在线气溶胶碳质组分(OCEC)分析仪的研制

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含碳组分在气溶胶中含量很高,尤其是在对人类健康影响较大的细颗粒部分比例更大,通常包括有机碳(OC)和元素碳(EC)两部分。OC、EC不仅影响人类健康、造成区域和城市烟霾影响能见度、破坏地球辐射平衡影响全球气候,而且可以帮助得知大气中二次污染的状况。随着我国经济的快速增长和城市化进程的不断加快,诸多经济发达地区面临着巨大的环境挑战,气溶胶已成为影响我国城市空气质量的首要污染物。为了揭示气溶胶中碳质组分(OCEC)对城市大气污染的影响与形成机制,保护城市居民的健康,迫切需要开发一套适合在我国推广和应用的在线监测气溶胶碳质组分(OCEC)的仪器装置。   本论文在热解析,光学分析法的原理上自行设计了在线大气气溶胶碳质组分(OCEC)分析装置,并向国家知识产权局申请了发明专利。本套装置针对SunsetOCEC分析仪的存在问题,在气路、石英炉、电路、加热等方面都做了改进和创新。本套仪器主要包括载气控制系统、采样-分析气路系统、激光检测单元、电路单元、NDIR检测等部分,不仅具有控制形式简单、可行性强、稳定性强的特点,而且在仪器的部件布局上,还体现了合理布局、便利维护和操作的要求。   利用目前先进的虚拟仪器控制方式,为保证仪器的连续运行和自动化控制,降低人为操作带来的影响,本研究运用Visual Basic语言为本套仪器系统开发了控制软件和数据处理软件,不仅能够很好地实现软件和硬件之间的通信,而且该软件界面友好、操作简单灵活,极大方便了研究者进行样品分析以及在此基础上进行分析方法的摸索和开发。   现阶段,对已开发的样机进行各个部件的性能测试,结果表明:本套仪器系统在流量控制上稳定性好,准确度和精确度都较高,各路气体的标定工作曲线的R2均在0.9997以上;激光检测单元中的激光发射和检测部件长期工作稳定性好,得到的激光信号的标准偏差为0.13%;利用温度进行分析阶段的激光值进行补偿,可以获得空白样品分析中较为平稳的激光响应,与Sunset OCEC的7%的最大偏差相比,本研究开发的仪器能达到最大偏差2%。通过CH4内标峰的稳定性测试,得到连续运转情况下CH4峰面积的相对标准偏差为2.63%,甲烷定量环的含量为19.35μgC。在采样时间40 min,采样流量为8 L/min的情况下,测定本系统的检测限为0.29μgC/m3。经过长期的运行试验,以及和Sunset OCEC分析仪的比对,可以证明本研究开发的在线OCEC监测系统能够满足长期稳定性监测的需要。
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