被動質(zhì)量通量測量方法以及測量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及質(zhì)量通量測量。被動質(zhì)量通量測量方法，包括一裝有碳基吸收采樣裝置的被動質(zhì)量通量測量儀；當(dāng)化合物蒸汽通過碳基吸收采樣裝置的被測量表面，以分子擴(kuò)散的形式進(jìn)入被動質(zhì)量通量測量儀時，化合物將被碳基吸收采樣裝置吸收并采集；化合物在被動質(zhì)量通量測量儀內(nèi)的質(zhì)量通量可以通過單位時間內(nèi)碳基吸收采樣裝置收集到的化合物質(zhì)量來進(jìn)行計算。本發(fā)明可用來測量從被測量物表面散發(fā)的揮發(fā)性、半揮發(fā)性化合物的質(zhì)量通量，包括天然的地面、建筑物地板、建筑材料和家具等被測物品的表面。
【專利說明】
被動質(zhì)量通量測量方法以及測量儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及計量測量領(lǐng)域，具體涉及質(zhì)量通量測量。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)量通量的定義是指通過指定區(qū)域內(nèi)分子流動的速率。用來測量通過特定表面分子流動強(qiáng)度的儀器稱為質(zhì)量通量測量儀。質(zhì)量通量測量儀可用來測量質(zhì)量通量，以用來確定特定表面上是否存在揮發(fā)性、半揮發(fā)性化學(xué)蒸汽的擴(kuò)散或流動?；瘜W(xué)蒸汽中的化學(xué)物質(zhì)可能對人體造成健康風(fēng)險。
[0003]目前對質(zhì)量通量進(jìn)行測量時，多借助動態(tài)質(zhì)量通量測量儀。
[0004]使用動態(tài)質(zhì)量通量儀計算質(zhì)量流量的原理是以在給定時間周期內(nèi)通過動態(tài)質(zhì)量測量儀的化合物蒸汽質(zhì)量為依據(jù)的。清潔空氣作為化合物蒸汽的有效載體以一定校準(zhǔn)流量被通入質(zhì)量通量測量儀然后排出。質(zhì)量通量測量儀達(dá)到平衡之后，離開質(zhì)量通量測量儀的化合物質(zhì)量和通過特定表面由分子擴(kuò)散的方式進(jìn)入質(zhì)量通量測量儀的化合物質(zhì)量相等。離開質(zhì)量通量測量儀化合物質(zhì)量為質(zhì)量通量測量儀內(nèi)該物質(zhì)的測量濃度和清潔空氣流量的乘積。質(zhì)量通量測量儀的化合物質(zhì)量為且僅僅為以分子擴(kuò)散形式通過質(zhì)量通量測量儀內(nèi)的被測量表面進(jìn)入到質(zhì)量通量測量儀內(nèi)的化合物總合?；衔镌谫|(zhì)量通量測量儀里的濃度，即在排出質(zhì)量通量測量儀的氣體中的濃度通過標(biāo)準(zhǔn)方法T0-17小體積主動采樣進(jìn)行測量。通過已校準(zhǔn)的質(zhì)量通量測量儀的體積流速(清潔空氣流量)，以及該氣流的化合物測量濃度，可計算出每單位時間和單位面積的化合物質(zhì)量流量。
[0005]傳統(tǒng)動態(tài)質(zhì)量通量測量儀在進(jìn)行質(zhì)量通量的測量時，一般需要以下設(shè)備:
[0006]壓縮實驗室級風(fēng)(無污染的空氣)。當(dāng)多個樣品位置被測量時，在整個采樣周期和平衡期內(nèi)，需要占地空間較大的高壓氣管瓶供給空氣用作’掃氣’(流過空氣)引入到通量室內(nèi)。
[0007]流量控制器和一個校準(zhǔn)的流量計(通常為轉(zhuǎn)子流量計)。作為現(xiàn)場測量過程中一部分的主要采樣設(shè)備，用于從動態(tài)容器中的氣體流中進(jìn)行主動采樣。
[0008]從上面的描述就可以看出來，傳統(tǒng)質(zhì)量通量速率測量方法操作十分不便，且測量設(shè)備體積大、組裝麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，提供一種被動質(zhì)量通量測量方法。
[0010]本發(fā)明的目的還在于，提供一種被動質(zhì)量通量測量儀。
[0011]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0012]被動質(zhì)量通量測量方法，其特征在于，包括一裝有碳基吸收采樣裝置的被動質(zhì)量通量測量儀；
[0013]當(dāng)化合物蒸汽通過碳基吸收采樣裝置的被測量表面，以分子擴(kuò)散的形式進(jìn)入被動質(zhì)量通量測量儀時，化合物將被碳基吸收采樣裝置吸收并采集；
[0014]化合物在被動質(zhì)量通量測量儀內(nèi)的質(zhì)量通量可以通過單位時間內(nèi)碳基吸收采樣裝置收集到的化合物質(zhì)量來進(jìn)行計算。
[0015]本發(fā)明可用來測量從被測量物表面散發(fā)的揮發(fā)性、半揮發(fā)性化合物的質(zhì)量通量，包括天然的地面、建筑物地板、建筑材料和家具等被測物品的表面。
[0016]被動質(zhì)量通量測量方法，還包括在被測量物的上方設(shè)置一有頂部空間的通氣室，被動質(zhì)量通量測量儀位于通氣室內(nèi)。以提高測量的準(zhǔn)確度。
[0017]所述被動質(zhì)量通量測量儀包括一支撐架，所述支撐架上固定有一活性碳吸收管，以活性碳吸收管作為碳基吸收采樣裝置；
[0018]所述被動質(zhì)量通量測量儀還包括一不銹鋼碗狀容器。不銹鋼碗狀容器倒扣在支撐架上。不銹鋼碗狀容器可以直接采用不銹鋼碗。采用不銹鋼碗作為罩體，可以在通氣室就地取材，進(jìn)一步提高了被動測量儀的靈活性。所述不銹鋼碗的碗底設(shè)有一向下的凹陷，所述支撐設(shè)有一朝上的凸起，所述凸起可插入所述凹陷內(nèi)。以利用凸起和凹陷限定不銹鋼碗和支撐架的位置，從而限定不銹鋼碗和活性碳吸收管的位置，避免活性碳吸收管被堵塞。所述凹陷優(yōu)選至少有兩個，所述凸起的個數(shù)與所述凹陷的個數(shù)一致。以進(jìn)一步固定所述不銹鋼碗，減少不銹鋼碗的晃動或轉(zhuǎn)動，提高測量精度。
[0019]不銹鋼碗狀容器優(yōu)選為非多孔表面的容器，所述容器優(yōu)選為剛性材質(zhì)的剛性容器。以避免從被測量物表面散發(fā)的揮發(fā)性、半揮發(fā)性化合物粘在不銹鋼碗狀容器表面，一方面，可進(jìn)一步提高測量精度，另一方面，方便不銹鋼碗狀容器的清洗，可提高不銹鋼碗狀容器的利用率。
[0020]所述支撐架優(yōu)選金屬絲框架。以降低成本，提高通用性。
[0021]所述不銹鋼碗狀容器的高度優(yōu)選大于所述支撐架的高度。以確保罩體內(nèi)從被測量物表面散發(fā)的揮發(fā)性化合物能夠順利進(jìn)入。
[0022]所述活性碳吸收管優(yōu)選與所述罩體的側(cè)壁之間具有間隙。以確?；钚蕴嘉展懿粋湔煮w的側(cè)壁堵塞。
[0023]活性碳吸收管具有較高的吸收率，以保證從測試表面擴(kuò)散到通量箱中的分子質(zhì)量通量被有效吸收，不回落到測試表面。
[0024]活性碳吸收管形狀大小為60_X5.8mm的鋼網(wǎng)圓筒，須含有530mg活性炭。采樣管設(shè)計須保證具有輻射吸收功能和高吸收率?；钚蕴嘉展艿呢?fù)荷容量須符合生產(chǎn)商所列的80mg,即能夠吸收濃度為70，000-80，000 μ g/m3的VOCs長達(dá)14天。
[0025]活性碳吸收管和大碳暴露面積(在管內(nèi)被聚集在一起)的細(xì)網(wǎng)格鋼網(wǎng)設(shè)計保證了碳管的高吸收率。
[0026]通過一個0.05 μ g/管的分析方法檢測極限，52小時的米樣周期和0.35m的通量箱碳足跡直徑，可獲得0.01 μ g/m2/h的通量檢測極限。
[0027]對一個邊緣直徑為350mm的標(biāo)準(zhǔn)被動通量儀而言，上述設(shè)計的采樣管足以滿足通量測量的要求。若采用更大直徑的通量箱，則須同時使用多個采樣管。同時，也可以另行設(shè)計表面面積更大、吸收率更高的采樣管以代替同時使用多個上述標(biāo)準(zhǔn)碳采樣管的做法。
[0028]采樣通量期過后，從被動通量箱上取下碳吸收管，然后將碳吸收管送到分析實驗室做化學(xué)成分分析。用高純度二硫化碳溶劑提取碳采樣管上吸收的有機(jī)污染物。
[0029]用GC-MS分析了被提取的碳?xì)浠衔?，分析結(jié)果以每個采樣管所含的單個化合物質(zhì)量表示。
[0030]以下列公式計算被動箱測試法測得的通量:
[0031]F = M/A X 1/t (eqn I)
[0032]其中，F(xiàn)( μ g/m2/h)表示某一特定的污染成分向箱內(nèi)的擴(kuò)散量，Μ(μ g)表示采樣管內(nèi)吸收的污染成分質(zhì)量，A(m2)表示箱足跡面積，t(h)表示采樣時間。
[0033]通過被動通量箱測得的成分均為可被活性炭采樣管吸收的揮發(fā)性有機(jī)碳分子。主要為包括C5到C13成分的碳?xì)浠衔?。表面質(zhì)量通量測得的常見有機(jī)碳化合物如下:
[0034]苯，甲苯，乙苯，二甲苯，三甲苯，萘
[0035]戊烷，乙烷，庚烷，辛烷，壬烷，癸烷，^^一烷，十二烷
[0036]四氯化碳
[0037]氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲烷
[0038]二氯乙烯，三氯乙烯，四氯乙烯
[0039]有益效果:
[0040]1.操作方便:傳統(tǒng)動態(tài)質(zhì)量通量測量儀的操作復(fù)雜，要求必須由經(jīng)驗豐富的操作人員進(jìn)行現(xiàn)場采樣。使用被動質(zhì)量通量測量儀進(jìn)行質(zhì)量通量測量，僅需對技術(shù)人員進(jìn)行簡單的方法培訓(xùn)就可以進(jìn)行。
[0041]2.便攜性好:被動質(zhì)量通量測量儀的占地面積小、重量輕，使得被動質(zhì)量通量測量系統(tǒng)攜帶方便。與此對比傳統(tǒng)動態(tài)質(zhì)量通量測量系統(tǒng)的配套設(shè)備很笨重。
[0042]3.適用性強(qiáng):被動質(zhì)量通量測量儀允許在有限的空間內(nèi)測量，傳統(tǒng)動態(tài)質(zhì)量通量測量儀需要更多的空間，從而限制了采樣地點。
[0043]4.分析檢測限低:被動質(zhì)量通量測量方法允許待測物質(zhì)的通量達(dá)到非常低的水平，比在正常操作的動態(tài)質(zhì)量通量測量方法下低很多。能夠有效在低化合物質(zhì)量水平下測量質(zhì)量通量大大增加了數(shù)據(jù)的可靠性。
[0044]5.分析成本低:被動質(zhì)量通量測量儀的分析成本比動態(tài)質(zhì)量通量測量儀的分析成本低一半還要多。
【附圖說明】
[0045]圖1為本發(fā)明的測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0046]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0047]被動質(zhì)量通量測量方法，包括一裝有碳基吸收采樣裝置的被動質(zhì)量通量測量儀；當(dāng)化合物蒸汽通過碳基吸收采樣裝置的被測量表面，以分子擴(kuò)散的形式進(jìn)入被動質(zhì)量通量測量儀時，化合物將被碳基吸收采樣裝置吸收并采集；化合物在被動質(zhì)量通量測量儀內(nèi)的質(zhì)量通量可以通過單位時間內(nèi)碳基吸收采樣裝置收集到的化合物質(zhì)量來進(jìn)行計算。本發(fā)明可用來測量從被測量物表面散發(fā)的揮發(fā)性、半揮發(fā)性化合物的質(zhì)量通量，包括天然的地面、建筑物地板、建筑材料和家具等被測物品的表面。
[0048]被動質(zhì)量通量測量方法，還包括在被測量物的上方設(shè)置一有頂部空間的通氣室，被動質(zhì)量通量測量儀位于通氣室內(nèi)。以提高測量的準(zhǔn)確度。
[0049]被動質(zhì)量通量測量儀包括一支撐架，支撐架上固定有一活性碳吸收管，以活性碳吸收管2作為碳基吸收采樣裝置；被動質(zhì)量通量測量儀還包括一設(shè)有一內(nèi)凹部的罩體1，罩體I扣在支撐架3上，活性碳吸收管2位于內(nèi)凹部內(nèi)。使用時，首先，將被動質(zhì)量通量測量儀置于被測量物上，借助活性碳吸收管2，吸收從被測量物表面揮發(fā)出的化學(xué)物質(zhì)；然后，一定時間后，將活性碳吸收管2取下，測定活性碳吸收管2內(nèi)被測量物所揮發(fā)出的化學(xué)物質(zhì)的質(zhì)量；最后，根據(jù)測量的時間和測定的質(zhì)量，計算獲得從被測量物表面揮發(fā)出的化學(xué)物質(zhì)的質(zhì)量通量速率。
[0050]優(yōu)選，至少內(nèi)凹部的內(nèi)側(cè)表面光滑。以改善測量效果。支撐架3優(yōu)選金屬絲框架。以降低成本，提高通用性。作為一種優(yōu)選方案，通氣室包括一呈筒狀的支撐，支撐的上方設(shè)有一可拆卸的密封蓋，首先將被動質(zhì)量通量測量儀置于支撐內(nèi)，然后密封蓋蓋起，形成一封閉的測量空間。通過設(shè)置可拆卸的密封蓋，即方便被動質(zhì)量通量測量儀的固定，又便于密封空間的形成。密封蓋上還可以設(shè)置一觀察窗。以通過觀察窗觀察內(nèi)部的測量情況和被動質(zhì)量通量測量儀的測試情況。也可以直接將罩體扣在被測量物上，使內(nèi)凹部與被測物之間形成一相對密閉的空間。
[0051]罩體I優(yōu)選為非多孔表面的容器，容器優(yōu)選為剛性材質(zhì)的剛性容器。以避免從被測量物表面散發(fā)的揮發(fā)性化合物粘在罩體I表面，一方面，可進(jìn)一步提高測量精度，另一方面，方便罩體I的清洗，可提高罩體I的利用率。
[0052]罩體I進(jìn)一步優(yōu)選為不銹鋼碗狀容器。不銹鋼碗狀容器倒扣在支撐架3上。不銹鋼碗狀容器可以直接采用不銹鋼碗。采用不銹鋼碗作為罩體，可以在通氣室就地取材，進(jìn)一步提高了被動測量儀的靈活性。不銹鋼碗的碗底設(shè)有一向下的凹陷，支撐設(shè)有一朝上的凸起，凸起可插入凹陷內(nèi)。以利用凸起和凹陷限定不銹鋼碗和支撐架3的位置，從而限定不銹鋼碗和活性碳吸收管2的位置，避免活性碳吸收管2被堵塞。凹陷優(yōu)選至少有兩個，凸起的個數(shù)與凹陷的個數(shù)一致。以進(jìn)一步固定不銹鋼碗，減少不銹鋼碗的晃動或轉(zhuǎn)動，提高測量精度。
[0053]罩體I的高度優(yōu)選大于支撐架3的高度。以確保罩體I內(nèi)從被測量物表面散發(fā)的揮發(fā)性化合物能夠順利進(jìn)入?；钚蕴嘉展?優(yōu)選與罩體I的側(cè)壁之間具有間隙。以確?；钚蕴嘉展?不備罩體I的側(cè)壁堵塞。
[0054]為進(jìn)一步簡化安裝步驟，罩體I固定在通氣室內(nèi)，通氣室的側(cè)壁上開有一可開啟的門，支撐架3上設(shè)有一活性碳吸收管固定結(jié)構(gòu)，活性碳吸收管固定結(jié)構(gòu)位于門處。以在打開門后，更換活性碳吸收管。
[0055]活性碳吸收管具有較高的吸收率，以保證從測試表面擴(kuò)散到通量箱中的分子質(zhì)量通量被有效吸收，不回落到測試表面。
[0056]活性碳吸收管形狀大小為60_X5.8mm的鋼網(wǎng)圓筒，須含有530mg活性炭。采樣管設(shè)計須保證具有輻射吸收功能和高吸收率?；钚蕴嘉展艿呢?fù)荷容量80mg，即能夠吸收濃度為 70, 000-80，000 μ g/m3 的 VOCs 長達(dá) 14 天。
[0057]活性碳吸收管和大碳暴露面積(在管內(nèi)被聚集在一起)的細(xì)網(wǎng)格鋼網(wǎng)設(shè)計保證了碳管的高吸收率。
[0058]通過一個0.05 μ g/管的分析方法檢測極限，52小時的米樣周期和0.35m的通量箱碳足跡直徑，可獲得0.0l μ g/m2/h的通量檢測極限。
[0059]對一個邊緣直徑為350mm的標(biāo)準(zhǔn)被動通量儀而言，上述設(shè)計的采樣管足以滿足通量測量的要求。若采用更大直徑的通量箱，則須同時使用多個采樣管。同時，也可以另行設(shè)計表面面積更大、吸收率更高的采樣管以代替同時使用多個上述標(biāo)準(zhǔn)碳采樣管的做法。
[0060]采樣通量期過后，從被動通量箱上取下碳吸收管，然后將碳吸收管送到分析實驗室做化學(xué)成分分析。用高純度二硫化碳溶劑提取碳采樣管上吸收的有機(jī)污染物。
[0061]用GC-MS分析了被提取的碳?xì)浠衔?，分析結(jié)果以每個采樣管所含的單個化合物質(zhì)量表示。
[0062]以下列公式計算被動箱測試法測得的通量:
[0063]F = M/A X 1/t (eqn I)
[0064]其中，F(xiàn)( μ g/m2/h)表示某一特定的污染成分向箱內(nèi)的擴(kuò)散量，Μ( μ g)表示采樣管內(nèi)吸收的污染成分質(zhì)量，A(m2)表示箱足跡面積，t(h)表示采樣時間。
[0065]支撐架的下方還可以設(shè)有一壓力傳感器，壓力傳感器連接一信號處理系統(tǒng)，信號處理系統(tǒng)為一內(nèi)設(shè)有計時模塊的信號處理系統(tǒng)。這樣活性碳吸收管固定后，壓力傳感器受到活性碳吸收管的壓力，啟動計時模塊，通過信號處理系統(tǒng)對測量時間進(jìn)行計時。
[0066]本專利的有益效果:
[0067]1.操作方便:傳統(tǒng)動態(tài)通量測量儀的操作復(fù)雜性要求必須一個有經(jīng)驗的操作人員進(jìn)行現(xiàn)場采樣。即使不是質(zhì)量通量測量領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)專家，也可以方便使用被動質(zhì)量通量測量儀進(jìn)行質(zhì)量通量速率測量。
[0068]2.便攜性好:被動質(zhì)量通量測量儀的占地面積小，重量輕使得被動通量測量系統(tǒng)攜帶輕便。與此對比傳統(tǒng)動態(tài)通量測量系統(tǒng)的配套設(shè)備很笨重。被動質(zhì)量通量測量儀允許在有限的空間內(nèi)測量。傳統(tǒng)動態(tài)通量測量儀需要更多的空間，從而限制了采樣地點。
[0069]3.低分析檢測限:被動通量箱的通量率可檢測到非常低的水平(遠(yuǎn)低于動態(tài)通量箱正常操作下的測量水平值)。低水平測量值對通量的測量使得測量數(shù)據(jù)更具價值。
[0070]4.較低的分析成本:被動質(zhì)量通量測量儀分析方法簡單有效，因此分析成本是動態(tài)通量測量儀的分析成本的一半還要少。
[0071]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.被動質(zhì)量通量測量方法，包括一裝有碳基吸收采樣裝置的被動質(zhì)量通量測量儀；當(dāng)化合物蒸汽通過碳基吸收采樣裝置的被測量表面，以分子擴(kuò)散的形式進(jìn)入被動質(zhì)量通量測量儀時，化合物將被碳基吸收采樣裝置吸收并采集；化合物在被動質(zhì)量通量測量儀內(nèi)的質(zhì)量通量可以通過單位時間內(nèi)碳基吸收采樣裝置收集到的化合物質(zhì)量來進(jìn)行計算。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動質(zhì)量通量測量方法，其特征在于，還包括在被測量物的上方設(shè)置一有頂部空間的通氣室，被動質(zhì)量通量測量儀位于通氣室內(nèi)。3.被動質(zhì)量通量測量儀，其特征在于，包括一支撐架，所述支撐架上固定有一活性碳吸收管，以活性碳吸收管作為碳基吸收采樣裝置； 所述被動質(zhì)量通量測量儀還包括一設(shè)有一內(nèi)凹部的罩體，所述罩體扣在支撐架上，所述活性碳吸收管位于所述內(nèi)凹部內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的被動質(zhì)量通量測量儀，其特征在于，至少所述內(nèi)凹部的內(nèi)側(cè)表面光滑。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的被動質(zhì)量通量測量儀，其特征在于，所述支撐架為金屬絲框架。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的被動質(zhì)量通量測量儀，其特征在于，所述罩體為非多孔表面的容器，所述容器為剛性材質(zhì)的剛性容器。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的被動質(zhì)量通量測量儀，其特征在于，所述罩體為不銹鋼碗狀容器，不銹鋼碗狀容器倒扣在支撐架上。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的被動質(zhì)量通量測量儀，其特征在于，所述罩體的高度大于所述支撐架的高度。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的被動質(zhì)量通量測量儀，其特征在于，所述活性碳吸收管與所述罩體的側(cè)壁之間具有間隙。10.根據(jù)權(quán)利要求3-9中任意一項所述的被動質(zhì)量通量測量儀，其特征在于，所述活性碳吸收管形狀大小為60_X5.8mm的鋼網(wǎng)圓筒，須含有530mg活性炭，活性碳吸收管的負(fù)荷容量80mg，即能夠吸收濃度為70，000-80, 000 μ g/m3的VOCs長達(dá)14天。
【文檔編號】G01N13/00GK105928834SQ201510581908
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年9月14日
【發(fā)明人】艾德里安·赫吉
【申請人】（新福佳）澳大利亞環(huán)境科技有限公司