【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气溶胶单液滴检测，尤其涉及一种真实大气氛围下的气溶胶单微滴监测装置和方法。
技术介绍
1、大气气溶胶是大气中一次污染物向二次污染物转化的有效微型反应场所，微滴的界面及体相反应过程的监测也是研究大气雾霾污染形成过程的重要手段。
2、但是，现有的气溶胶单微滴监测装置通常与气瓶相连，将气瓶中的纯气体(例如氮气)作为监测单液滴的环境气体，并通入特定的反应气体，在反应气体与环境气体的混合气体中监测单液滴性质变化。然而，反应气体与环境气体的混合气体与真实的大气气氛还是有较大差别的，真实大气的成分是复杂的，且其组成会因光照发生改变，通过单液滴在反应气体与环境气体的混合气体中的暗反应性质变化并不能明确其在真实大气中的性质变化。
3、另外，饱和蒸气压参数的精准测量是认识pm2.5爆发式增长过程中二次有机气溶胶生成驱动力的一种重要物理化学参数。通过实时、原位观测单液滴在特定氛围中关于粒径和组分的变化，从而解决挥发性物质的气粒分配过程中的关键理化参数高质量数据测量的难题，为揭示大气细颗粒物污染中二次有机气溶胶生成与增长的关键驱动力，研发挥发性物质的单液滴饱和蒸气压测量装置具有重要的意义。
4、现有的气溶胶单微滴监测装置和方法对含挥发性组分的单液滴饱和蒸气压参数的检测结果误差较大。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种真实大气氛围下的气溶胶单微滴监测装置和方法，用以解决现有的气溶胶单微滴监测装置存在至少以下问题之一：(1)无法监测
2、一方面，本专利技术提供了一种真实大气氛围下的气溶胶单微滴监测装置，所述装置包括单液滴光镊悬浮装置、气路系统、微滴泵入系统、光束耦合系统、信号检测系统和微滴检测装置；
3、其中，所述气路系统包括真实大气气路系统，所述真实大气气路系统与所述单液滴光镊悬浮装置连通，所述微滴泵入系统与所述单液滴悬浮系统连通，所述光束耦合系统分别与所述单液滴光镊悬浮装置、所述信号检测系统和所述微滴检测装置连通；
4、所述真实大气气路系统包括第一气路和第二气路，所述第一气路和第二气路均与真实大气连通，所述第一气路和第二气路分别与单液滴光镊悬浮装置连通，所述第二气路上设置泵气装置，所述泵气装置为真空泵或空气压缩机；
5、所述单液滴光镊悬浮装置包括样品池，所述样品池包括同心的外环壁和内环壁，所述外环壁与内环壁的一侧连接，连接处设置贯穿外环壁和内环壁的单液滴入口；所述外环壁与内环壁上均有多个贯穿环壁且间隔设置的气体入口和气体出口，所述外环壁上的气体入口和气体出口与内环壁上的气体入口和气体出口错开设置；
6、所述气体入口的直径和气体出口的直径均小于所述单液滴入口的直径。
7、优选地，所述第一气路上还设置有过滤装置。
8、优选地，所述第一气路和第二气路上均设置气体成分分析仪。
9、优选地，所述第一气路上还设置有温湿度记录仪。
10、优选地，所述第二气路上还设置有质量流量计和流量阀门。
11、优选地，所述气路系统还包括湿度调节气路系统，所述湿度调节气路系统与所述微滴泵入系统连通。
12、优选地，所述外环壁与所述内环壁之间的间距为2-3mm。
13、优选地，所述样品池的底部设置石英玻璃片，所述石英玻璃片上设置有阴离子表面活性剂层。
14、优选地，所述阴离子表面活性剂层的厚度为0.1-0.2mm。
15、另一方面，本专利技术还提供了一种真实大气氛围下的气溶胶单微滴监测方法，采用上述真实大气氛围下的气溶胶单微滴监测装置，所述方法包括：
16、所述微滴泵入系统将气溶胶以单液滴的形态泵入单液滴光镊悬浮装置的样品池中；
17、光束耦合系统发出的激光作为捕获光束，在样品池中通过光镊技术捕获一个单液滴并将其悬浮；
18、将第一气路和第二气路中的一个气路作为进气气路，另一个气路作为出气气路，通过进气气路向样品池中通入真实大气，真实大气流经样品池时与单液滴中特定成分发生反应；
19、单液滴的散射光信号分别输入至信号检测系统和微滴检测装置，根据光信号数据监测单液滴在真实大气气氛下反应过程中的性质变化，并根据单液滴反应前后的单液滴半径数值变化计算饱和蒸气压。
20、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
21、1、本专利技术在气溶胶单微滴监测装置上设置真实气体气路系统，第一气路和第二气路直接与外界环境的真实大气连通，通过泵气装置直接将真实大气引入样品池，通过第一气路和第二气路中的一个气路向样品池中通入真实大气，另一个气路排出反应后的真实大气，通过信号检测系统和微滴检测装置监测单液滴在真实大气气氛下反应过程中的性质变化。
22、2、本专利技术的样品池包括外环壁和内环壁，外环壁和内环壁连接处设置贯穿外环壁和内环壁的单液滴入口，外环壁与内环壁上均有多个贯穿环壁且间隔设置的气体入口和气体出口，所述外环壁上的气体入口和气体出口与内环壁上的气体入口和气体出口错开设置，该结构可以使气体均匀进入和均匀排出样品池，且保证样品池中的气压稳定，进而使光镊稳定悬浮单液滴；另外，气体均匀进入和排出样品池，可以避免局部气压过高或过低，减少因气压不均一导致液滴在样品池进入时分布不均匀，有效解决了气压不均一可能导致液滴沉积器壁的问题；而且，样品池气压稳定有助于维持单液滴的悬浮状态，减少因气压波动所引起的液滴与器壁的接触，进而减小器壁效应对饱和蒸气压带来的误差影响；
23、气体入口的直径和气体出口的直径均小于单液滴入口的直径，从单液滴入口向样品池泵入单液滴时，能够产生并增强气溶胶液滴在样品池中的湍流效果，湍流可以增强液滴在样品池中的混合和运动，减少液滴沉积在内壁的概率和可能性；急而回旋的气流并非简单地从进口到出口，而是凭借湍流作用向样品池中心(即激光聚焦中心)趋近，同时回旋效果也能加大聚焦中心以外的气流重新回到焦点的概率，进而增加其捕获效率，降低气溶胶液滴沉积于样品池内壁的概率，减小器壁效应对饱和蒸气压带来的误差影响。
24、3、本专利技术的样品池底部设置涂覆有阴离子表面活性剂的石英玻璃片，阴离子表面活性剂减小类球形液滴表面张力的同时，令样品池底部的液滴不再以类球形的形式沉积，而是直接铺展于样品池底部，避免了样品池底部的含有挥发性化学组分的液滴因其曲面结构所带来的曲面压力而引发的饱和蒸气压误差。
25、4、本专利技术在微滴泵入系统中设置了液滴束流装置，当气溶胶液滴经过液滴束流装置时，液滴束流装置将液滴从聚集状态变为单分散的单串液滴逐一进入样品池。
26、5、本专利技术的气溶胶发生器与液滴束流装置之间设置截止阀，当液滴进入液滴束流装置后，可以关闭截止阀，通过湿度调节气路系统向液滴束流装置中通入稀释气体(例如氮气)，对液滴束流装置中液滴进行稀释，进一步促进液滴束流装置将液滴从聚集本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种真实大气氛围下的气溶胶单微滴监测装置，其特征在于，所述装置包括单液滴光镊悬浮装置、气路系统、微滴泵入系统、光束耦合系统、信号检测系统和微滴检测装置；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一气路上还设置有过滤装置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一气路和第二气路上均设置气体成分分析仪。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一气路上还设置有温湿度记录仪。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二气路上还设置有质量流量计和流量阀门。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气路系统还包括湿度调节气路系统，所述湿度调节气路系统与所述微滴泵入系统连通。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外环壁与所述内环壁之间的间距为2-3mm。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品池的底部设置石英玻璃片，所述石英玻璃片上设置有阴离子表面活性剂层。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴离子表面活性剂层的厚度为0
10.一种真实大气氛围下的气溶胶单微滴监测方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任意一项所述的真实大气氛围下的气溶胶单微滴监测装置，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种真实大气氛围下的气溶胶单微滴监测装置，其特征在于，所述装置包括单液滴光镊悬浮装置、气路系统、微滴泵入系统、光束耦合系统、信号检测系统和微滴检测装置；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一气路上还设置有过滤装置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一气路和第二气路上均设置气体成分分析仪。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一气路上还设置有温湿度记录仪。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二气路上还设置有质量流量计和流量阀门。
6.根据权利要求1所述的装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：张韫宏，张晓武，黄启燊，刘湃，刘雨昕，曹雪，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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