專利名稱：測定空氣中活性奇氮氧化物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測定空氣中活性奇氮氧化物(NOz)濃度的方法。本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)上述方法的裝置。
背景技術(shù)：
平流層的“臭氧空洞”、酸雨問題、大氣氣溶膠和城市光化學煙霧現(xiàn)象等大氣化學研究重點，都和活性奇氮氧化物有直接或間接的關(guān)系。空氣中的總活性氮氧化物(NOy) —般劃分為氮氧化物(NOx)，是指一般環(huán)保概念的氮氧化物，包括NO與NO2 ； 活性奇氮氧化物(NOz)，是指除一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)之外的氮氧化物，包括N03、N205、HN03、過氧乙酰硝酸酯(PAN)、其他有機硝酸鹽和硝酸鹽氣溶膠等。需要說明的是,N2O和NH3不屬于活性奇氮物種之列，因此在之后的說明書中，本發(fā)明測定的活性奇氮氧化物(NOz)是不包括N2O和NH3。其中，NOz由NO與NO2通過均相與非均相化學反應(yīng)過程轉(zhuǎn)化而來，作為光化學煙霧和灰霾的主要成分，可為氣態(tài)或氣溶膠，它是氮氧化物自由基的臨時儲庫，它最終可通過干濕沉降成為氮氧化物自由基在大氣中的匯，也可通過遠程輸送，后經(jīng)其他自由基再生為活性氮氧化物自由基而成為光化污染的源。而目前國內(nèi)外都沒有針對NOz的在線觀測設(shè)備，應(yīng)用最為廣泛的氮氧化物分析儀(NO、NO2)存在嚴重干擾問題，因為這種儀器基于先將NO2催化轉(zhuǎn)化成NO，再通過NO與O3反應(yīng)發(fā)光，通過測量光強，計算NO的濃度，切換轉(zhuǎn)化和不轉(zhuǎn)化氣路，進而反推和差減出NO和NO2的濃度。在測量NO時能非常準確，但在鑰轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化空氣中NO2時，會因為鑰轉(zhuǎn)化器的低選擇性，將其它非NO2的氮氧化物(NOz中的一部分)一同轉(zhuǎn)化，造成NO2濃度高估，但由于這種一般的氮氧化物分析儀的轉(zhuǎn)化器溫度設(shè)置較低，氣路傳輸線和采樣過濾器未經(jīng)過優(yōu)化，導致其轉(zhuǎn)化NOz的數(shù)量與種類均是非線性的，即公知的氮氧化物分析儀(NO、NO2)存在嚴重干擾問題，測到的既不是NOx也不是NOy (如果能精確地同時測量NOx和NOy，則可以計算出NOz)，而且后期無法校正，產(chǎn)生很大誤差，尤其是在大氣氧化性強，光化學產(chǎn)物濃度高的城市，這種影響產(chǎn)生的誤差可達到10% -60%。因此迫切需要一種可準確測量空氣中NOz濃度的方法和設(shè)備，從而定量分析其對光化學污染、灰霾形成的貢獻。研究NOz對空氣質(zhì)量模式改進，制定大氣污染調(diào)控政策等提供數(shù)據(jù)與理論支持，具有研究價值和科學意義，是目前迫切需求的基礎(chǔ)科學研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種測定空氣中活性奇氮氧化物(NOz)的方法。本發(fā)明的又一目的提供一種用于實現(xiàn)上述方法的裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的測定空氣中活性奇氮氧化物(NOz)的方法，具體步驟是將待測氣體分別輸入鑰轉(zhuǎn)化器和紫外光轉(zhuǎn)化單元，鑰轉(zhuǎn)化器(在320°C -400°c之間工作)將待測氣體所有的活性氮氧化合物(NOy)均轉(zhuǎn)化為一氧化氮(NO)，然后測定總活性氮氧化物(NOy)濃度；紫外光轉(zhuǎn)化單元中的待測氣體在紫外光照射下將二氧化氮(NO2)轉(zhuǎn)化為一氧化氮(NO)，然后測定氮氧化物(NOx)濃度，并由總活性氮氧化物(NOy)濃度減去氮氧化物(NOx)濃度，得到活性奇氮氧化物(NOz)的濃度。所述的方法，其中，待測氣體是被采樣泵抽吸進入鑰轉(zhuǎn)化器和紫外光轉(zhuǎn)化單元。本發(fā)明提供的用于實現(xiàn)上述方法的裝置，主要包括有紫外光轉(zhuǎn)化器單元、鑰轉(zhuǎn)化器和一氧化氮檢測器單元；其中紫外光轉(zhuǎn)化器單元由石英反應(yīng)室和紫外線光源構(gòu)成，紫外線光源可透過石英玻璃反應(yīng)室并照射石英反應(yīng)室內(nèi)的待測氣體；紫外光轉(zhuǎn)化器單元和鑰轉(zhuǎn)化器的進樣口均通過一三通閥連接至一進氣口，紫外光 轉(zhuǎn)化器單元和鑰轉(zhuǎn)化器的出樣口均連接至一氧化氮檢測器單元。所述的裝置，其中，紫外光轉(zhuǎn)化器單元的進樣口安裝有粒子過濾膜。所述的裝置，其中，紫外光源單元裝備有金屬鹵素燈，產(chǎn)生UV-B波段的紫外光。所述的裝置，其中，三通閥為電磁三通閥。本發(fā)明通過檢測空氣中活性奇氮化合物(NOy)和氮氧化物(NOx)，從而精確定量地計算出活性氮氧化物轉(zhuǎn)化物(NOz)，適用于氣象、環(huán)保、科研部門進行空氣質(zhì)量，大氣化學，大氣污染等學科對于NOz的監(jiān)測和研究需求。檢測的數(shù)據(jù)對于光化學污染、灰霾形成機理，空氣質(zhì)量模式等科研業(yè)務(wù)工作必不可少，可為制定大氣污染調(diào)控政策等提供數(shù)據(jù)與理論支持，具有研究價值和科學意義。


圖I為本發(fā)明的裝置原理圖。附圖中主要組件符號說明鑰轉(zhuǎn)化器I、紫外線光源3、石英反應(yīng)室31、N0檢測器4，電磁三通閥5，粒子過濾膜6。
具體實施例方式為了解決對空氣中NOz在線檢測方法和設(shè)備的需求，本發(fā)明開發(fā)了一種基于鑰轉(zhuǎn)化器、紫外光轉(zhuǎn)化單元和NO檢測器的NOz分析儀，可以精確測量空氣中的NOx、NOz和NOy的濃度。本發(fā)明的測定裝置主要由鑰轉(zhuǎn)化器、紫外光轉(zhuǎn)化器單元和NO檢測器構(gòu)成，其中鑰轉(zhuǎn)化器和NO檢測器為公知的檢測儀。本發(fā)明的檢測原理是采樣泵抽入的空氣樣品可以分別通過兩條氣路，一條是經(jīng)過鑰轉(zhuǎn)化器將全部活性氮氧化物(即NOy，包括氮氧化物(NOx)和NOz (NOx的轉(zhuǎn)化物))轉(zhuǎn)化為一氧化氮(NO)，然后進入一氧化氮(NO)檢測器獲得NOy濃度值，另一條氣路是經(jīng)過由紫外光源照射的石英玻璃反應(yīng)轉(zhuǎn)化器，高選擇的將空氣中二氧化氮(NO2)轉(zhuǎn)化為NO，再進入NO檢測器得到NOx的濃度，由NOy的濃度值減去NOx的濃度值，就得到NOz的濃度值。程序控制電磁閥定時將氣路在兩條路徑中轉(zhuǎn)換，從而達到在線測量Nox、NOz和NOy的目的。本發(fā)明使用兩個轉(zhuǎn)化器和一個NO檢測器，實現(xiàn)了 NOx、NOz, NOy的精確在線測量，適用于氣象、環(huán)保部門業(yè)務(wù)化觀測和科研單位研究大氣中這些物種的需求。下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明本發(fā)明提供的在線測定空氣中NOz的測定裝置，如圖I所示，包括鑰轉(zhuǎn)化器I、紫外光轉(zhuǎn)化單元2 (該紫外光轉(zhuǎn)化單元2包括有紫外線光源3和石英玻璃反應(yīng)室31)、N0檢測器4和電磁三通閥5以及電磁三通閥5的氣路電路控制等裝置。鑰轉(zhuǎn)化器I的進氣口和石英玻璃反應(yīng)室31的進氣口均連接到一個電磁三通閥5的兩個口上，其中石英玻璃反應(yīng)室31的進氣口與三通閥5之間安裝有一粒子過濾膜6 ;紫外線光源3發(fā)出的紫外光進入石英玻璃反應(yīng)室31。實施例氣體樣品的分析步驟如下進行檢測時，NO檢測器內(nèi)部的采樣泵工作，將空氣樣品抽入檢測裝置，首先來到電磁三通閥的A 口，該三通閥有兩種狀態(tài),一種是A-B相通,一種是A-C相通,在第一種狀態(tài)，即A-B相通時，空氣樣品通過粒子過濾器，進入石英玻璃反應(yīng)室，反應(yīng)室上方有金屬鹵化物燈發(fā)射紫外光，將石英玻璃反應(yīng)室的空氣樣品中NO2分解為NO，空氣樣品中的本身的NO與·其他氮氧化物并不發(fā)生改變，樣品繼續(xù)隨氣路進入NO檢測器，NO檢測器測量出所有的NO，其中包括空氣中本身含有的NO和被紫外光分解的NO2，此時得到一個NCHNO2 = NOx的值；在第二種狀態(tài)，即電磁閥為A-C相通，此時空氣樣品不經(jīng)過粒子過濾器而直接進入到鑰轉(zhuǎn)化器，空氣中的氣態(tài)和粒子態(tài)的NOy物種在轉(zhuǎn)化器中全部被轉(zhuǎn)化為NO，然后進入到NO檢測器中，這部分NO包括空氣中原有的NO和所有的NOy，得到一個NOy的值，通過設(shè)定電磁閥循環(huán)控制，使它每2-5分鐘轉(zhuǎn)換一次狀態(tài)，得到兩個值，NOy與NOx，一般近似認為，在10分鐘內(nèi)，空氣中的成分沒有太大變化，因此可以使用NOy的值減去NOx的值，得到NOz的值。通過持續(xù)的循環(huán)檢測，即可得到在線的NOz監(jiān)測數(shù)據(jù)。NO檢測器使用化學發(fā)光法NO檢測器，其檢測原理為自身的O3發(fā)生器發(fā)出高濃度O3，在反應(yīng)室內(nèi)與樣品中的NO發(fā)生化學反應(yīng)，NCHO3 = N02+hv, hv為反應(yīng)過程中發(fā)出光能，這個光的強度與反應(yīng)物濃度符合朗伯比爾定律，通過檢測光強，可計算出NO的濃度。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種測定空氣中活性奇氮氧化物的方法，具體步驟是 將待測氣體分別輸入鑰轉(zhuǎn)化器和紫外光轉(zhuǎn)化單元，鑰轉(zhuǎn)化器將待測氣體中所有的總活性氮氧化合物均轉(zhuǎn)化為一氧化氮，然后測定總活性氮氧化物濃度； 紫外光轉(zhuǎn)化單元中的待測氣體在紫外光照射下將二氧化氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮，然后測定氮氧化物濃度，并由總活性氮氧化物濃度減去氮氧化物濃度，得到活性奇氮氧化物的濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，待測氣體是被采樣泵抽吸進入鑰轉(zhuǎn)化器和紫外光轉(zhuǎn)化單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，鑰轉(zhuǎn)化器是在320°C_400°C之間將所有的總活性氮氧化合物均轉(zhuǎn)化為一氧化氮。
4.一種實現(xiàn)權(quán)利要求I所述方法的裝置，主要包括有紫外光轉(zhuǎn)化器單元、鑰轉(zhuǎn)化器和一氧化氮檢測器單元；其中 紫外光轉(zhuǎn)化器單元由石英反應(yīng)室和紫外線光源構(gòu)成，紫外線光源可透過石英反應(yīng)室并照射石英反應(yīng)室內(nèi)的待測氣體； 紫外光轉(zhuǎn)化器單元和鑰轉(zhuǎn)化器的進樣口均通過一三通閥連接至一進氣口，紫外光轉(zhuǎn)化器單元和鑰轉(zhuǎn)化器的出樣口均連接至一氧化氮檢測器單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，紫外光轉(zhuǎn)化器單元的進樣口安裝有粒子過濾膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，紫外光源單元裝備有金屬鹵素燈，產(chǎn)生UV-B波段的紫外光。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，三通閥為電磁三通閥。
全文摘要
一種測定空氣中活性奇氮氧化物的方法，具體步驟是將待測氣體分別輸入鉬轉(zhuǎn)化器和紫外光轉(zhuǎn)化單元，鉬轉(zhuǎn)化器的待測氣體中所有的總活性氮氧化合物均轉(zhuǎn)化為一氧化氮，然后測定總活性氮氧化物濃度；紫外光轉(zhuǎn)化單元中的待測氣體在紫外光照射下將二氧化氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮，然后測定氮氧化物濃度，并由總活性氮氧化物濃度減去氮氧化物濃度，得到活性奇氮氧化物的濃度。本發(fā)明還公開了用于實現(xiàn)上述方法的裝置。本發(fā)明可精確定量檢測出NOz，對于光化學污染、灰霾形成機理，空氣質(zhì)量模式等科研業(yè)務(wù)工作必不可少，可為制定大氣污染調(diào)控政策等提供數(shù)據(jù)與理論支持，具有研究價值和科學意義。
文檔編號G01N33/00GK102749416SQ20121007804
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者修天陽, 孫揚, 宋濤, 王躍思 申請人:中國科學院大氣物理研究所