高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器及采樣方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，用于分粒徑的顆粒物或病毒的采集，該采樣器包括：入口端，用以按粒徑分割和輸入載有被采集顆粒物或病毒的氣體；混合器，用以將水蒸汽與所述入口端輸入的所述氣體均勻混合，以產(chǎn)生高濕度的氣溶膠；溫控冷凝管，連接于所述混合器的輸出端，以對所述氣溶膠進(jìn)行急速降溫而使所述水蒸氣在顆粒物表面冷凝增加所述顆粒物的粒徑，所述溫控冷凝管具有溫控裝置，以在所述急速降溫過程中控制所述水蒸氣的溫度；收集器，連接于所述溫控冷凝管的輸出端，將所述溫控冷凝管生成的顆粒物水霧通過漩渦流和沖擊進(jìn)行收集。本發(fā)明的采樣器成本低且收集效率高。
【專利說明】高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器及采樣方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能源與環(huán)境【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣米樣器(A High Flow and Mult1-applicat1n Aerosol to Hydrosol Air Sampler,簡稱ATHAS )及其采樣方法。

【背景技術(shù)】
[0002]PM2.5是現(xiàn)今環(huán)境污染問題的焦點(diǎn)，因此對PM2.5的監(jiān)測和采樣成為重要課題。國內(nèi)，計(jì)劃在5年之內(nèi)，在全國338各地級城市設(shè)立PM2.5監(jiān)測點(diǎn)，因此相關(guān)技術(shù)的市場潛力巨大。且工業(yè)污染源監(jiān)測設(shè)備的應(yīng)用，到2015年，污染源監(jiān)測設(shè)備行業(yè)的產(chǎn)值將超過100億美元。
[0003]同時，對于病毒，例如SARS和禽流感病毒的采樣，也具有重要的意義。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)的通過過濾和壓縮實(shí)現(xiàn)PM2.5采集的采樣器，具有以下的缺點(diǎn):
[0005]1.非常高的操作成本，用于過濾和采集顆粒物的濾膜成本較高，常在100美元以上;
[0006]2.操作效率低，采樣效率低，例如SKC的采樣器(B1sampler)，對小粒徑的病毒或顆粒，例如30-100nm的，其采樣效率小于10%，然而，空氣傳播的SARS病毒大約是80_90nm。
[0007]3.通常需要對樣品進(jìn)行繁復(fù)的后期處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的為提供一種高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的成本高、效率低和繁復(fù)的后期處理的技術(shù)問題。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于提供一種采樣方法。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]一種高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，用于分粒徑的顆粒物或病毒的采集，該采樣器包括:
[0012]入口端，用以按粒徑分割并輸入載有被采集顆粒物或病毒的氣體；
[0013]混合器，用以將水蒸汽與所述入口端輸入的所述氣體均勻混合，以產(chǎn)生高濕度的氣溶膠；
[0014]溫控冷凝管，連接于所述混合器的輸出端，以對所述氣溶膠進(jìn)行急速降溫而使所述水蒸氣在顆粒物表面冷凝增加所述顆粒物的粒徑，所述溫控冷凝管具有溫控裝置，以在所述急速降溫過程中控制所述水蒸氣的溫度；
[0015]收集器，連接于所述溫控冷凝管的輸出端，將所述溫控冷凝管生成的顆粒物水霧通過漩渦流和沖擊進(jìn)行收集。
[0016]一種采樣方法，用于分粒徑的顆粒物或病毒的采集，包括步驟:
[0017]S1:按粒徑分割并輸入載有被采集顆粒物或病毒的氣體；
[0018]S2:將水蒸汽與所述氣體均勻混合，以產(chǎn)生高濕度的氣溶膠；
[0019]S3:對所述高濕度的氣溶膠進(jìn)行急速降溫而使所述水蒸氣在顆粒物表面冷凝增加所述顆粒物的粒徑，且在所述急速降溫過程中控制所述水蒸氣的溫度；
[0020]S4:將所述步驟S3生成的顆粒物水霧通過漩渦流和沖擊進(jìn)行收集。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的采樣器及采樣方法，可實(shí)現(xiàn)對氣溶膠和水溶膠的轉(zhuǎn)換，保留顆粒物本身的可溶和不可溶部分的相對比例，采樣樣本無需后處理，可直接用于多種化學(xué)組分分析(如離子，金屬，有機(jī)物等)和毒理性分析(如細(xì)胞毒性分析和動物注射實(shí)驗(yàn))，和對空氣生物氣溶膠的組分進(jìn)行分析。本發(fā)明可大大減少傳統(tǒng)濾膜采樣器的繁復(fù)的后處理時間和物力人力，實(shí)現(xiàn)直接甚至在線多種組分分析。并且，本發(fā)明的采樣器是便攜式的多功能的采樣器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器的示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器的收集器的俯視不意圖。
[0024]圖3為圖2中A-A剖視示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器中的錐形管示意圖。
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的采樣方法的流程圖。
[0027]附圖標(biāo)記說明:
[0028]I混合器
[0029]11蒸汽發(fā)生器
[0030]110不銹鋼毛細(xì)管
[0031]12蠕動泵
[0032]2溫控冷凝管
[0033]21風(fēng)扇
[0034]22微型制冷系統(tǒng)
[0035]3收集器
[0036]31流量控制裝置
[0037]32真空泵
[0038]33抽取裝置
[0039]34頂部
[0040]35中部
[0041]36底部
[0042]37出口
[0043]38法蘭
[0044]39錐形管
[0045]391豎直部
[0046]392弧面部
[0047]393錐部
[0048]4顆粒物切割頭

【具體實(shí)施方式】
[0049]體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的典型實(shí)施例將在以下的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的實(shí)施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及附圖在本質(zhì)上是當(dāng)作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0050]本發(fā)明實(shí)施例的采樣方法，可通過本發(fā)明實(shí)施例的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明實(shí)施例的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，可以通過本發(fā)明實(shí)施例的采樣方法進(jìn)行采樣。
[0051]本發(fā)明的采樣器是一種創(chuàng)新多功能的便攜式空氣懸浮粒子PM2.5及病毒采樣器。下面的說明以PM2.5顆粒物為例，但本發(fā)明并不局限于此。
[0052]下面先具體介紹本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器。
[0053]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器(以下簡稱采樣器)，主要由四部分組成，即顆粒物切割頭4、混合器1、溫控冷凝管2和收集器3。此夕卜，本發(fā)明實(shí)施例的采樣器，還包括電子控制模塊，用以控制整個采樣器的運(yùn)行及運(yùn)行參數(shù)，包括但不限于各元件內(nèi)的溫度參數(shù)、流量參數(shù)、流速參數(shù)、壓力參數(shù)等。電子控制模塊還包括硬件模塊，加熱、冷卻控制和樣本自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。
[0054]為了保證采樣過程的快速有效，本發(fā)明的采樣器是整體密閉的結(jié)構(gòu)，因此，除了顆粒物正常通過的路徑外，顆粒物切割頭4與混合器I之間、混合器I與溫控冷凝管2之間、溫控冷凝管2與收集器3之間均是密閉連接，進(jìn)入采樣器中的載有待采集顆粒物的氣體，除采樣器的出口 37之外，不會從其他連接處泄漏出去。
[0055]以下分別介紹上述四個部分:
[0056]一、顆粒物切割頭
[0057]顆粒物切割頭4設(shè)置在采樣器的入口端，采樣器的入口端用以輸入載有被采集顆粒物的氣體(主要是空氣)，在入口端可連接有顆粒物切割頭，以對總懸浮顆粒物(TotalSuspended Particulate, TSP), PM10, PM2 5或PMi等不同粒徑的顆粒物進(jìn)行收集。
[0058]其中PMltl是通常的直徑小于10微米的可吸入顆粒物，包括被風(fēng)沙揚(yáng)起的塵土、花粉和霉菌等；其中PM2.5可稱為“可入肺顆粒物”，直徑小于2.5微米，成分包括燃燒產(chǎn)生的粒子、有機(jī)物和金屬元素等。
[0059]顆粒物切割頭4設(shè)置特定大小的入口，以使粒徑大于設(shè)定直徑的顆粒物不能進(jìn)入采樣器。針對不同的采樣需求，顆粒物切割頭4可以具有不同的規(guī)格，因此顆粒物切割頭4優(yōu)選的是可替換的設(shè)置在采樣器的入口端，不同規(guī)格的顆粒物切割頭4用于不同粒經(jīng)的顆粒物的采集。
[0060]二、混合器
[0061]本發(fā)明實(shí)施例的采樣器，其混合器I優(yōu)選的為溫控蒸汽發(fā)生混合器，因此，混合器I還包括蒸汽發(fā)生器11和螺動泵(peristaltic pump) 12,螺動泵12向蒸汽發(fā)生器11中輸入去離子水，并且能夠控制去離子水的流速，進(jìn)而控制蒸汽發(fā)生器11所產(chǎn)生的蒸汽的流量。本發(fā)明是以水作為收集媒介，因此大大的降低了運(yùn)行成本。
[0062]蒸汽發(fā)生器11用來形成蒸汽，并向混合器I中噴射。蒸汽發(fā)生器11套設(shè)于混合器I的外周，因此，蒸汽可以從混合器I的內(nèi)壁的不同角度噴射入混合器I的腔體內(nèi)，已與從入口端進(jìn)入的載有被采集顆粒物的氣體進(jìn)行均勻混合，產(chǎn)生高濕度的氣溶膠。這里所說的高濕度，例如是濕度85%以上。
[0063]蒸汽發(fā)生器11具有溫度控制裝置，結(jié)合上述的蠕動泵12的流量控制，因此可以生成溫度和流量可控的穩(wěn)定蒸汽流，并和顆粒物均勻混合，產(chǎn)生高濕度的氣溶膠。優(yōu)選的，蒸汽發(fā)生器11內(nèi)的溫度控制在100-150攝氏度，因而可使混合器I的腔體內(nèi)的溫度也大致為100-150攝氏度。
[0064]關(guān)于蒸汽發(fā)生器11，其可為如圖1所示的配置有不銹鋼毛細(xì)管110的加熱管，但不以此為限，也可為溫控加熱水箱或其他形式的溫控加熱管。
[0065]另外，為了使所述載有被采集顆粒物的氣體中的顆粒物與所述蒸汽在混合器I中通過湍流均勻混合，顆粒物切割頭4與混合器I優(yōu)選的是通過直管直接連接。直管的材質(zhì)例如為不銹鋼。
[0066]三、溫控冷凝管
[0067]溫控冷凝管2的作用是對由混合器I輸入的高濕度的氣溶膠進(jìn)行急速降溫，實(shí)現(xiàn)蒸汽在顆粒物表面的冷凝以增加粒徑尺寸。
[0068]如圖1所示，溫控冷凝管2是柱狀結(jié)構(gòu)，其橫截面為帶有圓孔的正方形或矩形，因此在溫控冷凝管2內(nèi)形成多個圓柱體狀的腔體，所述高濕度的氣溶膠從所述圓柱狀腔體中通過。溫控冷凝管2的外周套設(shè)有微型制冷系統(tǒng)22，微型制冷系統(tǒng)22的外表面則裝設(shè)有風(fēng)扇21。微型制冷系統(tǒng)22向內(nèi)提供冷源，而風(fēng)扇21則是為了助于微型制冷系統(tǒng)22的散熱。可以通過控制微型制冷系統(tǒng)22的功率大小及開關(guān)，以控制溫控冷凝管2的圓柱體腔體內(nèi)的溫度。
[0069]溫控冷凝管2內(nèi)的溫度可以控制在5-10度，因此，通過溫控冷凝管2的降溫控制和蒸汽溫度進(jìn)行配合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和有效的顆粒物放大效果。
[0070]溫控冷凝管2的底部還設(shè)置有吸附水抽取裝置，在介紹收集器時一并介紹。
[0071]本發(fā)明實(shí)施例的采樣器，上述的混合器I和溫控冷凝管2可以合稱為“氣溶膠增大模塊”，其利用蒸汽冷凝原理來達(dá)到使氣溶膠顆粒增大的目的；增大的氣溶膠然后被抽取到收集器3中。
[0072]四、收集器
[0073]本發(fā)明實(shí)施例的采樣器，收集器3也可稱為“精密顆粒物沖擊漩渦混合收集器”，收集器3對由溫控冷冷凝管2生成的顆粒物水霧通過漩渦流和沖擊原理進(jìn)行高效率收集，達(dá)到氣溶膠對水溶膠的轉(zhuǎn)換。
[0074]如圖2所示，收集器3由頂部34、中部35和底部36組成。頂部34、中部35和底部36的外表面均為圓柱狀，而內(nèi)腔則具有不同的形狀，頂部34的內(nèi)腔為圓柱狀，而中部35的內(nèi)腔則為圓臺狀，其截面為等腰梯形。而底部36的內(nèi)腔是圓柱與圓錐的結(jié)合，且圓錐的底端為采樣器的出口 37。這些結(jié)構(gòu)的變化，都是為了在收集器3內(nèi)更好的形成漩渦效果。而頂部34的頂端具有法蘭38。
[0075]法蘭38上連接有四根錐形管39，每一錐形管39的形狀如圖4所示。錐形管39包括豎直部391、弧面部392和錐部393，豎直部391的直徑不變，而錐部393的直徑逐漸變細(xì)，豎直部391的中心線和錐部393的中心線的夾角例如為30度?；∶娌?92的中心線是光滑曲線。四根錐形管39在法蘭38的圓周上均勻分布，而錐部393的布置形式如圖2所示。因此，四根錐形管39按照一定角度排列，其目的是引導(dǎo)從溫控冷凝管2導(dǎo)入的氣流以漩渦方式進(jìn)入收集器3，如圖1中的虛線示出的曲線所示，并在收集器3內(nèi)形成穩(wěn)定氣流和水流(氣流撞擊收集器3的內(nèi)壁時形成)。
[0076]如圖1所示，錐形管39的頂端連接于溫控冷凝管2的底端，在溫控冷凝管2底部靠近錐形管39入口的位置，還連接有四通道不銹鋼管道，連接至用于抽取溫控冷凝管2管壁的吸附水的自動抽取裝置。以自動抽取溫控冷凝管2內(nèi)壁的冷凝水，以保證采樣的效果。
[0077]如圖2和圖3所示，在法蘭38的中心設(shè)置有抽真空管40，其連接有真空泵32和流量控制器31。抽真空管40的下端伸入收集器3內(nèi)，抽真空管40的上端連接真空泵32。真空泵40的運(yùn)行可以改變收集器3內(nèi)的壓力，為錐形管39的氣體抽取提供動力，并使由溫控冷凝管2內(nèi)導(dǎo)入的顆粒物水霧加速，使得高速顆粒物水霧直接在收集器3的壁面形成沖擊，提高本發(fā)明實(shí)施例的采樣器的收集效率。
[0078]真空泵32可以被流量控制器31所控制，通過控制真空泵32的功率大小和開關(guān)來控制整個采樣器內(nèi)的流量和流速(單位時間的流量)，在顆粒物濃度較低的環(huán)境下，例如空氣環(huán)境較好的地方，PM2.5濃度較低的地方,需要加大流速，以在較短的時間內(nèi)完成米樣；反之，在顆粒物濃度較高的環(huán)境下，例如在空氣污染比較嚴(yán)重的地方，PM2 5濃度較高的地方，可以采用較小的流速，就可以在較短的時間內(nèi)完成采樣。當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例的采樣器，并不以此為限，流量控制器31還可以通過對其他元件的控制來實(shí)現(xiàn)流量控制。本發(fā)明實(shí)施例的采樣器，其流速可以高達(dá)10立方米每小時。
[0079]在收集器3內(nèi)，還設(shè)置有液位傳感器(圖中未示出)，由于顆粒物水霧在撞擊收集器3的內(nèi)壁后，會形成水溶膠而積存在收集器的底部36或中部35，當(dāng)液位到一定高度后，說明已經(jīng)采集到相應(yīng)數(shù)量的顆粒物，這時需要將收集到的氣溶膠導(dǎo)出，或者可以完成本次采樣工作。在液位傳感器感測到液位達(dá)到設(shè)定高度后，會將感測信息發(fā)送給電子控制模塊，電子控制模塊會控制采樣器停止工作，或者控制通過采樣器的出口 37打開，將所收集到的水溶膠導(dǎo)出，以繼續(xù)進(jìn)行采樣。當(dāng)然，電子控制模塊也可以控制出口 37間隔一定的時間打開一次，以將收集器3內(nèi)的收集物導(dǎo)出，間隔例如為30分鐘。因此，電子控制模塊可利用液位傳感器精確控制收集器3內(nèi)的樣本容量以達(dá)到最優(yōu)化的收集效率。
[0080]從出口 37導(dǎo)出的收集物，可以直接通過容器進(jìn)行提取和保存。而優(yōu)選的，是通過液體導(dǎo)流裝置將收集器3內(nèi)的收集物直接傳送給在線分析裝置，在線分析裝置包括用于分析待采樣顆粒物的各種分析儀器及數(shù)據(jù)處理設(shè)備。本發(fā)明實(shí)施例的采樣器，可實(shí)現(xiàn)對氣溶膠和水溶膠的轉(zhuǎn)換，保留顆粒物本身的可溶和不可溶部分的相對比例，采樣樣本無需后處理，可直接通過在線分析裝置進(jìn)行多種化學(xué)組分的直接定量分析，如ICP-MS對金屬分析，IC對正負(fù)離子進(jìn)行分析等(如果是病毒，則進(jìn)行毒理分析，如細(xì)胞毒性分析和動物注射實(shí)驗(yàn))，和對空氣生物氣溶膠的組分進(jìn)行分析。因此可大大減少傳統(tǒng)濾膜采樣器的繁復(fù)的后處理時間和物力人力，實(shí)現(xiàn)直接在線多種組分分析。
[0081]由以上的介紹可知，本發(fā)明實(shí)施例的采樣器，主要由顆粒物切割頭4、混合器1、溫控冷凝管2和收集器3組成，混合器I中的蒸汽發(fā)生器11是小型蒸汽發(fā)生器，而溫控冷凝管2中的制冷系統(tǒng)是基于帕爾貼效應(yīng)(Peltier-effect)的微型制冷系統(tǒng)(miniature coolingsystem)，因此其體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，是一種便攜式的多功能的采樣器。
[0082]下面，再介紹一下本發(fā)明實(shí)施例的采樣方法，之前介紹本發(fā)明采樣器時已提到的一些內(nèi)容，不再贅述。
[0083]如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例的采樣方法，用于分粒徑的顆粒物或病毒的采集，其可以包括步驟:
[0084]S1:按粒徑分割并輸入載有被采集顆粒物或病毒的氣體；
[0085]S2:將水蒸汽與所述氣體均勻混合，以產(chǎn)生高濕度的氣溶膠；
[0086]S3:對所述高濕度的氣溶膠進(jìn)行急速降溫而使所述水蒸氣在顆粒物表面冷凝增加所述顆粒物的粒徑，且在所述急速降溫過程中控制所述水蒸氣的溫度；
[0087]S4:將所述步驟S3生成的顆粒物水霧通過漩渦流和沖擊以形成水溶膠，在收集容器內(nèi)進(jìn)行收集。
[0088]其中，在步驟S4中，可以通過錐形管39弓丨導(dǎo)步驟S3處理后輸出的氣流形成漩渦的方式進(jìn)入收集器，并使所述顆粒物水霧在所述收集器壁面形成沖擊以進(jìn)行收集。
[0089]本發(fā)明實(shí)施例的采樣方法，還可以包括步驟S5:通過液體導(dǎo)流裝置將所述收集器內(nèi)的收集物直接傳送給在線分析裝置。
[0090]本發(fā)明的工作原理基于水蒸氣的降溫冷凝的物理特性，使得水蒸氣可直接吸附于空氣中顆粒物表面達(dá)到增大顆粒物粒徑的效果；同時本發(fā)明還利用顆粒物的沖擊收集原理和旋風(fēng)收集器的原理實(shí)現(xiàn)雙重的收集效果，對粒徑放大的顆粒物進(jìn)行高效收集。蒸汽發(fā)生混合器的溫度控制在150-200度，溫控冷凝管的溫度控制在5-10度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空氣的露點(diǎn)溫度實(shí)現(xiàn)冷凝，氣體的流量在30-167升每分鐘(LPM)之間，可實(shí)現(xiàn)對小于50nm的顆粒物的放大和收集效果，且可實(shí)現(xiàn)對PM2.5超過90%的質(zhì)量收集效率，可以實(shí)現(xiàn)30分鐘的時間分辨率(time resolut1n)。
[0091]本發(fā)明實(shí)施例的采樣器(ATHAS)，直接以水溶膠的形式收集氣溶膠，流量可高達(dá)每小時10立方米。本發(fā)明高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器可用于高時間分辨率大氣懸浮微粒采樣，取代傳統(tǒng)的過濾采樣方式來獲取大氣懸浮微粒化學(xué)和毒理學(xué)特性。也可以用在高流量和高效率生物氣溶膠的采樣中。本發(fā)明實(shí)施例的采樣器，直接收集氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠的特性，無需使用傳統(tǒng)的濾膜(f i I ter substrates)作為收集媒介，因此可以極大地減低運(yùn)行成本，同時極大地提高氣溶膠不可溶部分的回收率。是一個理想的用于大氣pm2.5采樣，進(jìn)行大氣化學(xué)和毒理學(xué)研究和生物氣溶膠采樣的設(shè)備。本發(fā)明實(shí)施例的采樣效率和采樣時間分辨率遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)。
[0092]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到在不脫離本發(fā)明所附的權(quán)利要求所揭示的本發(fā)明的范圍和精神的情況下所作的更動與潤飾，均屬本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，用于分粒徑的顆粒物或病毒的采集，其特征在于，該采樣器包括: 入口端，用以按粒徑分割和輸入載有被采集顆粒物或病毒的氣體； 混合器，用以將水蒸汽與所述入口端輸入的所述氣體均勻混合，以產(chǎn)生高濕度的氣溶膠； 溫控冷凝管，連接于所述混合器的輸出端，以對所述氣溶膠進(jìn)行急速降溫而使所述水蒸氣在顆粒物表面冷凝增加所述顆粒物的粒徑，所述溫控冷凝管具有溫控裝置，以在所述急速降溫過程中控制所述水蒸氣的溫度； 收集器，連接于所述溫控冷凝管的輸出端，將所述溫控冷凝管生成的顆粒物水霧通過漩渦流和沖擊進(jìn)行收集。
2.如權(quán)利要求1所述的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，其中所述收集器具有四根錐形管，所述四根錐形管具有一定彎曲度并按照一定角度排列，引導(dǎo)所述溫控冷凝管輸出的顆粒物水霧以漩渦方式進(jìn)入所述收集器，并使所述顆粒物水霧撞擊所述收集器內(nèi)壁形成水溶膠以進(jìn)行收集。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，其中所述采樣器還包括可替換的設(shè)置在所述入口端的顆粒物切割頭，不同的顆粒物切割頭用于不同粒徑的顆粒物的采集。
4.如權(quán)利要求3所述的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，其中所述顆粒物為TSP，PMltl, PM2.5 或 PM115
5.如權(quán)利要求2所述的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，其中所述混合器中蒸汽發(fā)生器為溫控加熱水箱，或?yàn)榕渲糜胁讳P鋼毛細(xì)管的加熱管。
6.如權(quán)利要求1所述的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，其中所述混合器內(nèi)的溫度控制在100-150度，所述溫控冷凝管內(nèi)的溫度控制在5-10度。
7.如權(quán)利要求1所述的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，其中所述收集器的頂部具有法蘭，所述法蘭的中心設(shè)置有與真空泵和流量控制裝置連接的抽真空管。
8.如權(quán)利要求3所述的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，其中所述顆粒物切割頭與所述混合器通過不銹鋼直管直接連接，以使所述顆粒物與所述蒸汽在所述混合器通過瑞流均勻混合。
9.如權(quán)利要求1所述的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，其中所述混合器與所述溫控冷凝管之間密閉連接，所述溫控冷凝管與所述收集器之間密閉連接。
10.如權(quán)利要求1所述的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，其中所述收集器內(nèi)設(shè)置有用于采集所述收集器內(nèi)液位信息的液位傳感器。
11.如權(quán)利要求2所述的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，其中所述溫控冷凝管的底端靠近所述錐形管入口的位置連接有用于抽取所述溫控冷凝管內(nèi)壁的吸附水的抽取裝置。
12.如權(quán)利要求1所述的高流量多功能氣溶膠轉(zhuǎn)水溶膠空氣采樣器，其中所述采樣器還包括用以連接分析儀器與所述收集器的液體導(dǎo)流裝置。
13.一種采樣方法，用于分粒徑的顆粒物或病毒的采集，包括步驟: S1:按粒徑分割并輸入載有被采集顆粒物或病毒的氣體； 52:將水蒸汽與所述氣體均勻混合，以產(chǎn)生高濕度的氣溶膠； 53:對所述高濕度的氣溶膠進(jìn)行急速降溫而使所述水蒸氣在顆粒物表面冷凝增加所述顆粒物的粒徑，且在所述急速降溫過程中控制所述水蒸氣的溫度； 54:將所述步驟S3生成的顆粒物水霧通過漩渦流和沖擊進(jìn)行收集。
14.如權(quán)利要求13所述的采樣方法，其中，在步驟S4中，引導(dǎo)步驟S3處理后輸出的氣流以漩渦方式進(jìn)入收集器，并使所述顆粒物水霧在所述收集器壁面形成沖擊以進(jìn)行收集。
15.如權(quán)利要求14所述的采樣方法，其中，還包括步驟S5:通過液體導(dǎo)流裝置將所述收集器內(nèi)的收集物直接傳送給分析裝置。
【文檔編號】G01N1/28GK104280273SQ201310276436
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月2日
【發(fā)明者】寧治, 林志泉 申請人:香港城市大學(xué)