本发明涉及空气颗粒物碳组分分析技术领域，特别地，涉及一种质控装置。此外，本发明还涉及一种包括上述的质控装置的ocec分析系统。
背景技术：
空气颗粒物中的碳质组分，通常占空气颗粒物质量浓度的10％～70％，是空气颗粒物的重要组成成分。碳质组分可以分为三大类：有机碳(organiccarbon，oc)、元素碳(elementalcarbon，ec)和碳酸碳(carbonatecarbon，cc)。oc主要来源于一次燃烧过程中排放和生物排放，以及空气中挥发性有机物与空气中氧化性物质发生化学反应后进入颗粒态的产物产生的。ec也被称作炭黑(blackcarbon，bc)，主要来源于含碳燃料的不完全燃烧。cc主要存在于土壤和煤矿飞尘中，质量浓度远小于ec和oc，所以空气颗粒物中的cc成分一般可以忽略。
空气颗粒物中的碳质组分能够对全球气候、空气能见度以及人体健康这三个方面产生影响。长期以来，一直认为颗粒物对于全球气候变化的影响是降温作用，但是目前越来越多的报告都认为ec对于全球变暖的作用非常明显。ec可以吸收从红外到紫外全波段的光，从而“加热”地球。此外，ec能加深颗粒物的颜色，使那些原本对辐射没有吸收或者吸收较小的物质也能对光产生吸收，增加了颗粒物的辐射强迫，降低了空气能见度。oc能对光起散射作用，极大地影响了区域空气的能见度，且oc中富含致癌物质和基因毒性诱变物。由于空气颗粒物碳质组分绝大部分存在于颗粒物中(0.1μm～2.5μm)，因而能够很容易通过人体的呼吸作用进入人体的肺部，破坏改变肺的结构和功能，造成慢性呼吸道疾病，甚至能够改变dna的结构。因此，研究空气颗粒物的碳质组分成为当今环境监测领域的热点。
目前，对于空气颗粒物碳质组分(oc/ec)的研究，主要采用两种方法：膜采样 离线分析和在线oc/ec监测。但是，通过传统的膜采样 离线分析方法所获得的数据时间分辨率低，难以反映较短时间内空气颗粒物特征变化的信息，而且容易引入人为干扰，因此在线oc/ec分析仪成为研究的趋势。
现有技术中针对连续在线采集的空气样品，提出了实现空气颗粒物中碳质组分分析的在线分析仪，但还存在样品采集不准，无法自动全流程空白测试的问题。专利号为201010249182.8，名称为一种在线颗粒物碳质组分采集分析仪的专利中，提供了一种在线气溶胶碳质组分采集分析仪，包括载气气路系统和采样-分析气路系统两个部分；所述载气气路系统包括he气气路、he-purge气气路、he/ox气气路和he/ch4气气路：所述采样-分析气路系统包括采样气路、解析-氧化炉和分析气路，虽然一定程度上实现了在线的空气颗粒物成分分析，还存在如下问题。
《有机碳元素碳在线分析仪的使用与维护》(胡刚、楚国栋)中记载了对仪器进行校准需要在仪器石英衬管前段平放一枚石英膜，将石英衬管连接完毕，然后将石英膜杂质清除干净，使用精密进样针吸取标准浓度的蔗糖溶液，小心将溶液滴在水平放置的石英膜的中心附近，连接好石英衬管。可见，现有的有机碳元素碳在线分析仪需要手动对仪器进行校准和标准曲线的标定，在校准或者标定的过程，需要反复地拆装仪器部件，步骤非常繁琐，自动化程度低。
在线分析仪的曲线标定和质控过程均为手工操作，采用标准溶液进行外标时，基本步骤大致为：取一干净滤膜，将滤膜烧干净，用进样针抽取一定体积一定浓度的标准溶液，滴到滤膜上，将滤膜放入玻璃管中。整个操作过程复杂繁琐，需要频繁拆装玻璃管，操作过程中容易带入外来干扰，且每一步都需要人手动来完成，对操作人员的要求高，人为干扰因素大。
因此，为了能够更精准、更快速地获得监测数据，减少手工操作带入的人为干扰因素，需要一种能实现自动化的质控装置，以及包括该质控装置的ocec分析系统。
技术实现要素：
本发明提供了一种质控装置及ocec分析系统，以解决现有的空气颗粒物碳组分分析系统在进行外标时操作繁琐，人为干扰因素大的问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种质控装置，包括用于伸入至样品炉中且延伸至滤膜处的喷管、与喷管的输入端连通并用于提供定量的标准溶液的标液定量装置以及与标液定量装置的输入端连通并用于提供载气以将标液定量装置中定量的标准溶液喷射至滤膜上的载气装置。
进一步地，标液定量装置包括用于提供标准溶液的标液装置、与载气装置的输出端和标液装置的输出端分别连通的第一控制阀、与第一控制阀的输出端连通的定量装置、与定量装置的输出端和喷管的输入端分别连通的第二控制阀以及与第二控制阀的输出端连通的排空管路。
进一步地，标液装置包括标液瓶、与标液瓶的输出端和第一控制阀的输入端分别连通的第三控制阀、超纯水瓶以及与超纯水瓶的输出端和第一控制阀的输入端分别连通的第四控制阀；或者标液装置包括多个与第一控制阀的输入端分别连通并用于储存不同浓度的标准溶液的标液瓶。
本发明另一方面提供了一种ocec分析系统，包括采样管路、设置在采样管路上的样品炉以及设置在样品炉中并用于采集样气中的颗粒物的滤膜，样品炉的输入端分别连通有载气管路和氦氧管路，样品炉外设有激光器和探测装置，样品炉的输出端连通有氧化炉，氧化炉的输出端连通有二氧化碳传感器，ocec分析系统还包括上述的质控装置。
进一步地，采样管路上设有用于对样气中的颗粒物进行切割分类的颗粒物切割器、与颗粒物切割器的输出端连通并用于吸附样气中的气态有机物的溶蚀器以及与溶蚀器的输出端和样品炉的输入端分别连通的第五控制阀。
进一步地，颗粒物切割器的输出端与溶蚀器的输入端之间设有第六控制阀，第六控制阀的输入端连通有用于过滤空气中的颗粒物以得到空白样气的颗粒物过滤器。
进一步地，载气管路的输出端与第五控制阀的输入端连通，溶蚀器外设有用于对溶蚀器进行加热以当载气管路中的载气通过第五控制阀流入溶蚀器中时将溶蚀器吸附的气态有机物释放出来的第一加热装置。
进一步地，样品炉包括外管、设置在外管中并用于将滤膜固定在外管中的内管以及设置在外管外并用于对滤膜进行加热的第二加热装置。
进一步地，载气管路的输出端连通有与外管和内管之间的间隙连通并用于利用载气管路输出的氦气将间隙中的空气吹扫干净的吹扫管路，吹扫管路上设有第七控制阀。
进一步地，载气管路的输入端连通有用于提供载气的载气瓶，氦氧管路的输入端连通有用于提供氦气与氧气的混合气体的氦氧瓶，载气管路上设有阀组，氦氧管路的输出端与阀组的输入端连通；阀组输出端连通有用于测量载气或混合气体的流量的流量控制器。
进一步地，激光器的输出光路上设有分光片，探测装置包括用于接收透过滤膜的激光并检测激光的光强的第一探测器以及用于接收由滤膜和分光片反射的激光并检测激光的光强的第二探测器。
进一步地，氧化炉的输出端与二氧化碳传感器的输入端之间设有第十控制阀，以便通过关闭第十控制阀以及其他阀门，检查ocec分析系统的气密性。
本发明具有以下有益效果：
本发明的质控装置，在进行外标时，利用载气装置输出的载气制造一正压将标液定量装置中定量的标准溶液通过喷管喷射至滤膜上进行分析，使用正压形成冲击效果有利于将定量的标准溶液喷射至滤膜上，同时避免管路残留。本发明的质控装置操作简单，可以减少手工操作带入的人为干扰因素，可以减少维护量，实现仪器的自动化运行。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的质控装置的示意图之一；
图2是本发明优选实施例的质控装置的示意图之二；
图3是本发明优选实施例一的标液装置的示意图；
图4是本发明优选实施例二的标液装置的示意图；
图5是本发明优选实施例的ocec分析系统的示意图。
附图标记说明：
1、滤膜；2、喷管；3、标液定量装置；4、载气装置；5、标液装置；6、第一控制阀；7、定量装置；8、第二控制阀；9、排空管路；10、标液瓶；11、第三控制阀；12、超纯水瓶；13、第四控制阀；14、采样管路；15、载气管路；16、氦氧管路；17、激光器；18、氧化炉；19、二氧化碳传感器；20、颗粒物切割器；21、溶蚀器；22、第五控制阀；23、第六控制阀；24、颗粒物过滤器；25、第一加热装置；26、外管；27、内管；28、第二加热装置；29、吹扫管路；30、第七控制阀；31、载气瓶；32、氦氧瓶；33、阀组；34、流量控制器；35、分光片；36、第一探测器；37、第二探测器；38、第八控制阀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明优选实施例的质控装置的示意图之一；图2是本发明优选实施例的质控装置的示意图之二；图3是本发明优选实施例一的标液装置的示意图；图4是本发明优选实施例二的标液装置的示意图；图5是本发明优选实施例的ocec分析系统的示意图。
如图1和图2所示，本发明的质控装置，包括用于伸入至样品炉中且延伸至滤膜1处的喷管2、与喷管2的输入端连通并用于提供定量的标准溶液的标液定量装置3以及与标液定量装置3的输入端连通并用于提供载气以将标液定量装置3中定量的标准溶液喷射至滤膜1上的载气装置4。
本发明的质控装置，在进行外标时，利用载气装置4输出的载气制造一正压将标液定量装置3中定量的标准溶液通过喷管2喷射至滤膜1上进行分析，使用正压形成冲击效果有利于将定量的标准溶液喷射至滤膜1上，同时避免管路残留。本发明的质控装置操作简单，可以减少手工操作带入的人为干扰因素，可以减少维护量，实现仪器的自动化运行。可选地，喷管2采用石英毛细管。可选地，标准溶液采用蔗糖溶液。可选地，载气装置4可以根据需要输出氦气、氮气或氩气等载气。
如图2所示，本实施例中，标液定量装置3包括用于提供标准溶液的标液装置5、与载气装置4的输出端和标液装置5的输出端分别连通的第一控制阀6、与第一控制阀6的输出端连通的定量装置7、与定量装置7的输出端和喷管2的输入端分别连通的第二控制阀8以及与第二控制阀8的输出端连通的排空管路9。通过控制第一控制阀6和第二控制阀8使标液装置5、定量装置7以及排空管路9连通，使标液装置5输出的标准溶液流入定量装置7中，定量装置7收集定量的标准溶液。然后通过控制第一控制阀6和第二控制阀8使载气装置4、定量装置7以及喷管2连通，利用载气装置4输出的载气制造一正压将定量装置7中定量的标准溶液通过喷管2喷射至滤膜1上。可选地，定量装置7采用定量环。
如图3和图4所示，本实施例中，标液装置5包括标液瓶10、与标液瓶10的输出端和第一控制阀6的输入端分别连通的第三控制阀11、超纯水瓶12以及与超纯水瓶12的输出端和第一控制阀6的输入端分别连通的第四控制阀13。通过第三控制阀11和第四控制阀13控制标准溶液和超纯水的流量比，达到配置不同浓度的标准溶液来进行定量的目的。可选地，标液装置5包括多个与第一控制阀6的输入端分别连通并用于储存不同浓度的标准溶液的标液瓶10。通过第一控制阀6将流路切换至储存不同浓度的标准溶液的标液瓶10，对特定浓度的标准溶液进行定量。在进行外标时，通过标液装置5对不同浓度的标准溶液进行切换，通过选择某一浓度的标准溶液并进行定量后，通过对标准溶液进行正常检测过程获得对应浓度的标准溶液的峰面积，通过对定量的不同浓度的标准溶液进行正常检测过程得到标准曲线，可以保证有机碳和元素碳的检测的准确性。
如图5所示，本发明的优选实施例还提供了一种ocec分析系统，包括采样管路14、设置在采样管路14上的样品炉以及设置在样品炉中并用于采集样气中的颗粒物的滤膜1，样品炉的输入端分别连通有载气管路15和氦氧管路16，样品炉外设有激光器17和探测装置，样品炉的输出端连通有氧化炉18，氧化炉18的输出端连通有二氧化碳传感器19，ocec分析系统还包括上述的质控装置。
本发明的ocec分析系统，在空气中的样气通过采样管路14流入样品炉中后，通过滤膜1采集样气中的颗粒物。然后通过载气管路15向样品炉中输入氦气对样品炉进行吹扫使样品炉中形成无氧环境，通过样品炉对滤膜1进行加热，使滤膜1上的颗粒物中的有机碳转化为气体。由于样品炉中形成无氧环境，滤膜1上的颗粒物中的元素碳不会转化为气体。再通过氦氧管路16向样品炉中输入氦气与氧气的混合气体使样品炉中形成有氧环境，通过样品炉对滤膜1进行加热，使滤膜1上的颗粒物中的元素碳转化为气体。在有机碳和元素碳转化为气体的过程中，通过激光器17持续发出激光并使激光照射在滤膜1上，通过探测装置接收激光并检测激光的光强。在有机碳转化为气体的过程中，一部分有机碳会碳化为元素碳，探测装置接收的激光的光强逐渐减弱。在元素碳转化为气体的过程中，探测装置接收的激光的光强逐渐增强。当探测装置接收的激光的光强恢复至初始光强时，作为有机碳和元素碳的区分点，即在此之前视为由有机碳转化为气体，在此之后视为由元素碳转化为气体。最后通过氧化炉18将气体氧化为二氧化碳，通过二氧化碳传感器19检测二氧化碳的量，根据二氧化碳的量折算出滤膜1上的颗粒物中有机碳和元素碳的量，根据滤膜1上的颗粒物中有机碳和元素碳的量以及采样体积折算出空气颗粒物中有机碳和元素碳的浓度。可选地，载气管路15可以根据需要输出氦气、氮气或氩气等载气。
如图5所示，本实施例中，采样管路14上设有用于对样气中的颗粒物进行切割分类的颗粒物切割器20、与颗粒物切割器20的输出端连通并用于吸附样气中的气态有机物的溶蚀器21以及与溶蚀器21的输出端和样品炉的输入端分别连通的第五控制阀22。样气经颗粒物切割器20进入采样管路14中，颗粒物切割器20可以对样气中的颗粒物进行切割分类，得到所需粒径范围的颗粒物。通过溶蚀器21对样气中的气态有机物进行吸附，可以去除样气中的气态有机物，避免气态有机物对颗粒物中的有机碳的检测造成干扰。采样完成后，关闭第五控制阀22，可以防止空气进入样品炉中，避免对颗粒物中的有机碳和元素碳的检测造成干扰。
如图5所示，本实施例中，颗粒物切割器20的输出端与溶蚀器21的输入端之间设有第六控制阀23，第六控制阀23的输入端连通有用于过滤空气中的颗粒物以得到空白样气的颗粒物过滤器24。控制第六控制阀23，使溶蚀器21的输入端与颗粒物过滤器24的输出端连通，通过颗粒物过滤器24过滤空气中的颗粒物，得到空白样气，随后的检测过程与正常检测过程一致，从而进行全流程空白，以检查ocec分析系统运行的可靠性。
如图5所示，本实施例中，载气管路15的输出端与第五控制阀22的输入端连通，溶蚀器21外设有用于对溶蚀器21进行加热以当载气管路15中的载气通过第五控制阀22流入溶蚀器21中时将溶蚀器21吸附的气态有机物释放出来的第一加热装置25。溶蚀器21使用一段时间后效率会降低，溶蚀器21为活性炭结构，采用的是物理吸附。在溶蚀器21外安装第一加热装置25，需要对溶蚀器21进行再生时，控制第五控制阀22，使载气管路15的输出端与溶蚀器21连通，载气通过载气管路15流入溶蚀器21，对溶蚀器21进行反向吹扫，通过第一加热装置25对溶蚀器21进行加热，将第一加热装置25的温度控制为某一适当温度(如260℃)，使溶蚀器21中吸附的气态有机物从溶蚀器21中释放出来，从而实现在不拆卸溶蚀器21的情况下对溶蚀器21进行再生，保证溶蚀器21的吸附效率。可选地，第一加热装置25采用加热丝或ptc加热器。
如图5所示，本实施例中，样品炉包括外管26、设置在外管26中并用于将滤膜1固定在外管26中的内管27以及设置在外管26外并用于对滤膜1进行加热的第二加热装置28。内管27将滤膜1压紧固定在外管26中的台阶处，样气和载气等气体流入内管27中后再穿过滤膜1，第二加热装置28可以对滤膜1进行加热。可选地，第二加热装置28采用加热丝。可选地，第二加热装置28外设有风扇，以便对第二加热装置28进行散热。
如图5所示，本实施例中，载气管路15的输出端连通有与外管26和内管27之间的间隙连通并用于利用载气管路15输出的氦气将间隙中的空气吹扫干净的吹扫管路29，吹扫管路29上设有第七控制阀30。外管26和内管27之间存在间隙，该间隙中的空气无法通过载气管路15吹扫干净，形成吹扫死体积。该间隙中的空气一旦流入内管27中，会对有机碳和元素碳的检测造成影响。通过第七控制阀30控制，使载气管路15输出的氦气通过吹扫管路29将该间隙中的空气吹扫干净，达到清除残余氧的目的。
如图5所示，本实施例中，载气管路15的输入端连通有用于提供载气的载气瓶31，氦氧管路16的输入端连通有用于提供氦气与氧气的混合气体的氦氧瓶32，载气管路15上设有阀组33，氦氧管路16的输出端与阀组33的输入端连通。氦氧瓶32输出的氦气与氧气的混合气体流入氦氧管路16后，通过阀组33和载气管路15与样品炉的输入端连通，可以简化流路设计。可选地，阀组33输出端连通有用于测量载气或混合气体的流量的流量控制器34。通过流量控制器34测量载气或混合气体的流量，以便控制输出的载气或混合气体的流量。
如图5所示，本实施例中，激光器17的输出光路上设有分光片35，探测装置包括用于接收透过滤膜1的激光并检测激光的光强的第一探测器36以及用于接收由滤膜1和分光片35反射的激光并检测激光的光强的第二探测器37。激光器17发出激光，激光透过分光片35照射在滤膜1上，一部分激光透过滤膜1后由第一探测器36接收并检测激光的光强，另一部分激光由滤膜1和分光片35反射后由第二探测器37接收并检测激光的光强。通过透射光强和反射光强判断有机碳和元素碳的区分点，区分点判断更准确。
如图5所示，本实施例中，氧化炉18的输出端与二氧化碳传感器19的输入端之间设有第八控制阀38，以便通过关闭第八控制阀38以及其他阀门，检查ocec分析系统的气密性。如果ocec分析系统的气密性不好，环境空气流入样品炉中，会对有机碳和元素碳的检测造成影响。通过关闭第八控制阀38以及其他阀门(例如第六控制阀23、阀组33等)，使ocec分析系统的整个流路处于密封状态，对流路加压后通过流路中的压力传感器的读数观察流路中压力的变化情况，从而实现整个流路的气密性检查。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种质控装置，其特征在于，
包括用于伸入至样品炉中且延伸至滤膜(1)处的喷管(2)、与所述喷管(2)的输入端连通并用于提供定量的标准溶液的标液定量装置(3)以及与所述标液定量装置(3)的输入端连通并用于提供载气以将所述标液定量装置(3)中定量的标准溶液喷射至所述滤膜(1)上的载气装置(4)。
2.根据权利要求1所述的质控装置，其特征在于，
所述标液定量装置(3)包括用于提供标准溶液的标液装置(5)、与所述载气装置(4)的输出端和所述标液装置(5)的输出端分别连通的第一控制阀(6)、与所述第一控制阀(6)的输出端连通的定量装置(7)、与所述定量装置(7)的输出端和所述喷管(2)的输入端分别连通的第二控制阀(8)以及与所述第二控制阀(8)的输出端连通的排空管路(9)。
3.根据权利要求2所述的质控装置，其特征在于，
所述标液装置(5)包括标液瓶(10)、与所述标液瓶(10)的输出端和所述第一控制阀(6)的输入端分别连通的第三控制阀(11)、超纯水瓶(12)以及与所述超纯水瓶(12)的输出端和所述第一控制阀(6)的输入端分别连通的第四控制阀(13)；或者
所述标液装置(5)包括多个与所述第一控制阀(6)的输入端分别连通并用于储存不同浓度的标准溶液的标液瓶(10)。
4.一种ocec分析系统，其特征在于，
包括采样管路(14)、设置在所述采样管路(14)上的样品炉以及设置在所述样品炉中并用于采集样气中的颗粒物的滤膜(1)，
所述样品炉的输入端分别连通有载气管路(15)和氦氧管路(16)，所述样品炉外设有激光器(17)和探测装置，所述样品炉的输出端连通有氧化炉(18)，所述氧化炉(18)的输出端连通有二氧化碳传感器(19)，
所述ocec分析系统还包括权利要求1～3任一项所述的质控装置。
5.根据权利要求4所述的ocec分析系统，其特征在于，
所述采样管路(14)上设有用于对样气中的颗粒物进行切割分类的颗粒物切割器(20)、与所述颗粒物切割器(20)的输出端连通并用于吸附样气中的气态有机物的溶蚀器(21)以及与所述溶蚀器(21)的输出端和所述样品炉的输入端分别连通的第五控制阀(22)。
6.根据权利要求5所述的ocec分析系统，其特征在于，
所述颗粒物切割器(20)的输出端与所述溶蚀器(21)的输入端之间设有第六控制阀(23)，所述第六控制阀(23)的输入端连通有用于过滤空气中的颗粒物以得到空白样气的颗粒物过滤器(24)。
7.根据权利要求5所述的ocec分析系统，其特征在于，
所述载气管路(15)的输出端与所述第五控制阀(22)的输入端连通，所述溶蚀器(21)外设有用于对所述溶蚀器(21)进行加热以当所述载气管路(15)中的载气通过所述第五控制阀(22)流入所述溶蚀器(21)中时将所述溶蚀器(21)吸附的气态有机物释放出来的第一加热装置(25)。
8.根据权利要求4所述的ocec分析系统，其特征在于，
所述样品炉包括外管(26)、设置在所述外管(26)中并用于将所述滤膜(1)固定在所述外管(26)中的内管(27)以及设置在所述外管(26)外并用于对所述滤膜(1)进行加热的第二加热装置(28)。
9.根据权利要求8所述的ocec分析系统，其特征在于，
所述载气管路(15)的输出端连通有与所述外管(26)和所述内管(27)之间的间隙连通并用于利用所述载气管路(15)输出的氦气将所述间隙中的空气吹扫干净的吹扫管路(29)，所述吹扫管路(29)上设有第七控制阀(30)。
10.根据权利要求4所述的ocec分析系统，其特征在于，
所述载气管路(15)的输入端连通有用于提供载气的载气瓶(31)，所述氦氧管路(16)的输入端连通有用于提供氦气与氧气的混合气体的氦氧瓶(32)，所述载气管路(15)上设有阀组(33)，所述氦氧管路(16)的输出端与所述阀组(33)的输入端连通；
所述阀组(33)输出端连通有用于测量载气或混合气体的流量的流量控制器(34)。
11.根据权利要求4所述的ocec分析系统，其特征在于，
所述激光器(17)的输出光路上设有分光片(35)，所述探测装置包括用于接收透过所述滤膜(1)的激光并检测激光的光强的第一探测器(36)以及用于接收由所述滤膜(1)和所述分光片(35)反射的激光并检测激光的光强的第二探测器(37)。
12.根据权利要求4所述的ocec分析系统，其特征在于，
所述氧化炉(18)的输出端与所述二氧化碳传感器(19)的输入端之间设有第八控制阀(38)，以便通过关闭所述第八控制阀(38)以及其他阀门，检查所述ocec分析系统的气密性。
技术总结