专利名称：测定空气中活性奇氮氧化物的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测定空气中活性奇氮氧化物(NOz)浓度的方法。本发明还涉及一种用于实现上述方法的装置。
背景技术：
平流层的“臭氧空洞”、酸雨问题、大气气溶胶和城市光化学烟雾现象等大气化学研究重点，都和活性奇氮氧化物有直接或间接的关系。空气中的总活性氮氧化物(NOy) —般划分为氮氧化物(NOx)，是指一般环保概念的氮氧化物，包括NO与NO2 ； 活性奇氮氧化物(NOz)，是指除一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)之外的氮氧化物，包括N03、N205、HN03、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、其他有机硝酸盐和硝酸盐气溶胶等。需要说明的是,N2O和NH3不属于活性奇氮物种之列，因此在之后的说明书中，本发明测定的活性奇氮氧化物(NOz)是不包括N2O和NH3。其中，NOz由NO与NO2通过均相与非均相化学反应过程转化而来，作为光化学烟雾和灰霾的主要成分，可为气态或气溶胶，它是氮氧化物自由基的临时储库，它最终可通过干湿沉降成为氮氧化物自由基在大气中的汇，也可通过远程输送，后经其他自由基再生为活性氮氧化物自由基而成为光化污染的源。而目前国内外都没有针对NOz的在线观测设备，应用最为广泛的氮氧化物分析仪(NO、NO2)存在严重干扰问题，因为这种仪器基于先将NO2催化转化成NO，再通过NO与O3反应发光，通过测量光强，计算NO的浓度，切换转化和不转化气路，进而反推和差减出NO和NO2的浓度。在测量NO时能非常准确，但在钥转化器中转化空气中NO2时，会因为钥转化器的低选择性，将其它非NO2的氮氧化物(NOz中的一部分)一同转化，造成NO2浓度高估，但由于这种一般的氮氧化物分析仪的转化器温度设置较低，气路传输线和采样过滤器未经过优化，导致其转化NOz的数量与种类均是非线性的，即公知的氮氧化物分析仪(NO、NO2)存在严重干扰问题，测到的既不是NOx也不是NOy (如果能精确地同时测量NOx和NOy，则可以计算出NOz)，而且后期无法校正，产生很大误差，尤其是在大气氧化性强，光化学产物浓度高的城市，这种影响产生的误差可达到10% -60%。因此迫切需要一种可准确测量空气中NOz浓度的方法和设备，从而定量分析其对光化学污染、灰霾形成的贡献。研究NOz对空气质量模式改进，制定大气污染调控政策等提供数据与理论支持，具有研究价值和科学意义，是目前迫切需求的基础科学研究。

发明内容
本发明的目的在于提供一种测定空气中活性奇氮氧化物(NOz)的方法。本发明的又一目的提供一种用于实现上述方法的装置。为实现上述目的，本发明提供的测定空气中活性奇氮氧化物(NOz)的方法，具体步骤是将待测气体分别输入钥转化器和紫外光转化单元，钥转化器(在320°C -400°c之间工作)将待测气体所有的活性氮氧化合物(NOy)均转化为一氧化氮(NO)，然后测定总活性氮氧化物(NOy)浓度；紫外光转化单元中的待测气体在紫外光照射下将二氧化氮(NO2)转化为一氧化氮(NO)，然后测定氮氧化物(NOx)浓度，并由总活性氮氧化物(NOy)浓度减去氮氧化物(NOx)浓度，得到活性奇氮氧化物(NOz)的浓度。所述的方法，其中，待测气体是被采样泵抽吸进入钥转化器和紫外光转化单元。本发明提供的用于实现上述方法的装置，主要包括有紫外光转化器单元、钥转化器和一氧化氮检测器单元；其中紫外光转化器单元由石英反应室和紫外线光源构成，紫外线光源可透过石英玻璃反应室并照射石英反应室内的待测气体；紫外光转化器单元和钥转化器的进样口均通过一三通阀连接至一进气口，紫外光 转化器单元和钥转化器的出样口均连接至一氧化氮检测器单元。所述的装置，其中，紫外光转化器单元的进样口安装有粒子过滤膜。所述的装置，其中，紫外光源单元装备有金属卤素灯，产生UV-B波段的紫外光。所述的装置，其中，三通阀为电磁三通阀。本发明通过检测空气中活性奇氮化合物(NOy)和氮氧化物(NOx)，从而精确定量地计算出活性氮氧化物转化物(NOz)，适用于气象、环保、科研部门进行空气质量，大气化学，大气污染等学科对于NOz的监测和研究需求。检测的数据对于光化学污染、灰霾形成机理，空气质量模式等科研业务工作必不可少，可为制定大气污染调控政策等提供数据与理论支持，具有研究价值和科学意义。


图I为本发明的装置原理图。附图中主要组件符号说明钥转化器I、紫外线光源3、石英反应室31、N0检测器4，电磁三通阀5，粒子过滤膜6。
具体实施例方式为了解决对空气中NOz在线检测方法和设备的需求，本发明开发了一种基于钥转化器、紫外光转化单元和NO检测器的NOz分析仪，可以精确测量空气中的NOx、NOz和NOy的浓度。本发明的测定装置主要由钥转化器、紫外光转化器单元和NO检测器构成，其中钥转化器和NO检测器为公知的检测仪。本发明的检测原理是采样泵抽入的空气样品可以分别通过两条气路，一条是经过钥转化器将全部活性氮氧化物(即NOy，包括氮氧化物(NOx)和NOz (NOx的转化物))转化为一氧化氮(NO)，然后进入一氧化氮(NO)检测器获得NOy浓度值，另一条气路是经过由紫外光源照射的石英玻璃反应转化器，高选择的将空气中二氧化氮(NO2)转化为NO，再进入NO检测器得到NOx的浓度，由NOy的浓度值减去NOx的浓度值，就得到NOz的浓度值。程序控制电磁阀定时将气路在两条路径中转换，从而达到在线测量Nox、NOz和NOy的目的。本发明使用两个转化器和一个NO检测器，实现了 NOx、NOz, NOy的精确在线测量，适用于气象、环保部门业务化观测和科研单位研究大气中这些物种的需求。下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明本发明提供的在线测定空气中NOz的测定装置，如图I所示，包括钥转化器I、紫外光转化单元2 (该紫外光转化单元2包括有紫外线光源3和石英玻璃反应室31)、N0检测器4和电磁三通阀5以及电磁三通阀5的气路电路控制等装置。钥转化器I的进气口和石英玻璃反应室31的进气口均连接到一个电磁三通阀5的两个口上，其中石英玻璃反应室31的进气口与三通阀5之间安装有一粒子过滤膜6 ;紫外线光源3发出的紫外光进入石英玻璃反应室31。实施例气体样品的分析步骤如下进行检测时，NO检测器内部的采样泵工作，将空气样品抽入检测装置，首先来到电磁三通阀的A 口，该三通阀有两种状态,一种是A-B相通,一种是A-C相通,在第一种状态，即A-B相通时，空气样品通过粒子过滤器，进入石英玻璃反应室，反应室上方有金属卤化物灯发射紫外光，将石英玻璃反应室的空气样品中NO2分解为NO，空气样品中的本身的NO与·其他氮氧化物并不发生改变，样品继续随气路进入NO检测器，NO检测器测量出所有的NO，其中包括空气中本身含有的NO和被紫外光分解的NO2，此时得到一个NCHNO2 = NOx的值；在第二种状态，即电磁阀为A-C相通，此时空气样品不经过粒子过滤器而直接进入到钥转化器，空气中的气态和粒子态的NOy物种在转化器中全部被转化为NO，然后进入到NO检测器中，这部分NO包括空气中原有的NO和所有的NOy，得到一个NOy的值，通过设定电磁阀循环控制，使它每2-5分钟转换一次状态，得到两个值，NOy与NOx，一般近似认为，在10分钟内，空气中的成分没有太大变化，因此可以使用NOy的值减去NOx的值，得到NOz的值。通过持续的循环检测，即可得到在线的NOz监测数据。NO检测器使用化学发光法NO检测器，其检测原理为自身的O3发生器发出高浓度O3，在反应室内与样品中的NO发生化学反应，NCHO3 = N02+hv, hv为反应过程中发出光能，这个光的强度与反应物浓度符合朗伯比尔定律，通过检测光强，可计算出NO的浓度。以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种测定空气中活性奇氮氧化物的方法，具体步骤是 将待测气体分别输入钥转化器和紫外光转化单元，钥转化器将待测气体中所有的总活性氮氧化合物均转化为一氧化氮，然后测定总活性氮氧化物浓度； 紫外光转化单元中的待测气体在紫外光照射下将二氧化氮转化为一氧化氮，然后测定氮氧化物浓度，并由总活性氮氧化物浓度减去氮氧化物浓度，得到活性奇氮氧化物的浓度。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，待测气体是被采样泵抽吸进入钥转化器和紫外光转化单元。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中，钥转化器是在320°C_400°C之间将所有的总活性氮氧化合物均转化为一氧化氮。
4.一种实现权利要求I所述方法的装置，主要包括有紫外光转化器单元、钥转化器和一氧化氮检测器单元；其中 紫外光转化器单元由石英反应室和紫外线光源构成，紫外线光源可透过石英反应室并照射石英反应室内的待测气体； 紫外光转化器单元和钥转化器的进样口均通过一三通阀连接至一进气口，紫外光转化器单元和钥转化器的出样口均连接至一氧化氮检测器单元。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，紫外光转化器单元的进样口安装有粒子过滤膜。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，紫外光源单元装备有金属卤素灯，产生UV-B波段的紫外光。
7.根据权利要求4所述的装置，其中，三通阀为电磁三通阀。
全文摘要
一种测定空气中活性奇氮氧化物的方法，具体步骤是将待测气体分别输入钼转化器和紫外光转化单元，钼转化器的待测气体中所有的总活性氮氧化合物均转化为一氧化氮，然后测定总活性氮氧化物浓度；紫外光转化单元中的待测气体在紫外光照射下将二氧化氮转化为一氧化氮，然后测定氮氧化物浓度，并由总活性氮氧化物浓度减去氮氧化物浓度，得到活性奇氮氧化物的浓度。本发明还公开了用于实现上述方法的装置。本发明可精确定量检测出NOz，对于光化学污染、灰霾形成机理，空气质量模式等科研业务工作必不可少，可为制定大气污染调控政策等提供数据与理论支持，具有研究价值和科学意义。
文档编号G01N33/00GK102749416SQ20121007804
公开日2012年10月24日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者修天阳, 孙扬, 宋涛, 王跃思 申请人:中国科学院大气物理研究所