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专利名称：一种化学放大收集/采集大气中氨的装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种气体采集装置及其使用方法，特别是关于一种放置在氨检测分析仪器进样口前端，利用化学放大法收集/采集大气中氨的装置及其使用方法。
背景技术：
氨是大气中唯一的碱性气体，其影响酸沉降和全球氮循环，参与形成城市大气二次污染物硫酸铵和硝酸铵，是大气细粒子的重要组成部分，因此备受关注。大气中氨的含量较低，我国大气监测氨的标准方法为纳氏试剂法和离子选择电极法，这两种方法的缺点是操作繁琐、难以实现在线自动观测。目前也常用阳离子色谱检测大气中氨的含量，但阳离子色谱价格昂贵，淋洗、再生液耗水量大，标定时间长。现有的在线检测方法(如电导法、氮氧化物转化法)往往因仪器检测限高、存在其他的干扰物种，而大气中氨的实际含量低，因此，难以得到可靠数据，甚至无法检出。

发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种设置在氨检测分析仪器进样口前端，利用化学放大法，提高进入氨检测分析仪器内气体中氨的含量，提高数据可靠性的大气中氨的收集/采集装置及其使用方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种化学放大收集/采集大气中氨的装置，其特征在于它包括颗粒物分离膜，所述颗粒物分离膜的输入端连接大流量空气， 输出端连接捕集分离器的气体输入端，所述捕集分离器的液体输入端通过第一蠕动泵连接盛有吸收液的瓶内；所述捕集分离器的气体输出端通过流量控制器连接空气泵，所述捕集分离器的液体输出端通过第二蠕动泵连接第一个三通的一端，所述第一个三通的另外两端分别连接小流量零空气和第二个三通的第一端，所述第二个三通的第二端通过第三蠕动泵连接盛有NaOH溶液的瓶内，所述第二个三通的第三端连接反应瓶内；所述反应瓶底部设置有废液排出管，顶部设置有气体排出管，所述气体排出管的输出端连接氨检测分析仪器。所述捕集分离器包括螺旋捕集管和撞击分离腔；所述螺旋捕集管的输入端包括样气入口和吸收液入口，所述样气入口连接所述颗粒物分离膜的输出端，所述吸收液入口连接所述第一蠕动泵的输出端，所述螺旋捕集管的输出端插设在所述撞击分离腔内，且在该端设置有喷嘴；所述撞击分离腔的顶部设置有连接所述流量控制器输入端的空气出口，所述撞击分离腔的底部设置有连接所述第二蠕动泵输入端的吸收液出口。所述第二个三通的第三端通过一气液入管从所述反应瓶的顶端中部插入所述反应瓶内，所述气液入管的末端位于所述反应瓶的内下部，且在该端设置有筛板。所述反应瓶外周包裹有加热套，所述气体排出管周向包裹有保温套管。所述捕集分离器和反应瓶采用玻璃制成。上述化学放大收集/采集大气中氨的装置的使用方法，其包括以下步骤1)将气相氨转化为液相铵通过空气泵抽取的大流量空气，经过颗粒物分离膜去除颗粒物后，通入捕集分离器中，捕集分离器通过第一蠕动泵抽取吸收液，吸收液在螺旋捕集管中吸收氨后， 与大流量空气从喷嘴喷出，与撞击分离腔的壁面撞击后分离，流至腔底，并通过第二蠕动泵输送至第一个三通，大流量空气依次经过流量控制器和空气泵排出；幻将液相铵转化为气相氨已吸收大流量空气中氨的吸收液在第一个三通处与小流量零空气汇合，并不断被小流量零空气带入反应瓶中首先以小流量零空气为动力对反应瓶内的废液进行排空，然后以第三蠕动泵及小流量零空气为动力将NaOH溶液注入反应瓶，最后小流量零空气通过气液入管进入反应瓶对溶液进行鼓泡，并被筛板打散为小气泡，溶液中的氨被小流量零空气从气体排出管排出，送至氨检测分析仪器。所述大流量空气与所述小流量零空气的流量比值大于10。所述反应瓶内溶液的PH彡12. 3。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明先将大流量空气中的氨用水吸收后加入强碱，反应产生氨，通过鼓入反应瓶的小流量零空气将氨与溶液分离并带入检测器，由于大流量空气为小流量零空气的10倍以上，因此，送入检测器气体的氨浓度可为样气浓度的10倍以上，使氨检测限大大降低。2、本发明由于先将大流量空气通入吸收液，大流量空气中的氨溶于吸收液中，而氮氧化物等水溶性小的物种可以随空气排除，因此，能够排除氮氧化物等物种的干扰，提高检测结果的可靠性。3、本发明捕集分离器前端为螺旋管，以大流量空气作为捕集管内吸收液的流动动力，机构简单、捕集效率高。4、本发明捕集分离器后端为撞击分离腔，大流量空气中的吸收液与腔壁撞击后流至腔底，并与空气分离，其分离效率高，吸收液损失少。5、本发明采用第一台蠕动泵作为捕集分离器输入端的吸收液动力，第二台蠕动泵作为捕集分离器输出端的吸收液动力，第三台蠕动泵作为NaOH 溶液动力。6、本发明反应瓶置于加热套中，且利用筛板将小流量零空气打散为小气泡，可提高氨与溶液的分离效率。7、本发明装置主要部件均为常见材料，且结构简单，组装、维修容易，总体费用低。本发明方法及装置的开发基于大气环境，可大幅度提高进入氨检测器气体中氨浓度，并且也同样适用于水环境，因此，可广泛用于氨的收集/采集过程中。


图1是本发明工作原理示意2是本发明捕集分离器结构示意3是本发明反应瓶结构示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明装置可以分为两大部分，分别是气相氨转化为液相铵部分1和液相铵转化为气相氨部分2。将气相氨转化为液相铵部分1包括颗粒物分离膜3，颗粒物分离膜3的输入端连接大流量空气，输出端连接捕集分离器4的气体输入端，捕集分离器4的液体输入端连接第一蠕动泵5的输出端，第一蠕动泵5的输入端连接盛有吸收液6 (吸收液6可以是水)的瓶内。捕集分离器4的气体输出端连接流量控制器7的输入端，流量控制器7的输出端连接空气泵8。捕集分离器4的液体输出端连接第二蠕动泵9的输入端。
液相铵转化为气相氨部分2包括连接第二蠕动泵9输出端的第一个三通10，第一个三通10的另外两端分别连接小流量零空气和第二个三通11的第一端，第二个三通11的第二端连接第三蠕动泵12的输出端，第三蠕动泵12的输入端连接盛有NaOH溶液13的瓶内，第二个三通11的第三端连接反应瓶14内。反应瓶14外周包裹有加热套15，反应瓶14 底部设置有废液排出管16，顶部设置有气体排出管17，气体排出管17周向包裹有保温套管，气体排出管17的输出端连接氨检测分析仪器(图中未示出)。上述实施例中，空气流量为零空气流量的10倍以上，因此，空气流量是大流量，零空气流量是小流量。如图2所示，捕集分离器4的材质为玻璃，其包括螺旋捕集管18和撞击分离腔19。 螺旋捕集管18的输入端包括样气入口 20和吸收液入口 21，样气入口 20连接颗粒物分离膜3的输出端，吸收液入口 21连接第一蠕动泵5的输出端。螺旋捕集管18的输出端插设在撞击分离腔19内，且在该端设置有喷嘴22。撞击分离腔19的顶部设置有空气出口 23， 空气出口 23连接流量控制器7的输入端，撞击分离腔19的底部设置有吸收液出口 24，吸收液出口 M连接第二蠕动泵9的输入端。如图3所示，反应瓶14的材料为玻璃，其包括一腔体25，从腔体25顶端中部插入一气液入管沈，气液入管沈输入端连接第二个三通11的第三端，气液入管沈的输出端接近腔体25的底部，气液入管沈的输出端设置有筛板27 ；腔体25底部设置有废液排出管16， 腔体25的顶部侧面设置有气体排出管17。本发明利用氨在水中溶解度大，大气中氨可以完全被水吸收，大部分转化为铵根， 加入强碱后，当溶液PH > 12. 3时，溶液中氨与铵根比例大于1000的原理(溶液温度摄氏 25度)，先将大气中氨用水吸收后加入强碱，强碱与铵根反应产生氨，然后将小流量零空气通入溶液中，用鼓泡的方式将氨从溶液中分离，并将氨气带入氨检测分析仪器，实现对进入氨检测分析仪器气体中氨浓度的放大。本发明装置的使用方法是首先是气相氨转化为液相铵部分1，用空气泵8抽取大流量空气，经过颗粒物分离膜3去除颗粒物后从样气入口 20通入捕集分离器4中，捕集分离器4的吸收液入口 21以第一蠕动泵5为动力注入吸收液6，吸收液6在螺旋捕集管18中吸收氨后，大流量空气与吸收液6从喷嘴22喷出，与撞击分离腔19的壁面撞击后分离，吸收液6流至腔底，并从吸收液出口 M由第二蠕动泵9输送至第一个三通10，空气从空气出口 23经流量控制器7、空气泵8排出；然后是液相铵转化为气相氨部分2，已吸收大流量空气中氨的吸收液6在第一个三通10处与小流量零空气汇合，并不断被小流量零空气带入反应瓶14中。可以将一个连续测定周期定为15min，前0. 5min以小流量零空气为动力对反应瓶14内的废液进行排空， 瓶内废液经废液排出管16排出，随后Imin以第三蠕动泵12及小流量零空气为动力将NaOH 溶液13经第二个三通11注入反应瓶14，最后13. 5min，小流量零空气从气液入管沈进入反应瓶14对溶液进行鼓泡，并被筛板27打散为小气泡，溶液中的氨被小流量零空气从气体排出管17排出，送至氨检测分析仪器。上述实施例中，大流量空气与小流量零空气的流量比值大于10，所以通入氨检测分析仪器气体中的氨至少浓缩10倍，且无杂质。
上述实施例中，吸收液6可以是水。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种化学放大收集/采集大气中氨的装置，其特征在于它包括颗粒物分离膜，所述颗粒物分离膜的输入端连接大流量空气，输出端连接捕集分离器的气体输入端，所述捕集分离器的液体输入端通过第一蠕动泵连接盛有吸收液的瓶内；所述捕集分离器的气体输出端通过流量控制器连接空气泵，所述捕集分离器的液体输出端通过第二蠕动泵连接第一个三通的一端，所述第一个三通的另外两端分别连接小流量零空气和第二个三通的第一端， 所述第二个三通的第二端通过第三蠕动泵连接盛有NaOH溶液的瓶内，所述第二个三通的第三端连接反应瓶内；所述反应瓶底部设置有废液排出管，顶部设置有气体排出管，所述气体排出管的输出端连接氨检测分析仪器。
2.如权利要求1所述的一种化学放大收集/采集大气中氨的装置，其特征在于所述捕集分离器包括螺旋捕集管和撞击分离腔；所述螺旋捕集管的输入端包括样气入口和吸收液入口，所述样气入口连接所述颗粒物分离膜的输出端，所述吸收液入口连接所述第一蠕动泵的输出端，所述螺旋捕集管的输出端插设在所述撞击分离腔内，且在该端设置有喷嘴； 所述撞击分离腔的顶部设置有连接所述流量控制器输入端的空气出口，所述撞击分离腔的底部设置有连接所述第二蠕动泵输入端的吸收液出口。
3.如权利要求1所述的一种化学放大收集/采集大气中氨的装置，其特征在于所述第二个三通的第三端通过一气液入管从所述反应瓶的顶端中部插入所述反应瓶内，所述气液入管的末端位于所述反应瓶的内下部，且在该端设置有筛板。
4.如权利要求2所述的一种化学放大收集/采集大气中氨的装置，其特征在于所述第二个三通的第三端通过一气液入管从所述反应瓶的顶端中部插入所述反应瓶内，所述气液入管的末端位于所述反应瓶的内下部，且在该端设置有筛板。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种化学放大收集/采集大气中氨的装置，其特征在于所述反应瓶外周包裹有加热套，所述气体排出管周向包裹有保温套管。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种化学放大收集/采集大气中氨的装置，其特征在于所述捕集分离器和反应瓶采用玻璃制成。
7.如权利要求5所述的一种化学放大收集/采集大气中氨的装置，其特征在于所述捕集分离器和反应瓶采用玻璃制成。
8.—种如权利要求1 7任一项所述化学放大收集/采集大气中氨的装置的使用方法，其包括以下步骤1)将气相氨转化为液相铵通过空气泵抽取的大流量空气，经过颗粒物分离膜去除颗粒物后，通入捕集分离器中，捕集分离器通过第一蠕动泵抽取吸收液，吸收液在螺旋捕集管中吸收氨后，与大流量空气从喷嘴喷出，与撞击分离腔的壁面撞击后分离，流至腔底，并通过第二蠕动泵输送至第一个三通，大流量空气依次经过流量控制器和空气泵排出；2)将液相铵转化为气相氨已吸收大流量空气中氨的吸收液在第一个三通处与小流量零空气汇合，并不断被小流量零空气带入反应瓶中首先以小流量零空气为动力对反应瓶内的废液进行排空，然后以第三蠕动泵及小流量零空气为动力将NaOH溶液注入反应瓶， 最后小流量零空气通过气液入管进入反应瓶对溶液进行鼓泡，并被筛板打散为小气泡，溶液中的氨被小流量零空气从气体排出管排出，送至氨检测分析仪器。
9.如权利要求8所述的一种化学放大收集/采集大气中氨的装置的使用方法，其特征在于所述大流量空气与所述小流量零空气的流量比值大于10。
10.如权利要求8或9所述的一种化学放大收集/采集大气中氨的装置的使用方法，其特征在于所述反应瓶内溶液的PH ^ 12. 3。
全文摘要
本发明涉及一种化学放大收集/采集大气中氨的装置及其使用方法，其特征在于它包括颗粒物分离膜，颗粒物分离膜的输入端连接大流量空气，输出端连接捕集分离器的气体输入端，捕集分离器的液体输入端通过第一蠕动泵连接盛有吸收液的瓶内；捕集分离器的气体输出端通过流量控制器连接空气泵，捕集分离器的液体输出端通过第二蠕动泵连接第一个三通的一端，第一个三通的另外两端分别连接小流量零空气和第二个三通的第一端，第二个三通的第二端通过第三蠕动泵连接盛有NaOH溶液的瓶内，第二个三通的第三端连接反应瓶内；反应瓶底部设置有废液排出管，顶部设置有气体排出管，气体排出管的输出端连接氨检测分析仪器。本发明可提高进入氨检测器气体中氨浓度，提高检测结果可靠性。
文档编号G01N1/28GK102297790SQ201110125200
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者曾立民, 王莉华 申请人:北京大学