PM2.5全反射X射线荧光在线监测和源解析与评估系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种PM2.5全反射X 射线荧光在线监测和源解析与评估系统及方法，本发明专利技术采用全反射X射线荧光在线分析技术，构成规模城市区域大气颗粒物（PM2.5）全反射X射线荧光在线监测及源解析的全反射X射线荧光在线分析平台，与现β射线系统（TH‑2000环境空气质量自动监测系统）组成一体机进行监测或者独立监测、在线监测空气中对人健康危害最大的PM2.5大气颗粒物有害元素浓度、浓度分布格局、源解析和实时大气质量评估；并通过现有城市环境监测网络传输，在城市环境监测中心站和工作子站进行实时显示、保存、打印在线PM2.5大气颗粒物有害元素浓度、浓度分布格局与源解析、实时空气质量评估数据。

PM2.5 total reflection X ray fluorescence on-line monitoring and source apportionment and evaluation system and method

The invention discloses a PM2.5 X total reflection X-ray fluorescence monitoring and source analysis and evaluation system and method, the invention adopts the total reflection X ray fluorescence analysis online, atmospheric particulate matter of regional scale city (PM2.5) analysis platform of total reflection X ray fluorescence online total reflection X ray fluorescence monitoring and source solution the analysis, and the beta ray system (TH 2000 Automatic Monitoring System of environmental air quality monitoring) or independent monitoring and on-line monitoring of air on human health hazards of atmospheric particulate PM2.5 the largest concentrations of harmful elements, concentration distribution, source analysis and real-time air quality assessment machine; and through the existing city environmental monitoring network transmission, in the city environmental monitoring center station and sub station for real-time display, save and print atmospheric particulate PM2.5 online harmful element concentration, Concentration profiles, source apportionment, and real-time air quality assessment data.

【技术实现步骤摘要】
PM2.5全反射X射线荧光在线监测和源解析与评估系统及方法
本专利技术属于环保设备
，具体涉及一种城市区域大气PM2.5的全反射X射线荧光在线监测和源解析与评估系统及方法。
技术介绍
空气中对人健康危害最大的PM2.5颗粒物直接影响着城市空气质量，也是城市环境功能评估重要考量之一。近几十年来，随着经济迅猛发展，工厂排放、各种氧化燃烧，使得大气中气载颗粒物日高。由于其上聚集了大量有害重金属、酸性氧化物、有害有机物、细菌、病毒等，大气颗粒物除了对空气能见度、酸雨形成、光化学烟雾等环境问题有很大的影响，还因其粒径不同对人体健康产生不同程度的影响：空气动力学直径10～100μm的颗粒物阻挡在鼻外，对人体健康危害较小；空气动力学直径小于10μm的大气颗粒(PM10)可进入人体呼吸系统，小于2.5μm的颗粒(PM2.5)可深入支气管和肺泡并沉积,甚至可穿过肺泡进入血液之中，对人体健康危害最大，可以引起高死亡率的心脏病和呼吸道病症以及肺功能损伤。无论城市区域环境功能评估，还是实现对大气颗粒污染物进行控制和治理，都需对空气污染情况有确切的了解，需要采取相应的措施通过连续收集和分析空气污染物、检测监控其关键元素的分布，新的欧洲标准(98/62/EC)也明确要求监控大气颗粒污染物中关键元素的分布。但是，对大气颗粒污染物检测分析，特别是对人体健康危害最大、粒径小于2.5μm的颗粒(PM2.5)的大气颗粒污染物中有害元素进行有效检测分析，非一般非核分析技术能胜任。我国使用的β射线称重法，求得的是搜集在滤纸上的颗粒物的质量，虽也可以在实验室借用化学等非核方法分析出之中存在的一些元素，但无法实时、动态、完整、准确的在线监测与解析源，更谈不上实时评估。对(PM2.5)的大气颗粒污染物来说，其它核方法也存在不易实现、或难实现商业化问题。比如：中子活化分析(NeutronActiveAnalysis，NAA),以其探测限低、精密度高、不破坏样品等优点受到众多科技工作者的青睐，但是它需要由反应堆提供中子源激发样品，且不能探测到P，Pb，S，Sn，Ti和一些轻元素。又如，扫描质子探针(ScanningProtonMicroprobe，SPM)，适用于微区、微量元素分析的有效工具，具有微米级的空间分辨率和百万分之几的分析灵敏度,但为了实现多种核分析技术同时综合使用,还必须有一套具有强大数据处理能力的多站多参量数据系统。由于多站多参量数据系统涉及的参量多,数据量大,而且实验过程中还涉及到数据和能谱的在线分析和处理过程,为了高速、大数据量的核探针数据获取,还需要高速度远行的计算机,其内存和硬盘空间也必须足够的大，否则，难以胜任核探针新的应用领域。加速器质谱分析(AcceleratorMassSpectroscope，AMS)，可克服普通质谱计能直接鉴别原子核、而灵敏度和效率都很低的缺点。传统的X射线荧光分析(X-rayFluorescenceAnalysis，XRF)散射本底高，共存元素的基体干扰严重，对大多数样品的探测下限仅能达到ppm级，适用于进行一些常规分析，如土壤、岩石和有机物质。其中的能量色散X射线荧光(Energy-DispersiveX-RayFluorescence，EDXRF)分析比波长色散X射线荧(WavelengthDispersiveX-rayFluorescence，WDXRF)分析的分析速度快，但探测限较低。质子诱发X荧光分析(ProtonInducedX-RayEmission,PIXE)需要造价较大的加速器产生质子束，不易实现商业化。因此，必须寻找一种快速、多元素、微量级检测分析方法与手段。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种城市区域大气PM2.5的全反射X射线荧光在线监测和源解析与评估系统及方法。本专利技术的系统所采用的技术方案是：一种PM2.5全反射X射线荧光在线监测和源解析与评估系统，由若干安装在城市大气颗粒物监测采样点的TXRF与β射线称重法一体机和城市环境监测传输网络连接组成；其特征在于：所述TXRF与β射线称重一体机由全反射X射线荧光在线分析平台和β射线称重机组成；所述全反射X射线荧光在线分析平台包括X射线管、狭缝板、单色器、探测器、样品台、探测控制多道分析子模块和外壳，所述X射线管、狭缝板、单色器、探测器、样品台、探测控制多道分析子模块均固定设置在所述外壳内；所述β射线称重机的采样纸带穿过所述全反射X射线荧光在线分析平台的探测器与样品台，用于向所述全反射X射线荧光在线分析平台输送采样样品；所述X射线管产生入射X射线，入射X射线以特定的低掠射角通过狭缝板、单色器反射后照射到所述样品台上的样品或基体；所述探测器与所述探测控制多道分析子模块连接，用于探测样品或基体的反射射线，并通过探测控制多道分析子模块对大气颗粒物进行检测、鉴定和分类。本专利技术的方法所采用的技术方案是：一种PM2.5全反射X射线荧光在线监测和源解析与评估方法，其特征在于：β射线称重机通过采样头采样空气样品，流入到过滤纸带上，并沉积在过滤纸带上，纸带经过全反射X射线荧光在线分析平台的样品台，由全反射X射线荧光在线分析平台检测、确定吸附在纸带上的沉积尘。本专利技术能够进行监测或者独立监测，进行监测或者独立监测，在线精确监测空气中对人健康危害最大的PM2.5大气颗粒物有害元素浓度、浓度分布格局、源解析和实时大气质量评估；并通过现有城市环境监测网络传输，在城市环境监测中心站和工作子站进行实时显示、保存、打印在线PM2.5大气颗粒物有害元素浓度、浓度分布格局与源解析、实时空气质量评估数据。本专利技术采用全反射X射线荧光在线分析技术，构成规模城市区域大气颗粒物(PM2.5)全反射X射线荧光在线监测及源解析的全反射X射线荧光在线分析平台，与城市现有空气质量监测站的β射线系统(TH-2000环境空气质量自动监测系统)组成一体机，进行规模城市区域大气颗粒物(PM2.5)监测及源解析。其所确定的定量测定和分析的方法是其创新，目前暂未有比此方法更精确、有效的大气颗粒PM2.5在线监测和源解析与大气质量实时评估系统。附图说明图1：本专利技术实施例的结构图；图2：本专利技术实施例的全反射X射线荧光在线分析平台结构图；图3：本专利技术实施例的全反射X射线荧光在线分析平台的探测控制多道分析子模块结构图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。全反射X荧光分析技术，是一种在X荧光分析技术基础上发展起来的全新技术，全反射装置和常规装置的差别，全反射装置主要特征是通过全反射技术去掉在通常X荧光分析中高能散射本底的干扰，从而提高探测灵敏度和探测低限，当入射X射线以一特定的低掠射角(θ0＜θc)照射样品或基体时，入射X射线将不再被样品散射，背景迅速下降，产生全反射效应。全反射X荧光检测分析技术，采样量极低(10-9g),且保持颗粒形态分布不变，所以如将其分析技术应用于大气颗粒物的分析，通过对连续收集的大气颗粒物进行检测、鉴定和分类，无疑对研究大气颗粒物的存在形式和危害人体健康的关键元素含量、了解漂尘分布差异、追溯飘粒起源是非常有用,也是常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PM2.5全反射X射线荧光在线监测和源解析与评估系统，由若干安装在城市大气颗粒物监测采样点的TXRF与β射线称重法一体机和城市环境监测传输网络连接组成；其特征在于：所述TXRF与β射线称重一体机由全反射X射线荧光在线分析平台和β射线称重机组成；所述全反射X射线荧光在线分析平台包括X射线管、狭缝板、单色器、探测器、样品台、探测控制多道分析子模块和外壳，所述X射线管、狭缝板、单色器、探测器、样品台、探测控制多道分析子模块均固定设置在所述外壳内；所述β射线称重机的采样纸带穿过所述全反射X射线荧光在线分析平台的探测器与样品台，用于向所述全反射X射线荧光在线分析平台输送采样样品；所述X射线管产生入射X射线，入射X射线以特定的低掠射角通过狭缝板、单色器反射后照射到所述样品台上的样品或基体；所述探测器与所述探测控制多道分析子模块连接，用于探测样品或基体的反射射线，并通过探测控制多道分析子模块对大气颗粒物进行检测、鉴定和分类。

【技术特征摘要】
1.一种PM2.5全反射X射线荧光在线监测和源解析与评估系统，由若干安装在城市大气颗粒物监测采样点的TXRF与β射线称重法一体机和城市环境监测传输网络连接组成；其特征在于：所述TXRF与β射线称重一体机由全反射X射线荧光在线分析平台和β射线称重机组成；所述全反射X射线荧光在线分析平台包括X射线管、狭缝板、单色器、探测器、样品台、探测控制多道分析子模块和外壳，所述X射线管、狭缝板、单色器、探测器、样品台、探测控制多道分析子模块均固定设置在所述外壳内；所述β射线称重机的采样纸带穿过所述全反射X射线荧光在线分析平台的探测器与样品台，用于向所述全反射X射线荧光在线分析平台输送采样样品；所述X射线管产生入射X射线，入射X射线以特定的低掠射角通过狭缝板、单色器反射后照射到所述样品台上的样品或基体；所述探测器与所述探测控制多道分析子模块连接，用于探测样品或基体的反射射线，并通过探测控制多道分析子模块对大气颗粒物进行检测、鉴定和分类。2.根据权利要求1所述的PM2.5全反射X射线荧光在线监测和源解析与评估系统，其特征在于：所述探测控制多道分析子模块包括锂漂移硅探测器、前置放大器、主放大器、A/D转换器、计算机及系统控制器；所述锂漂移硅探测器、前置放大器、主放大器、A/D转换器、计算机及系统控制器顺序连接；所述计算机及系统控制器用于现场记录、打印和显示，并通过城市环境监测网络传输系统与监测中心站和工作子站连接，用于显示和打印现场记录。3.根据权利要求2所述的PM2.5全反射X射线荧光在线监测和源解析与评估系统，其特征在于：所述主放大器还配置有脉冲堆积抑制器和基线恢复器。4.根据权利要求2所述的PM2.5全反射X射线荧光在线监测和源解析与评估系统，其特征在于：所述A/D转换器与计算机及系统控制器之间还设置有多道脉冲高度分析器。5.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光亚，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42