专利摘要

本实用新型公开了一种过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置，所述装置包括零空气发生单元、NOx气体发生单元、丙酮气体发生单元、混合器和气体连续光解反应转换单元。本实用新型提供的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置及方法通过控制丙酮光解过程提高丙酮气体的利用率并保证NOx气体的完全转换，同时在后端消除残留丙酮和ACO3自由基并减弱PAN气体的热转换，最终在线连续产生给定浓度的PAN标准气体，而且PAN气体的浓度动态可控，可满足各类检测设备的标定需求。

权利要求

1.一种过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置，其特征在于，所述装置包括零空气发生单元、NOx气体发生单元、丙酮气体发生单元、混合器和气体连续光解反应转换单元，所述NOx气体发生单元与丙酮气体发生单元并联设置并通过混合器与气体连续光解反应转换单元的进气口连接，所述零空气发生单元分别与NOx气体发生单元、丙酮气体发生单元以及气体连续光解反应转换单元的冷却气入口连接；

其中，所述气体连续光解反应转换单元包括光源、壳体和石英玻璃盘管，所述光源沿着壳体的长度方向设置在壳体中并且能够产生波长为254nm的紫外光；所述壳体采用不透光材料制成且包括顶盖和下壳体，所述顶盖上设置有冷却气入口，所述下壳体的中上部均匀设置有若干条沿着壳体的长度方向布置的狭缝，所述下壳体的下部均匀设置有若干条沿着壳体的长度方向布置的宽缝；所述石英玻璃盘管盘绕设置在所述下壳体的整个外表面上并且包括位于两端的进气口和出气口。

2.根据权利要求1所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置，其特征在于，所述零空气发生单元包括隔膜泵和过滤柱，所述零空气发生单元产生的零空气是由隔膜泵抽入空气并在恒定压力条件下使空气通过填充有化学滤料的过滤柱净化得到的。

3.根据权利要求1所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置，其特征在于，所述NOx气体发生单元为基于渗透管原理的标准气体动态在线发生装置，所产生的标准气体可以为一氧化氮、二氧化氮或者一氧化氮与二氧化氮的混合气，其中，所产生的NOx气体浓度能够根据零空气的流量和渗透管的渗透率计算得到。

4.根据权利要求1所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置，其特征在于，所述丙酮气体发生单元包括瓶体、T型管体和毛细纤维柱，所述瓶体为棕色瓶或黑色瓶且内装有高纯度丙酮试剂；所述T型管体包括互相连通的水平管体和垂直管体，T型管体通过插入瓶体中的垂直管体密封固定在瓶体的瓶口上；所述毛细纤维柱设置在垂直管体内，其中，毛细纤维柱的一端通过垂直管体伸入水平管体内且另一端伸到瓶体的底部。

5.根据权利要求1所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置，其特征在于，所述混合器为基于同向式混合原理的管路式气体动态稀释混匀装置以保证大流量NOx气体与小流量丙酮气体的快速均匀混合。

6.根据权利要求1所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置，其特征在于，所述光源为单端管状的无臭氧型紫外灯，所述光源通过下壳体底部中心设置的灯管固定孔固定在壳体中，所述壳体的内表面上涂有金涂层。

7.根据权利要求1所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置，其特征在于，所述狭缝的宽度为0.5～2mm，所述宽缝的宽度为4～10mm。

8.根据权利要求1所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置，其特征在于，所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置还包括设置在气体连续光解反应转换单元之后并与气体连续光解反应转换单元的出气口连接的自由基消除单元，所述自由基消除单元为聚四氟乙烯材质的管状结构且内含聚四氟乙烯滤芯或PP超细纤维滤芯。

9.根据权利要求1所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置，其特征在于，所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置还包括设置在零空气发生单元与NOx气体发生单元之间以及零空气发生单元与丙酮气体发生单元之间的质量流量计。

说明书

技术领域

本实用新型涉及气体发生的技术领域，更具体地讲，涉及一种过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置。

背景技术

过氧乙酰基硝酸酯(PAN)是大气光化学反应的二次产物，可促进光化学氧化剂臭氧的形成，是光化学烟雾污染的重要指标之一，同时其热解过程也是偏远地区氮氧化物的重要来源。PAN具有极强的催泪作用，对人体具有致癌作用，对人体的呼吸道系统也具有刺激作用。另外，PAN还是植物的毒剂，会使树木枯死、农作物减产。因此，大气中PAN浓度的在线监测对环境保护治理具有非常重要的意义。

大气中的PAN浓度较低，一般在pptv～ppbv级，因此检测较为困难。化学发光法是一种高灵敏度的实时在线监测技术，可用于PAN浓度的实时在线监测。基于该方法的仪器在标定过程中需要用到标准浓度的PAN气体，但是由于PAN气体化学活性较大且难以储存，一般需要在线产生标准浓度的PAN气体。

目前，在该领域中一般是通过光解丙酮产生过量的自由基，再与已知浓度的NO气体进行反应，得到大致相同浓度的PAN气体。丙酮光解时产生的ACO3自由基主要通过以下三个途径进行消耗：第一个途径是自由基之间的自反应，第二个途径是自由基在管路材料表面的壁损失，第三个途径是与NO以及与该反应中生成NO₂发生反应。其中，前两个途径造成了自由基的直接损耗，第三个途径则生成了PAN气体。在标准大气环境下，第一个途径和第三个途径所涉及反应速率常数的量级基本类似。因此，为了保证NO的完全转换，就必须提供过量的丙酮气体并光解产生过量的ACO3自由基。在此条件下，由于ACO3自由基的浓度远高于NO/NO₂的浓度，因此绝大部分ACO3自由基其实是通过第一个途径直接损耗掉，导致丙酮气体的利用率较低。

另外，当前PAN标气发生技术中，都是将过量的丙酮气体与定量的NO气体通入一个透明的容器，然后施加紫外光照条件促使其反应，并提供足够长的反应时间以保证NO到PAN的充分转换。因此，要使用PAN标气，就必须等待容器内的反应完成，并且PAN标气的浓度无法动态调节。这使其很难应用于PAN实时在线监测设备的现场标定领域。

发明内容

为了克服现有技术中丙酮气体利用率低、精度差且产气浓度不能实时在线动态调整的缺陷，本实用新型的目的是提供一种能够实现标准过氧乙酰基硝酸酯气体的动态在线发生并提高丙酮气体的利用率、产气精度与响应速度的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置。

本实用新型提供了一种过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置，所述装置包括零空气发生单元、NOx气体发生单元、丙酮气体发生单元、混合器和气体连续光解反应转换单元，所述NOx气体发生单元与丙酮气体发生单元并联设置并通过混合器与气体连续光解反应转换单元的进气口连接，所述零空气发生单元分别与NOx气体发生单元、丙酮气体发生单元以及气体连续光解反应转换单元的冷却气入口连接；

其中，所述气体连续光解反应转换单元包括光源、壳体和石英玻璃盘管，所述光源沿着壳体的长度方向设置在壳体中并且能够产生波长为254nm的紫外光；所述壳体采用不透光材料制成且包括顶盖和下壳体，所述顶盖上设置有冷却气入口，所述下壳体的中上部均匀设置有若干条沿着壳体的长度方向布置的狭缝，所述下壳体的下部均匀设置有若干条沿着壳体的长度方向布置的宽缝；所述石英玻璃盘管盘绕设置在所述下壳体的整个外表面上并且包括位于两端的进气口和出气口。

根据本实用新型过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置的一个实施例，所述零空气发生单元包括隔膜泵和过滤柱，所述零空气发生单元产生的零空气是由隔膜泵抽入空气并在恒定压力条件下使空气通过填充有化学滤料的过滤柱净化得到的。

根据本实用新型过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置的一个实施例，所述NOx气体发生单元为基于渗透管原理的一氧化氮和/或二氧化氮标准气体动态在线发生装置，其中，所产生的NOx气体浓度能够根据零空气的流量和渗透管的渗透率计算得到。

根据本实用新型过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置的一个实施例，所述丙酮气体发生单元包括瓶体、T型管体和毛细纤维柱，所述瓶体为棕色瓶或黑色瓶且内装有高纯度丙酮试剂；所述T型管体包括互相连通的水平管体和垂直管体，T型管体通过插入瓶体中的垂直管体密封固定在瓶体的瓶口上；所述毛细纤维柱设置在垂直管体内，其中，毛细纤维柱的一端通过垂直管体伸入水平管体内且另一端伸到瓶体的底部。

根据本实用新型过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置的一个实施例，所述混合器为基于同向式混合原理的管路式气体动态稀释混匀装置以保证大流量NOx气体与小流量丙酮气体的快速均匀混合。

根据本实用新型过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置的一个实施例，所述光源为单端管状的无臭氧型紫外灯，所述光源通过下壳体底部中心设置的灯管固定孔固定在壳体中，所述壳体的内表面上涂有金涂层。

根据本实用新型过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置的一个实施例，所述狭缝的宽度为0.5～2mm，所述宽缝的宽度为4～10mm。

根据本实用新型过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置的一个实施例，所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置还包括设置在气体连续光解反应转换单元之后并与气体连续光解反应转换单元的出气口连接的自由基消除单元，所述自由基消除单元为聚四氟乙烯材质的管状结构且内含聚四氟乙烯滤芯或PP超细纤维滤芯。

根据本实用新型过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置的一个实施例，所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置还包括设置在零空气发生单元与NOx气体发生单元之间以及零空气发生单元与丙酮气体发生单元之间的质量流量计。

与现有技术相比，本实用新型提供的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置通过控制丙酮光解过程提高丙酮气体的利用率并保证NOx气体的完全转换，同时在后端消除残留丙酮和ACO3自由基并减弱PAN气体的热转换，最终在线连续产生给定浓度的PAN标准气体，而且PAN气体的浓度动态可控，可满足各类检测设备的标定需求。

附图说明

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置的结构原理图。

图2示出了根据本实用新型示例性实施例的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置中气体连续光解反应转换单元的结构示意图。

图3示出了根据本实用新型示例性实施例的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置中丙酮发生单元的结构示意图。

附图标记说明：

10-NOx气体发生单元、20-丙酮气体发生单元、21-瓶体、22-丙酮试剂、23-毛细纤维柱、24-T型管体、30-混合器、40-气体连续光解反应转换单元、41-光源、411-灯管、412-灯座、413-电源线、42-壳体、421-顶盖、4211-冷却气入口、4221-狭缝、4222-宽缝、4223-灯管固定孔、422-下壳体、43-石英玻璃盘管、431-进气口、432-出气口、50-自由基消除单元、60-零空气发生单元、70-质量流量计。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面将对本实用新型过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置的结构和原理进行详细的说明。

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置的结构原理图。

如图1所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置包括零空气发生单元60、NOx气体发生单元10、丙酮气体发生单元20、混合器30和气体连续光解反应转换单元40。本实用新型实际上利用丙酮气体的光解持续产生过量的自由基，NOx在该自由基的作用下转换为过氧乙酰基硝酸酯气体(PAN)，通过调节进入气体连续光解反应转换单元的混合气中NOx气体的含量就可以在线产生不同浓度的过氧乙酰基硝酸酯标准气体。

具体地，NOx气体发生单元10与丙酮气体发生单元20并联设置并通过混合器30与气体连续光解反应转换单元40的进气口431连接，零空气发生单元60分别与NOx气体发生单元10、丙酮气体发生单元20以及气体连续光解反应转换单元40的冷却气入口4211连接。由此，本实用新型的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置包括三条并联的气路，一条是NOx气体气路，通过零空气将NOx气体发生单元10中产生的NOx气体带到混合器30中；一条是丙酮气体气路，同样通过零空气将丙酮气体单元20中产生的丙酮气体带到混合器中与NOx气体快速均匀混合后进入气体连续光解反应转换单元40中进行光解反应；还有一条是零空气气路，零空气直接进入气体连续光解反应转换单元40中对其进行冷却和降温，有利于气体转换反应的持续进行。

图2示出了根据本实用新型示例性实施例的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置中气体连续光解反应转换单元的结构示意图。

如图2所示，所述气体连续光解反应转换单元40包括光源41、壳体42和石英玻璃盘管43。其中，光源41沿着壳体42的长度方向设置在壳体42中并且能够产生波长为254nm的紫外光，该紫外光能够有效地光解丙酮并产生自由基。优选地，光源41为单端管状的无臭氧型紫外灯，包括安装在壳体下端的灯座412、安装在灯座412上的灯管411以及与灯座412连接的电源线413，其在产生丙酮光解所需254nm紫外光的同时，不会光解氧气产生臭氧且无二次污染。

本实用新型中的壳体42采用不透光材料制成且包括顶盖421和下壳体422，顶盖421上设置有冷却气入口4211以通入作为冷却器的零空气，并且光源41通过下壳体422底部中心设置的灯管固定孔4223固定在壳体42中；下壳体422的下端封闭且中上部均匀设置有若干条沿着壳体42的长度方向布置的狭缝4221，下壳体422的下部均匀设置有若干条沿着壳体42的长度方向布置的宽缝4222；石英玻璃盘管43盘绕设置在下壳体422的整个外表面上并且包括位于两端的进气口431和出气口432，则混合气通过进气口431进入石英玻璃盘管43中并在壳体透出的紫外光照射作用下发生气体转换反应，反应后的气体再通过出气口432流出。其中，壳体42优选为圆筒状壳体，并且壳体42内表面采用金涂层，以增强紫外光线在壳体内表面的反射，提高紫外光线的利用率。

具体地，部分零空气从冷却气入口4211进入后，在光源41的灯管411的周围形成空气流动，便于灯管411的降温，同时也有利于降低壳体42外石英玻璃盘管43的温度并削弱PAN气体的热分解，有利于NOx气体向PAN气体的转换。

由于壳体42采用不透光材料制成，因此下壳体422中上部设置的多条狭缝4221可以控制紫外光的通过量，防止丙酮快速分解为高浓度的自由基。因为高浓度的自由基会通过自由基之间的反应快速消耗掉，难以保证NOx气体与自由基的完全反应，狭缝的设计可以保证丙酮气体在通过过程中可以缓慢地持续光解，持续补充反应所消耗的自由基，使自由基维持在过量但不至于过高的浓度水平(约在100ppbv级)，本结构设计能够极大地提高丙酮气体的有效利用率。同时，下壳体422下部设置的多条宽缝4222可以让足量的紫外光透出，保证石英玻璃盘管43中气体所含的丙酮全部光解掉，防止丙酮气体进入标气出口影响后端仪器的标定及检测。同时，光解所产生的高浓度ACO3自由基可以极大地减弱已转换完成的PAN气体在经过此段气路时的热解消耗。优选地，狭缝的宽度为0.5～2mm，宽缝的宽度为4～10mm。

根据本实用新型，上述零空气发生单元60包括空压机和过滤柱，零空气发生单元60产生的零空气是由空压机抽入空气并在恒定压力条件下使空气通过填充有化学滤料的过滤柱净化得到的。并且，本实用新型的NOx气体发生单元为现有技术中基于渗透管原理的一氧化氮和/或二氧化氮标准气体动态在线发生装置，装置简单、易于集成且所产生气体的浓度准确性高、稳定性好，保障了最终所产生过氧乙酰基硝酸酯标准气体的准确性与稳定性。并且，所产生氮氧化物气体的浓度可以通过调节载气零空气的流量进行动态调整，使得过氧乙酰基硝酸酯气体也可以实现动态在线调整。其中，所产生的NOx气体浓度能够根据零空气的流量和渗透管的渗透率计算得到。

图3示出了根据本实用新型示例性实施例的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置中丙酮发生单元的结构示意图。如图3所示，本实用新型的丙酮气体发生单元20包括瓶体21、T型管体24和毛细纤维柱23，瓶体21为棕色瓶或黑色瓶且内装有高纯度丙酮试剂22；T型管体24包括互相连通的水平管体和垂直管体，T型管体24通过插入瓶体21中的垂直管体密封固定在瓶体21的瓶口上；毛细纤维柱23设置在垂直管体内，其中，毛细纤维柱23的一端通过垂直管体伸入水平管体内且另一端伸到瓶体21的底部。由于采用了上述结构，瓶体21内的高纯度丙酮试剂22能够在毛细纤维柱23内部毛细纤维的虹吸作用下，从毛细纤维柱的下端上升至顶端，当水平管体内有零空气流过时，暴露在水平管体内的毛细纤维柱上所吸附的丙酮液体在气流的作用下迅速挥发并被带入气流中实现丙酮气体的发生。与传统的采用丙酮气瓶产生丙酮标准气体的方式相比，上述结构的丙酮气体发生单元无需接入气瓶及后端的减压阀，装置简单易携带、便于集成且成本低廉。其中，丙酮气体的浓度始终处于过量状态并且可随着通过气体的流量增大而提高。

本实用新型中使用的混合器30为基于同向式混合原理的管路式气体动态稀释混匀装置，可以保证大流量NOx气体与小流量丙酮气体的快速均匀混合，保证所产生气体浓度的准确性与稳定性。

优选地，本实用新型的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置还包括设置在气体连续光解反应转换单元40之后并与气体连续光解反应转换单元40的出气口连接432的自由基消除单元50，该自由基消除单元为聚四氟乙烯材质的管状结构且内含聚四氟乙烯滤芯或PP超细纤维滤芯，其能够有效地消耗掉反应后气体中的残留自由基，从而保证最终过氧乙酰基硝酸酯标准气体的质量。

并且，本实用新型过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置还包括设置在零空气发生单元60与NOx气体发生单元10之间以及零空气发生单元60与丙酮气体发生单元20之间的质量流量计70，从而能够通过质量流量计70精确地调整通过NOx气体发生单元10和丙酮气体发生单元20的零空气流量，从而调整进入混合器60中的各气体浓度。

因此，本实用新型的过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置简单便携且易于集成，对丙酮气体的利用率高，所产生过氧乙酰基硝酸酯标准气体的浓度易于控制和计算并且可以实时在线调节，产气精度高、稳定性好且不产生二次污染，可应用于各类过氧乙酰基硝酸酯气体实时在线监测仪器的标定领域。

当采用本实用新型的上述过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置时，可以采取以下步骤获得过氧乙酰基硝酸酯标准气体：

A、打开零空气发生单元60及气体连续光解反应转换单元中40的光源41使零空气发生单元60及光源41开始工作；

B、分别调节通过NOx气体发生单元10和丙酮气体发生单元20的零空气的流量以调节进入混合器30的NOx气体及丙酮气体的浓度，使在混合器处快速混匀的混合气体从气体连续光解反应转换单元40的进气口431进入气体连续光解反应转换单元40的石英玻璃盘管43中；

C、混合气体中的丙酮在流经下壳体422的狭缝4221处时发生光解反应产生自由基，产生的自由基与NOx气体反应生成过氧乙酰基硝酸酯气体，反应后混合气体中的残留丙酮气体在流经下壳体422的宽缝4222处时被快速光解掉，得到浓度已知的过氧乙酰基硝酸酯标准气体，所产生过氧乙酰基硝酸酯标准气体的浓度可根据公式C_PAN＝k*C_NOx计算，其中，C_PAN为过氧乙酰基硝酸酯标准气体的浓度；C_NOx为NOx气体发生单元所产生NOx标准气体的浓度；k为转换系数，约等于95％～100％。

以产生100ppbv的过氧乙酰基硝酸酯标准气体为例，本实用新型中的NOx发生单元中使用NO₂渗透管，渗透率为420ng/min，流过NOx发生单元的零空气流量为2L/min，流过丙酮发生器的流量为20mL/min，转换率约为98±2％，所得过氧乙酰基硝酸酯标准气体的浓度约为99±3ppbv。在本实例中，与现有的一次性光解技术相比，本实用新型中所采用的持续光解技术可使得丙酮的有效利用率提高1～5倍。

综上所述，本实用新型的装置简单便携且易于集成，对丙酮气体的利用率高，所产生过氧乙酰基硝酸酯气体的浓度易于控制和计算并且可以实时在线调节，产气精度高、稳定性好且不产生二次污染，可应用于各类过氧乙酰基硝酸酯气体实时在线监测仪器的标定领域。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

一种过氧乙酰基硝酸酯气体动态在线发生装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。