CN102589937A - 一种空气监测分级采样方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空气监测分级采样方法及装置。通过抽气，使一定流速的空气经过10μm、2.5μm、≤0.3μm三级不同孔径的核孔滤膜，将空气中的颗粒按大小精确分级截留在核孔滤膜上。实现所述方法的装置包括抽气装置、流量控制器及核孔滤膜过滤器。本发明通过三级不同绝对孔径的核孔滤膜可精确分级截留不同直径大小的颗粒，且粒子均被截留在核孔滤膜表面，可以有效洗脱，便于进一步进行精确的组成和含量分析，提高监测结果的有效性，核孔滤膜过滤器为可拆卸式的一次性使用过滤器，价格低廉，操作简单，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气监测分级采样方法及装置。
背景技术
PM2.5(空气动力学直径≤2.5μm的颗粒物)可通过呼吸道进入肺部并沉积在肺泡上，有的可直接进入血液，是严重危害人体健康的污染物。美国和欧盟一些国家早已将PM2.5纳入国标并进行强制性限制，大部分国家仍通行对PM10(空气动力学直径≤10μm的颗粒物)进行监测。随着人们对PM2.5危害的进一步认识，已逐渐开始将其列入环境空气监测标准。空气监测常用的采样装置包括撞击式采样器、气旋式采样器、液体冲击式采样器等，目前国际上对空气监测的采集装置多采用撞击式采样器，因其操作简单、价格低廉得到了广泛的应用。上述采样装置的基本原理是根据颗粒的大小不同，通过颗粒高速运动时的离心力或惯性力作用，将大小颗粒分开，并分别被捕集板和微孔滤膜截留，颗粒大的沉积在捕集板上，颗粒小的通过微孔滤膜捕集。根据离心力或惯性力原理设计制作的采样器，其主要缺点是：(1)颗粒分离不精确，测试结果不准确：由于颗粒离心力或惯性力原理主要是通过颗粒质量进行分离，而颗粒的质量不仅取决于颗粒大小，还取决颗粒的密度，因此在采样时，当速度快、密度小、粒径大的颗粒大于捕集板的表面附着力时，大颗粒就会被捕集板弹回到气流中去并被后端的微孔滤膜截留，造成PM2.5数值偏大；另一方面，速度快、密度大、粒径小的颗粒也可能被捕集板截留，从而导致PM2.5数值偏小，颗粒分离不精确，严重影响样品测试结果的准确性。(2)难以冼脱，无法开展深度分析：由于微孔滤膜属于深层滤膜，PM2.5被微孔滤膜捕获后，被吸附或截留在膜的深层或内部孔隙内，难以洗脱，无法对颗粒的成分及含量进行深度分析。(3)操作繁琐、使用不便：采样后需将采样层拆卸下来进行后检测，再次使用时需进行清洗，操作繁琐，使用不方便。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种空气监测分级采样方法及装置，解决现有的空气采样方法及装置对颗粒分离不精确，测试结果不准确，难以洗脱、无法开展深度分析，操作繁琐、使用不方便等问题。
为达上述目的，本发明提供一种空气监测分级采样方法，以及提供实现所述方法的装置。
本发明公开的空气监测分级采样方法是通过抽气，使一定流速的空气经过10μm、2.5μm、≤0.3μm三级不同孔径的核孔滤膜，将空气中的颗粒按大小精确分级截留在核孔滤膜上。
本发明还公开了一种空气监测分级采样装置，包括抽气装置、流量控制器及核孔滤膜过滤器。
其中所述的核孔滤膜过滤器包括上盖、核孔滤膜、多孔双齿衬垫、压紧O型圈、密封O型圈、分层接头、底座。
上盖上端设有进气口，底座下端设有出气口，上盖、分层接头、底座之间通过螺纹或卡扣连接。
压紧O型圈和密封O型圈材料为弹性较好的橡胶。
所述核孔滤膜选用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或PC(聚碳酸酯)聚酯薄膜，采用高能离子辐照，然后经适当的化学蚀刻工艺制备而得，三级核孔滤膜孔径分别为10μm、2.5μm、≤0.3μm。
本发明的分级采样方法及装置的有益效果如下：
(1)分离精确：本发明采用分级过滤机理，通过三级不同绝对孔径的核孔滤膜分离不同直径大小的颗粒，其机理不同于撞击式、气旋式和液体式冲击采样器利用离心力或惯性力原理达到分离不同质量大小颗粒的目的。由于核孔滤膜具有其他膜材均不具备的圆柱状规则孔型、孔径均一、表面光滑的独特优势，而且具有厚度薄，化学稳定性好，机械强度高等特点，特别适用于0.01～10μm微孔范围粒子的精确分离。在采集过程中，对气流速度无要求，可避免因气流速度快而产生的“气旋”或气流方向不稳定导致的粒子反弹和粒子重返气流现象，有利于小颗粒的吸附和沉降，使滤膜对细小颗粒的采集效率提高，分离更精确。(2)易洗脱，便于后期处理及分析：核孔滤膜是唯一的表面过滤膜，具有圆柱状规则孔型、孔径均一、表面光滑的特点，采样时标称孔径以上的粒子均被截留在核孔滤膜表面，可以有效洗脱已收集的颗粒，便于进一步进行精确的组成和含量分析，提高监测结果的有效性。而其他膜材均为纤维交织而成的不规则孔型或相转化而成的海绵状不规则孔型，均属于深层过滤膜，颗粒被膜内部的孔隙截留，不便于洗脱，无法进行更精确的组成和含量分析。(3)操作简单，使用方便：采样装置的核孔滤膜过滤器即粒子收集器，为可拆卸式的一次性使用过滤器，且价格低廉，避免传统采样装置再次使用时需要进行清洗、组装等繁琐操作。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中核孔滤膜过滤器的结构示意图。
图3是本发明中核孔滤膜的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参考附图1，本发明的空气监测分级采样装置包括抽气装置1、流量控制器2、核孔滤膜过滤器3。
参考附图2，核孔滤膜过滤器3包括上盖31、核孔滤膜32、多孔双齿衬垫33、压紧O型圈34、密封O型圈35、分层接头36、底座37。其中，核孔滤膜32是选用PET或PC聚酯薄膜，采用高能离子辐照，然后经适当的化学蚀刻工艺制备而得。上盖31带有进气口，底座37带有出气口，两个分层接头36和底座37分别放置有多孔双齿衬垫33，三种孔径的核孔滤膜32分别放置在三个多孔双齿衬垫33上，从进气口到出气口依次放置10μm、2.5μm、≤0.3μm核孔滤膜，并在膜上加压紧O型圈34，通过上盖31、分层接头36和底座37上的螺纹或卡扣连接各部分，且各部分连接处放有密封O型圈35以保持气密性。抽气装置1提供动力使空气进入采样器内，通过流量控制器2控制空气的流速，一定流速的空气进入核孔滤膜过滤器3内，先后通过10μm、2.5μm、≤0.3μm核孔滤膜32的过滤将颗粒分级截留，分别采集≥10μm、2.5μm～10μm、≤2.5μm的颗粒。每一个采样层都可以拆卸，作为单级采样层进行采样。
具体实施例：
选用PET聚酯薄膜，采用高能离子辐照，然后经适当的化学蚀刻工艺分别制得10μm、2.5μm、0.2μm三种孔径的核孔滤膜。将三种孔径的滤膜按孔径由大到小依次放置在两个分层接头、底座上的多孔双齿衬垫上，在膜上加压紧O型圈，上盖、分层接头、底座各连接处加密封O型圈，将上盖、放置10μm滤膜的分层接头、放置2.5μm滤膜的分层接头、放置0.2μm滤膜的底座依次连接并旋紧，再将此核孔膜过滤器安装在采样器上，调节流量控制器使空气以5～15L/min的流速进入核孔膜过滤器。任意选取三个采样点进行采样，测得PM10、PM2.5，如表1所示。用透射电镜观察各级采样层截留的粒子的直径大小，各采样层所截留粒子的粒径均在分级范围内，说明本采样器能将颗粒精确的分级截留。
表1本采样器在不同采样点测得PM10、PM2.5值
| 采样点 | PM10(μg/m3) | PM2.5(μg/m3) | PM2.5/PM10(％) |
| 1# | 121.3 | 62 | 51 |
| 2# | 117 | 56.2 | 48 |
| 3# | 149.5 | 83.7 | 56 |
以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明专利申请的范围。
Claims (4)
1.一种空气监测分级采样方法，其特征在于：通过抽气，使一定流速的空气经过10μm、2.5μm、≤0.3μm三级不同孔径的核孔滤膜，将空气中的颗粒按大小精确分级截留在核孔滤膜上。
2.根据权利要求1所述方法的装置，其特征在于包括抽气装置(1)、流量控制器(2)及核孔滤膜过滤器(3)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于核孔滤膜过滤器(3)包括上盖(31)、核孔滤膜(32)、多孔双齿衬垫(33)、压紧O型圈(34)、密封O型圈(35)、分层接头(36)、底座(37)。
4.根据权利要求2所述的核孔滤膜过滤器(3)，其特征在于：
所述上盖(31)上端设有进气口，底座(37)下端设有出气口，上盖(31)、分层接头(36)、底座(37)之间通过螺纹或卡扣连接。
所述压紧O型圈(34)和密封O型圈(35)材料为弹性较好的橡胶。
所述核孔滤膜(32)选用PET或PC聚酯薄膜，采用高能离子辐照，然后经适当的化学蚀刻工艺制备而得，三级核孔滤膜(32)孔径分别为10μm、2.5μm、≤0.3μm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Yu Ting Document name: Notification of Publication and of Entering the Substantive Examination Stage of the Application for Invention |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |