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专利号: 2018114708786
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.大气颗粒物碳同位素在线激光探测分析仪,其特征是:包括依次连接的大气在线收集装置(1)、大流量质量流量控制器(2)、大流量电磁控制阀(3)、分离腔(4)、MnO2催化室(7)、小流量质量流量控制器(8)、冷凝部(10)、干燥室(11)、真空泵(22)以及衰荡腔(12),所述的大气在线收集装置(1)用于收集大气样品,所述的大流量质量流量控制器(2)用于记录流经的大气流量,所述的大流量电磁控制阀(3)用于开断大流量质量流量控制器(2)与分离腔(4)之间的通路,所述的分离腔(4)内安装有石英纤维膜(5),石英纤维膜(5)用于过滤进入分离腔(4)的大气,吸附大气中的碳质气溶胶,所述的分离腔(4)的进口侧分别连接有载气瓶(19)和O2气瓶(20),所述的分离腔(4)的出口侧开设有排气口,分离腔(4)内的气体可从分离腔(4)的出口或排气口排出,所述的分离腔(4)上设有加热器(6),所述的加热器(6)能对石英纤维膜(5)加热,所述的分离腔(4)的出口与MnO2催化室(7)连通,小流量质量流量控制器(8)用于记录流经的气体流量,冷凝部(10)用于对气体降温,干燥室(11)用于对气体干燥,真空泵(22)能将干燥室(11)的气体抽入衰荡腔(12),衰荡腔(12)为真空腔,衰荡腔(12)下方装有分子泵(13),分子泵(13)用于抽出衰荡腔(12)内气体,衰荡腔(12)腔内两侧设有两块高反射率的反射镜,衰荡腔(12)上开设进光口和出光口,衰荡腔(12)外设置有激光系统(15)和聚焦光路(14),所述的激光系统(15)射出的激光经聚焦光路(14)聚焦后,射入进光口,激光经反射镜若干次反射后,从出光口射出,所述的衰荡腔(12)外设置有光谱仪(16),所述的光谱仪(16)能接收从出光口射出的激光,并对激光进行光谱分析。

2.根据权利要求1所述的大气颗粒物碳同位素在线激光探测分析仪,其特征是:激光探测分析仪还包括控制中心(9),所述的控制中心(9)分别与大气在线收集装置(1)、大流量电磁控制阀(3)、分离腔(4)出口以及排气口上安装的开关阀、大流量质量流量控制器(2)、加热器(6)、小流量质量流量控制器(8)、分子泵(13)、真空泵(22)、载气瓶(19)和O2气瓶(20)连接,并控制大气在线收集装置(1)收集大气样本,接收大流量质量流量控制器(2)以及小流量质量流量控制器(8)信息,开断大流量电磁控制阀(3)、分离腔(4)出口以及排气口上安装的开关阀、分子泵(13)、真空泵(22)、载气瓶(19)和O2气瓶(20),控制加热器(6)加热。

3.根据权利要求2所述的大气颗粒物碳同位素在线激光探测分析仪,其特征是:所述的光谱仪(16)连接有分析芯片(17),所述的分析芯片(17)还与大流量质量流量控制器(2)以及小流量质量流量控制器(8)连接或与控制中心(9)连接,分析芯片(17)接收光谱仪(16)、大流量质量流量控制器(2)以及小流量质量流量控制器(8)的信息,分析芯片(17)还连接显示器(18),所述的分析芯片(17)能将信息在显示器(18)上显示。

4.根据权利要求3所述的大气颗粒物碳同位素在线激光探测分析仪,其特征是:所述的控制中心(9)为电脑或单片机,所述的分析芯片(17)为单片机。

5.根据权利要求4所述的大气颗粒物碳同位素在线激光探测分析仪,其特征是:所述的

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衰荡腔(12)连接有集成参考气体装置(21),所述的集成参考气体装置(21)内有预知 C含量的CO2气体。

6.根据权利要求5所述的大气颗粒物碳同位素在线激光探测分析仪,其特征是:所述的冷凝部(10)为蛇形冷凝管。

7.根据权利要求6所述的大气颗粒物碳同位素在线激光探测分析仪,其特征是:所述的反射镜的反射率为99%以上的凹面镜。

8.根据权利要求7所述的大气颗粒物碳同位素在线激光探测分析仪,其特征是:所述的载气瓶(19)内的载气为He气。

9.如权利要求5所述的大气颗粒物碳同位素在线激光探测分析仪的使用方法,其特征是:包括以下步骤:

步骤a、关闭分离腔(4)的进口和出口,打开排气口,以载气瓶(19)中的载气冲洗分离腔(4),使分离腔(4)内充满载气,关闭排气口;MnO2催化室(7)、冷凝部(10)、干燥室(11)以及衰荡腔(12)均为真空状态;

步骤b、大气在线收集装置(1)收集大气样本,打开排气口和大流量电磁控制阀(3),将收集的大气样本通过大流量质量流量控制器(2)和大流量电磁控制阀(3)进入分离腔(4),大流量质量流量控制器(2)记录进入的大气流量,发送至控制中心(9),充入预定量的大气样本后,再以载气冲洗分离腔(4),使分离腔(4)内的大气样本均经过石英纤维膜(5),大气样本中的碳质气溶胶被吸附在石英纤维膜(5)上,余气从排气口排出;

步骤c、关闭排气口,向分离腔(4)充入定量的载气,然后控制加热器(6)逐渐加热,直至吸附在石英纤维膜(5)上的碳质气溶胶中有机碳完全溢出,打开分离腔(4)出口,混有有机碳的载气经小流量质量流量控制器(8)进入MnO2催化室(7)与MnO2发生反应生成CO2,小流量质量流量控制器(8)记录进入的载气流量,气体进入冷凝部(10)进行冷却,再进入干燥室(11)干燥,被真空泵(22)吸入衰荡腔(12)中;激光系统(15)射出激光,经聚焦光路(14)聚焦后,射入衰荡腔(12)的进光口,激光在衰荡腔(12)内经过多次反射,部分被衰荡腔(12)内CO2气体吸收,不同的碳同位素CO2气体将吸收不同的波长的激光,其余激光在两个反射镜若干次反射后,从出光口射出,由光谱仪(16)收集,分析芯片(17)实时处理分辨出衰荡腔(12)中C同位素的含量,从而推导出大气样本有机碳中C同位素的含量;并将结果显示在显示器(18)上;

步骤d、以分子泵(13)抽空各管路内空气,关闭分离腔(4)的出口,向分离腔(4)充入定量的载气和O2的混合气,然后控制加热器(6)加热,使得吸附在石英纤维膜(5)上的元素碳和O2反应氧化生成CO2溢出,待反应完全,打开分离腔(4)的出口,混有CO2的混合气经小流量质量流量控制器(8)进入MnO2催化室(7),小流量质量流量控制器(8)记录进入的载气流量,气体进入冷凝部(10)进行冷却,再进入干燥室(11)干燥,被真空泵(22)吸入衰荡腔(12)中;

激光系统(15)射出激光,经聚焦光路(14)聚焦后,射入衰荡腔(12)的进光口,激光在衰荡腔(12)内经过多次反射,部分被衰荡腔(12)内CO2气体吸收,不同的碳同位素CO2气体将吸收不同的波长的激光,其余激光在两个反射镜若干次反射后,从出光口射出,由光谱仪(16)收集,分析芯片(17)实时处理分辨出衰荡腔(12)中C同位素的含量,从而推导出大气样本元素碳中C同位素的含量;并将结果显示在显示器(18)上。

10.根据权利要求9所述的大气颗粒物碳同位素在线激光探测分析仪的使用方法,其特征是:步骤d后,具有步骤e:以分子泵(13)抽空各管路内空气,保持衰荡腔(12)密封,以集成参考气体装置(21)向衰荡腔(12)内充入定量的预知13C含量的CO2气体,作为参考气体,激光系统(15)射出激光,经聚焦光路(14)聚焦后,射入衰荡腔(12)的进光口,激光在衰荡腔(12)内经过多次反射,部分被衰荡腔(12)内预知13C含量的CO2气体吸收,其余激光在两个反射镜若干次反射后,从出光口射出,由光谱仪(16)收集,分析芯片(17)实时处理分辨出衰荡腔(12)中13C的含量,并将此含量与预知13C含量作对比,确定矫正比,将此矫正比带入到步骤c和步骤d测出的C同位素的含量中,得到矫正后C同位素的含量值,并将结果显示在显示器(18)上。