分，每一部分按照高度由高到低劃分為兩部分，對(duì)每部分的每個(gè)高度分別采樣半小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的方法，其特征在于，所述步驟中，進(jìn)行粒子分析時(shí)每秒最大測(cè)量譜/顆粒個(gè)數(shù)是10個(gè)。
6.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的裝置， 其特征在于，該裝置包括SPAMS、Nafion干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器，所述SPAMS包括依次相連的進(jìn)樣模塊、粒徑測(cè)量模塊、電離源模塊、質(zhì)量分析器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊；進(jìn)樣模塊與Nafion干燥器和硅膠擴(kuò)散干燥器相連。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種單顆粒氣溶膠質(zhì)譜對(duì)室內(nèi)重金屬污染檢測(cè)的方法及其裝置，該方法是首先利用聚苯乙烯小球?qū)x器進(jìn)行粒徑校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，接著利用已知金屬離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行質(zhì)量數(shù)校正實(shí)驗(yàn)，校準(zhǔn)完畢后，利用SPAMS在線實(shí)時(shí)在室內(nèi)不同區(qū)域和不同高度采集室內(nèi)大氣氣溶膠，然后運(yùn)用SPAMS實(shí)時(shí)在線分析采集樣品中重金屬顆粒物的各種參數(shù)及狀態(tài)信息。該裝置中的SPAMS包括依次相連的進(jìn)樣模塊、粒徑測(cè)量模塊、電離源模塊、質(zhì)量分析器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊。該發(fā)明能快速、靈敏、準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)在線檢測(cè)室內(nèi)重金屬顆粒物的顆粒物數(shù)濃度、粒徑分布、質(zhì)譜特征、混合狀態(tài)等，并判斷其可能的來(lái)源。
文檔編號(hào)G01N15/00GK102262039SQ201110106448
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者傅忠, 周振, 朱輝, 李梅, 李磊, 董俊國(guó), 高偉, 黃正旭 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 廣州禾信分析儀器有限公司