专利名称：一种pan标气生成系统及方法
技术领域：
本发明涉及环境质量监测领域，具体涉及一种用于PAN在线检测 仪器或常规PAN检测仪的PAN标气生成系统及方法。
背景技术：
过氧乙酰硝酸酯(Peroxyacetyl nitrate, PAN)是大气光化学污染 的重要产物，随着我国城巿机动车数量曰趋增大，光化学烟雾污染曰 益严重，作为大气氧化剂重要指标的PAN浓度的检测非常重要。由于 在PAN浓度检测技术上存在困难大气中的PAN物质浓度较低且其受 热容易分解，室温下不能长时间贮存，虽然可以通过液氮冷凝富集后 进样，但操作复杂，无法连续检测，因此对PAN在线检测仪器的研究 和开发就显得尤为重要。
而PAN在线检测仪的标定是其准确测量大气中PAN浓度的基础。 一般的大气污染检测仪器都需要用标准样品气体对仪器进行标定，从 而确定仪器输出信号所表征的物质浓度。而标准气体很多都依赖于国 外进口或者用进口设备生成，价格昂贵。再加上PAN的稳定性差，因 而目前没有关于PAN的标准样品可以提供。
而不依赖于国外进口或用进口设备生成，而釆用传统的挥发源生 成PAN标气的方法，也就是有化学合成的方法，具有众多弊端，不适 合对大气的实时、准确检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种PAN标气生成系统及方法，可用于PAN 在线检测仪和常规PAN检测仪，为PAN在线检测仪常规PAN检测仪提 供PAN标气来源，实现在线标定，可以节约大量的实验成本和时间。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种PAN标气生成系统，该系统包括
反应仓，设置有进气口与出气口；
NO气源，通过第一管路接入所述进气口，第一管路中连接有第 一质量流量控制器，用于控制流入反应仓的NO气体的流量；
丙酮气源，通过第二管路接入所述进气口，第二管路中连接有第 二质量流量控制器，用于控制流入反应仓的丙酮气体的流量，使流入 的丙酮气体最少能使流入的NO气体全部参与生成PAN气体；
紫外线灯，在反应仓内通入丙酮气和NO气体时进行紫外照射， 使室内的丙酮气、NO气和氧气发生反应，NO气体全部参与生成PAN 气体，由出气口排出已知浓度的PAN标气。
优选地，所述反应仓为环形腔室，所述紫外线灯设置在所述反应 仓的环形中心处。
优选地，所述系统还包括第一减压阀，所述第一减压阀连接在第 一管路中且位于第一质量流量控制器之前，用于对所述NO气源减压。
优选地，所述系统还包括第二减压阀，所述第二减压阀连接在第 二管路中且位于第二质量流量控制器之前，用于对所述丙酮气源进行 减压。
优选地，该系统还包括冷却风扇，所述冷却风扇设置在所述反应 仓的外部，用于在反应仓内发生反应时吹冷风使其降温。 优选地，所述反应仓为双层石英反应仓。
优选地，所述反应仓的出气口接入标气瓶，所述系统还包括连接 在反应仓出口与标气瓶之间的气路转换阀，用于实现气路间的切换及 减压。
本发明还提供了一种利用上述系统的PAN标气生成方法，该方 法包括以下步骤
利用第一管路、第二管路分别向反应仓内通入丙酮和NO气体； 利用第一流量控制器控制流入反应仓的NO气体的流量；利用第二流量控制器控制流入反应仓的丙酮气体的流量； 当流入反应仓内的NO气体的流量达到预定值，且流入反应仓内
的丙酮气体最少能使流入的NO气体全部参与生成PAN气体时，关 闭第一管路和第二管路；
将紫外线灯打开，使室内的酮气、NO气体和氧气发生反应，NO 气体全部参与生成PAN气体；
根据流入反应内的NO气体流量所达到的预定值，依据NO气体 全部参与生成PAN气体的反应关系获取生成的PAN气体体积；
由反应仓的体积获取反应仓内生成的PAN气体的浓度，得到已 知浓度的PAN标气。
优选地，该方法中在反应仓室内发生反应时，利用冷却风扇在反 应仓外吹冷风，降低所述反应仓内的温度。
优选地，该方法还包括利用减压闽控制生成PAN标气所用丙酮和 NO气体的出口压力的步骤。
将本发明提供的PAN标气生成系统及方法应用到PAN检测仪，具 有以下有益效果
1) 可以很好地整合到PAN在线检测仪中，为PAN在线检测仪器 提供标气来源，实现PAN检测仪器的在线标定，可以节约大量的实验 成本和时间；
2) PAN标气生成过程操作简单，控制方便；
3) 可以控制PAN标气的生成速率，通过验证实验，得到气体的 精确浓度；
4) 自行设计PAN标气生成源的内部气路，达到了反应迅速，转 化效率高的目的；
5) 实现计算机全程在线自动控制，调整并记录生成标准气体的 浓度。
图1为本发明实施例中PAN标气生成系统的气路原理图； 图2为本发明实施例中PAN标气生成系统的PAN反应仓示意图； 图3为本发明实施例中另一种PAN标气生成系统的PAN反应仓示 意图4为本发明实施例中PAN标气生成方法流程图； 图中1、反应仓；101，进气口； 102,出气口； 2、 NO气源；3、 丙酮气源；4、第一流量控制器；5、第二流量控制器；6、第一减压 阀；7、第二减压阀；8、紫外线灯；9、第一管路；10、第二管路。
具体实施例方式
本发明提出的PAN标气生成系统及方法，结合附图和实施例说明 如下。
PAN标气是指在标定过程中使用的已知PAN准确浓度的气体，本 发明提供了PAN标气生成源，其主要工作原理为通过两个质量流量 控制器的控制，适量的NO气体和过量的丙酮气体同时通入设置有紫 外线灯的反应仓中，在紫外线灯的照射下，生成PAN的标气。
本实施例中PAN标气生成系统主要是用于产生不同浓度的PAN 标准气体，并用于PAN检测仪器的在线标定，可用于我国大气中PAN 在线检测分析仪和常规PAN检测仪的研制和今后的批量生产。
本实施例中PAN标气生成系统包括反应仓1，如图2所示，反应仓 l设置有进气口 101与出气口 102，反应仓l是用来合成PAN标准气体的 装置，本发明中反应仓只要是设置有进气口 101和出气口 102的密封腔 室即可，对其形状可作出各种改进，紫外线灯8优选设置在反应仓1 内外部对反应仓l进行照射。为使紫外线灯8均匀照射反应仓1，本实 施例中的反应仓釆用环形腔室，这样反应中的环形腔室外部中心为中 空结构，将紫外线灯8设置在反应仓1外部的环形中心处，可以均句地 照射反应腔室，反应效果更好，图2所示的反应仓为柱体式环形腔室， 也可以采用图3所示的轮胎式环形腔室。另外，为使反应时产生的热量及时散去，本实施例中在反应仓外设置有冷却风扇，优选该冷却风 扇设置在紫外线灯8的附近，用于在室内发生反应时吹冷风时反应仓l 降温。反应仓l为石英材料，优选釆用双层石英玻璃，可以防止PAN 在其表面发生分解反应。
如图1所示，本实施例中PAN标气生成系统还包括NO气源2， 通过第一管路9接入反应仓1的进气口101，第一管路中9连接有第一质 量流程控制器4，用于控制流入反应仓l的NO气体的流量；丙酮气源3， 通过第二管路10接入反应仓1的进气口 101，第二管路10中连接有第二 质量流量控制器5，用于控制流入反应仓的丙酮气体的流量，使流入 的丙酮气体最少能使流入的NO气体全部参与生成PAN气体，即保证 反应仓l内具有适量的NO气体和过量的丙酮气体；紫外线灯8，设置 在反应仓1外，在反应仓l内通入丙酮气和NO气体时进行紫外照射， 在紫外线的照射下，使室内使丙酮气、NO气和氧气发生反应，由于 NO气体是不足量的，所以NO气体全部参与生成PAN气体，进而也可 以由NO气体的浓度确定依据反应关系确定生成的PAN气体量，最终 确定PAN气体的浓度，得到PAN标气，由出气口102排出已知浓度的 PAN标气。
本实施例中第一管路9和第二管路10可以独立的通入反应仓1的 进气口101,也可以在通入进气口101前汇接到一个管路再通入进气口 102。反应仓l的紫外线灯优选釆用发射波长为285nm紫外线的紫外线 灯。使用时反应仓1的出气口102与阀门连接，保证反应仓在PAN标气 生成过程是密闭的，第一管路9和第二管路10也分别用阀门控制，可 以控制何时向室内通入，何时在室内发生反应。
本实施例中反应仓1的出气口 102还可以接入标气瓶(图中未示 出)，NO气源为装有NO气体的高压气瓶，丙酮气源为装有丙酮气体 的高压气瓶，本实施例中该系统还包括气路转换闽、第一减压阀6和 第二减压阀7，气路转换阀连接在出气口 102和标气瓶之间，用于气路间的转换和减压；第一减压阀6连接在第一管路9中且位于第一质
量流量控制器4之前，用于对装有NO气体的高压气瓶进行减压；第 二减压阀7连接在第二管路10中且位于第二质量流量控制器5之前， 用于对装有丙酮气体的高压气瓶进行减压。
本实施例中利用使用上述系统的PAN标气生成方法，如图4所 示，该方法包括以下步骤
s101,利用第一管路9和第二管路10向反应仓1内通入丙酮气 和NO气体；
sl02,利用第一流量控制器4控制流入反应仓的NO气体的流量； sl03，利用第二流量控制器5控制流入反应仓的丙酮气体的流量； s104，观察第一质量流量控制器4和第二流量控制器5，当流入 反应仓内的NO气体的流量达到预定值，且流入反应仓内的丙酮气体 最少能使流入的NO气体全部参与生成PAN气体时，关闭第一管路9 和第二管路10;
s105，将紫外线灯8打开，使室内的酮气、NO气和氧气在紫外 线的照射下发生反应，NO气体全部参与生成PAN气体；
s106,根据流入反应1内的NO气体流量所达到的预定值，依据 NO气体全部参与生成PAN气体的反应关系获取生成的PAN气体的 体积；
s107，由反应仓l的体积获取反应仓内生成的PAN气体的浓度， 得到已知浓度的PAN标气。
该方法中所依据的反应原理具体如下 CH3C(0) CH3 + /2v — CH3C(0)' + CH3.
CH3C(0). + 02 — CH3C(0)0O
2NO + 02 — 2N02
CH3C(0)00 + N02 — CH3C(0)OON02其中，/2表示普朗克常数，V表示光子，由于NO气体是不足量
的，因而利用NO气体的浓度对所生成PAN标准气体浓度进行计算。 经测定，该方法的反应效率很高，能达到92±3%(Volz-Thomasetal, 2002),即认为92%左右的NO转化成为PAN标准气体。
该方法中在反应仓内发生反应时，利用冷却风扇向反应仓内通入 冷风。由于该方法可以利用第一流量控制器4和第二流量控制器5分 别控制流入反应仓1内NO气体和丙酮气体的流速和/流量，因此， 可以计算出NO气体的转化速率和PAN气体的生成速率，以及PAN 气体的浓度，使用时可以根据需要间接控制反应仓内PAN气体的生 成速率。
根据本发明提供的PAN标气生成系统及方法，可用于各种PAN检 测仪，对于在线仪器可以通过阀门控制实现在线标定。该标气生成系 统是能够快速准确地合成PAN气体，如有上述需要，都可以使用，不 限于在线的PAN检测仪。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对 本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精 神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技 术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限 定。
权利要求
1、一种PAN标气生成系统，其特征在于，该系统包括反应仓，设置有进气口与出气口；NO气源，通过第一管路接入所述进气口，第一管路中连接有第一质量流量控制器，用于控制流入反应仓的NO气体的流量；丙酮气源，通过第二管路接入所述进气口，第二管路中连接有第二质量流量控制器，用于控制流入反应仓的丙酮气体的流量，使流入的丙酮气体最少能使流入的NO气体全部参与生成PAN气体；紫外线灯，在反应仓内通入丙酮气和NO气体时进行紫外照射，使室内的丙酮气、NO气和氧气发生反应，NO气体全部参与生成PAN气体，由出气口排出已知浓度的PAN标气。
2、 如权利要求1所述的PAN标气生成系统，其特征在于，所述反 应仓为环形腔室，所述紫外线灯设置在所述反应仓的环形中心处。
3、 如权利要求1或2所述的PAN标气生成系统，其特征在于，所 述系统还包括第一减压阀，所述第一减压阀连接在第一管路中且位于 第一质量流量控制器之前，用于对所述NO气源减压。
4、 如权利要求1或2所述的PAN标气生成系统，其特征在于，所 述系统还包括第二减压阀，所述第二减压阀连接在第二管路中且位于 第二质量流量控制器之前，用于对所述丙酮气源减压。
5、 如权利要求1或2所述的PAN标气生成系统，其特征在于， 其特征在于，该系统还包括冷却风扇，所述冷却风扇设置在所述反应 仓的外部，用于在反应仓内发生反应时吹冷风使其降温。
6、 如权利要求1或2所述的PAN标气生成系统，其特征在于， 所述反应仓为双层石英反应仓。
7、 如权利要求1所述的PAN标气生成系统，其特征在于，所述 反应仓的出气口接入标气瓶，所述系统还包括连接在反应仓出口与标 气瓶之间的气路转换阀，用于实现气路的切换及减压。
8、 一种利用权利要求1所述系统的PAN标气生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤利用第一管路、第二管路分别向反应仓内通入丙酮和NO气体； 利用第一流量控制器控制流入反应仓的NO气体的流量； 利用第二流量控制器控制流入反应仓的丙酮气体的流量； 当流入反应仓内的NO气体的流量达到预定值，且流入反应仓内的丙酮气体最少能使流入的NO气体全部参与生成PAN气体时，关闭第一管路和第二管路；将紫外线灯打开，使室内的酮气、NO气体和氧气发生反应，NO气体全部参与生成PAN气体；根据流入反应内的NO气体流量所达到的预定值，依据NO气体全部参与生成PAN气体的反应关系获取生成的PAN气体体积；由反应仓的体积获取反应仓内生成的PAN气体的浓度，得到已知浓度的PAN标气。
9、 如权利要求1所述的PAN标气生成方法，其特征在于，该方 法中在反应仓室内发生反应时，利用冷却风扇在反应仓外吹冷风，降 低所述反应仓内的温度。
10、 如权利要求1所述的PAN标气生成方法，其特征在于，该 方法还包括利用减压阀控制生成PAN标气所用丙酮和NO气体的出 口压力的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种过氧乙酰硝酸酯(PAN)标气生成系统及方法，该系统包括反应仓，设有进气口与出气口；NO气源，通过第一管路接入进气口并连接有第一质量流量控制器；丙酮气源，通过第二管路接入进气口并连接有第二质量流量控制器；紫外线灯，设置在反应仓外，在反应仓内通入丙酮气和NO气体时进行紫外照射，该方法通过两个质量流量控制器的控制，使反应仓内通入适量的NO和过量的丙酮，在紫外线灯的照射下，NO气体全部参与反应生成PAN气体，进而根据NO的流量来计算生成的PAN标气的浓度。本发明为PAN检测仪提供PAN标气来源，实现在线标定，节约实验成本，降低操作繁杂程度，为大气中PANs浓度的计算提供精确的响应因子。
文档编号G01N1/28GK101424603SQ20081023948
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月11日 优先权日2008年12月11日
发明者张剑波, 徐振强, 曾立民, 光 杨 申请人:北京大学