专利名称：颗粒物及元素的检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及颗粒物及元素分析领域，尤其涉及基于一个发射源的颗粒物及元素的检测装置及方法。
背景技术：
颗粒物监测系统只能监测一定尺寸范围的颗粒物的含量的变化情况，而颗粒物对人体健康造成危害的一个重要因素是其中包含的有害物质，而金属，尤其是重金属，则是颗粒物上携带的重要有害物质之一。因此，如果能在监测颗粒物含量的同时对颗粒物中的金属元素含量进行检测，更有利于人们了解颗粒物的�：Τ潭�。大气/烟气重金属分析系统只能检测出一定体积气体中的颗粒物中的金属含量，得出的浓度为体积浓度，单位是μ g/m3，然而当金属含量发生变化时，例如金属含量增大时，无法判断是由于颗粒物总量增加引起的重金属含量增大，还是由于颗粒物总量基本没有变而是颗粒物中金属元素的比例增加引起的重金属含量增大，这就需要结合颗粒物浓度进行判断，也就是说需要确定重金属元素的质量浓度(mg/Kg和/或ug/Kg)。现有技术中，颗粒物监测和金属监测一般是两套独立的监测系统，如果想同时了解二者的检测信息，必须使用两套设备，同步采样，还要保证两套设备同步运行，且采样准确性一致。另外现有技术中，也有人将颗粒物监测和金属监测集成在了一套监测系统中，但是该系统是二者的简单叠加，将采样斑点进行两次测量，一次测量颗粒物含量，一次测量金属元素含量，再将两次测量结果结合，提供金属元素的质量浓度；也有些系统是提供两套I: I的采样流路，每次采样后都出现两个采样斑点，其中一个用于检测颗粒物含量，另一个用来检测金属元素含量，再将二者结合，提供金属元素质量浓度。前者同一个采样斑点需要检测两次，增加了检测时间和流程复杂程度；后者，需要有两个1:1的采样斑点，增加了采样系统的复杂性。另外，无论前者或者后者，都要求提供两套完全独立的检测单元，分别用来检测颗粒物含量和重金属元素含量。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种颗粒物及元素的检测装置及方法，仅需一个发射源即可实现颗粒物和元素的检测，具有结构简单、成本低等特点。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:颗粒物及元素的检测装置，所述检测装置包括:一个发射单元，所述一个发射单元用于发射出β射线，以及X射线或Y射线或质子流或中子流，所述一个发射单元内的发射源仅有一个；第一检测单元，所述第一检测单元用于将穿过待测样本的所述β射线转换为第一电信号，并传送到分析单元；第二检测单元，所述第二检测单元用于将所述X射线或Y射线或质子流或中子流在所述待测样本上激发出的荧光转换为第二电信号，并传送到分析单元；分析单元，所述分析单元用于处理接收到的所述第一电信号，从而获知所述待测样本中颗粒物的含量，以及用于处理接收到所述第二电信号，从而获知所述待测样本中的
元素含量。根据上述的检测装置，可选地，所述发射单元进一步包括:转换�？椋鲎荒？橛糜诮龇⑸湓捶⑸涑龅腦射线或Y射线转换为β射线。根据上述的检测装置，优选地，所述转换�？槭枪庖跫牧�。根据上述的检测装置，可选地，所述检测装置进一步包括:滤除�？椋雎顺？橛糜诼顺龇⑸涞ピ⑸涑龅腦射线或Y射线或β射线。根据上述的检测装置，可选地，所述检测装置进一步包括:承载单元，所述承载单元用于承载所述待测样本，并适于所述β射线的穿过。根据上述的检测装置，可选地，所述检测装置进一步包括:取样单元，所述取样单元用于取样待测环境内的气体，所述承载单元分时间地处于所述取样单元内的气体通道上，以富集气体中的颗粒物及元素。根据上述的检测装置，优选地，所述承载单元是微孔滤膜。根据上述的检测装置，优选地，所述发射源是放射性核素。本发明的目的还通过以下技术方案来实现:颗粒物和元素的检测方法，所述检测方法包括以下步骤:(Al)仅有的一个发射源同时或分时间地发射出β射线，以及X射线或Y射线或质子流或中子流；或者仅发射出X射线或Y射线，通过转换�？榻玐射线或Y射线转换为β射线；(Α2)第一检测单元将穿过待测样本的所述β射线转换为第一电信号，并传送到分析单元；第二检测单元将所述X射线或Y射线或质子流或中子流在所述待测样本上的激发出的荧光转换为第二电信号，并传送到分析单元；(A3)分析单元同时或分时间地处理接收到的所述第一电信号、第二电信号，从而获知所述待测样本中的颗粒物和/或元素含量。根据上述的检测方法，可选地，所述检测方法进一步包括以下步骤:(BI)使用微孔滤膜富集气体取样通道内的颗粒物及元素。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:1、结构简单，成本低:仅需一个发射源，同时或者交替测量颗粒物含量和金属元素
含量;2、分析时间短，采样流路简单:颗粒物含量和金属含量同时测量可以节省测量时间，只需要一个采样斑点，采样管路与现有颗粒物测量技术和产品一致，不需要改动；3、(金属)兀素含量结合颗粒物含量,可以推出金属兀素的质量浓度,对金属兀素含量变化的原因作出更具体的解释。
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是:这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中:图1是本发明实施例1的检测装置的基本结构图；图2是本发明实施例1的检测方法的流程图；图3是本发明实施例2的检测装置的基本结构图；图4是本发明实施例2-4中滤膜上采样斑点的结构图；图5是本发明实施例3的检测装置的基本结构图；图6是本发明实施例4的检测装置的基本结构图。
具体实施方式
:图1-6和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。实施例1:图1示意性地给出了本发明实施例的颗粒物及元素的检测装置的基本结构图，如图1所示，所述检测装置包括:—个发射单元1，所述一个发射单元用于从窗口 2发射出β射线，以及X射线或Y射线，所述一个发射单兀I内的发射源仅有一个；仅有的一个发射源同时或分时间地发射出β射线4，以及X射线或Y射线3或质子流或中子流；或者仅发射出X射线或Y射线3或质子流或中子流，通过转换�？榻玐射线或Y射线3转换为β射线4。优选地，所述发射源采用放射性核素，同时发射出β射线，以及X或Y射线或质子流或中子流。第一检测单元12，所述第一检测单元12用于将穿过待测样本6的所述β射线转换为第一电信号，并传送到分析单元；所述第一检测单元采用电子探测器，如闪烁体结合光电倍增管、盖革管等。第二检测单元11，所述第二检测单元11用于将所述X射线或Y射线或质子流或中子流在所述待测样本上激发出的荧光5转换为第二电信号，并传送到分析单元；所述第二检测单元采用S1-PIN、SDD、Si(Li)等半导体探测器，或正比计数器、闪烁体计数器。分析单元104，所述分析单元用于处理接收到的所述第一电信号，从而获知所述待测样本中颗粒物的含量，以及用于处理接收到所述第二电信号，从而获知所述待测样本中的元素含量。所述分析单元采用计算电路或软件�？�。当所述发射源仅发射出X射线或Y射线时，所述发射单元进一步包括:转换�？椋鲎荒？橛糜诮龇⑸湓捶⑸涑龅腦射线或Y射线转换为β射线，从而实现颗粒物的检测。优选地，所述转换�？槭枪庖跫牧�。为了降低在检测过程中X射线或Y射线或β射线的互相影响，可选地，所述检测装置进一步包括:
滤除模块，所述滤除�？橛糜谘≡裥缘芈顺龇⑸涞ピ⑸涑龅腦射线或Y射线或β射线，使得在同一时间仅发射出X射线或Y射线或β射线，实现颗粒物和元素的分时间检测；或者在同一时间，元素检测通道上仅有X射线或Y射线，在颗粒物检测通道上仅有β射线，从而实现颗粒物和元素的同时检测。可选地，所述检测装置进一步包括:承载单元，所述承载单元用于承载所述待测样本，并适于所述β射线的穿过。优选地，所述承载单元是微孔滤膜，使用该滤膜富集气体中的颗粒物及元素，如金属元素。可选地，所述检测装置进一步包括:取样单元，所述取样单元用于取样待测环境内(烟气或大气)的气体，所述承载单元分时间地处于所述取样单元内的气体通道上，以富集气体中的颗粒物及元素。上述滤膜的两端分别绕在主动轮和从动轮上，从而使滤膜通过取样单元内的气体通道，从而富集颗粒物及元素。图2示意性地给出了颗粒物及元素的检测方法，如图2所示，所述检测方法包括以下步骤:(Al)仅有的一个发射源同时或分时间地发射出β射线，以及X射线或Y射线或质子流或中子流；或者仅发射出X射线或Y射线，通过转换�？榻玐射线或Y射线转换为β射线；(Α2)第一检测单元将穿过待测样本的所述β射线转换为第一电信号，并传送到分析单元；第二检测单元将所述X射线或Y射线在所述待测样本上的荧光转换为第二电信号，并传送到分析单元；(A3)分析单元同时或分时间地处理接收到的所述第一电信号、第二电信号，从而获知所述待测样本中的颗粒物和/或元素含量。可选地，所述检测方法进一步包括以下步骤:(BI)使用微孔滤膜富集气体取样通道内的颗粒物及元素。实施例2:根据本发明实施例1的检测装置及方法在烟气中颗粒物、金属元素监测中的应用例，在该应用例中，在线监测烟气中粉尘以及铅、镉等金属元素的含量。图3示意性地给出了本发明实施例的检测装置的基本结构图，如图3所示，所述检测装置包括:一个发射单元1，所述一个发射单元用于从窗口 2发射出β射线4，以及X射线或Y射线3，所述一个发射单元I内的发射源仅有一个，采用放射性核素，同时发射出β射线
4、Χ或Y射线3。第一检测单元12采用电子探测器。第二检测单元11采用S1-PIN探测器，当然还可以是其它半导体探测器，如SDD、Si(Li)等。分析单元104，所述分析单元处理接收到的所述第一电信号，从而获知所述待测样本中颗粒物的含量，以及利用荧光光谱分析技术处理接收到所述第二电信号，从而获知所述待测样本中的铅、镉等金属元素含量。
承载单元采用有机微孔滤膜105，两端分别绕在主动轮101和从动轮103上；取样单元采用抽气泵102、气体管道，用于取样烟道内的烟气；为了排除X或Y射线、β射线间的干扰，在滤膜的下方设置偏转磁场9，使得穿过滤膜的β射线4发生偏转，之后被第一探测单元12接收。在检测过程中，取样单元取样烟道内的烟气，主动轮101转动滤膜105，使得滤膜105处于取样单元内气体通道上，从而富集烟气中的粉尘及铅、镉等金属元素；富集粉尘及铅、镉等金属元素后的滤膜105如图4所示,如图4所示,滤膜105上具有斑点106 ；主动轮101移出富集后的滤膜105，所述发射源发出的X或Y射线及β射线照射在滤膜的富集斑点上，激发出的荧光5被所述第二检测单元11接收，转换为第二电信号，并送分析单元；第一探测单元12接收穿过所述滤膜的偏转后的β射线的强度，转换为第一电信号，并送分析单元104;分析单元104利用荧光光谱分析技术处理接收到的第二电信号，从而获知汞元素的含量；同时，利用接收到的第一电信号得出β射线强度的衰减，从而获知粉尘的含量。根据本发明实施例达到的益处在于:仅采用一个发射源即可同时实现颗粒物及元素的检测，结构简单，成本低，还可以得出金属元素的质量浓度，可广泛应用在烟气监测中。实施例3:根据本发明实施例1的检测装置及方法在烟气中颗粒物、金属元素监测中的应用例，在该应用例中，在线监测烟气中粉尘、汞元素的含量。图5示意性地给出了本发明实施例的检测装置的基本结构图，如图5所示，所述检测装置包括:一个发射单元I,所述一个发射单元用于从窗口 2发射出β射线4，以及X或Y射线3，所述一个发射单元内的发射源仅有一个，采用放射性核素，同时发射出β射线、X或Y射线。第一检测单元12采用电子探测器。第二检测单元11采用正比计数器，该正比计数器对β射线、X射线或Y射线均有响应；为了排除β射线对元素检测的影响，还需使用滤除�？�7及移动�？�8，该滤除�？檠≡裥缘刂糜诓饬客ǖ郎希⒙顺律湎撸北Ｖ射线或Y射线的通过。分析单元104，所述分析单元处理接收到的所述第一电信号，从而获知所述待测样本中颗粒物的含量，以及利用荧光光谱分析技术处理接收到所述第二电信号，从而获知所述待测样本中的汞元素含量。承载单元采用有机微孔滤膜105，两端分别绕在主动轮101和从动轮103上；取样单元采用抽气泵102、气体管道，用于取样烟道内的烟气。在检测过程中，取样单元取样烟道内的烟气，主动轮101转动滤膜105，使得滤膜105处于取样单元内气体通道上，从而富集烟气中的粉尘及汞元素；富集粉尘及汞元素后的滤膜105如图4所示,如图4所示,滤膜105上具有斑点106 ；主动轮101移出富集后的滤膜105，所述发射源发出的X或Y射线及β射线照射在滤膜的富集斑点上，第一探测单元12接收穿过所述滤膜的β射线的强度，转换为第一电信号，并送分析单元104;分析单元104利用接收到的第一电信号得出β射线强度的衰减，从而获知粉尘的含量；移动模块8将所述滤除�？�7置于测量通道上以滤除β射线4，通过的X或Y射线3照射在滤膜的斑点上，激发出的荧光5被所述第二检测单元11接收，转换为第二电信号，并送分析单元104 ;分析单元104利用荧光光谱分析技术处理接收到的第二电信号，从而获知汞元素的含量。从而分时间地检测颗粒物及汞元素的含量。根据本发明实施例达到的益处在于:仅采用一个发射源即可分时间地实现颗粒物及元素的检测，结构简单，成本低，还可以得出金属元素的质量浓度，可广泛应用在烟气监测中。实施例4:根据本发明实施例1的检测装置及方法在大气中颗粒物、金属元素监测中的应用例，在该应用例中，在线监测大气中粉尘、铅、镉等金属元素的含量，使用大气颗粒物切割头收集粉尘，如ΡΜ10、ΡΜ2.5，切割头是本领域的现有技术，在此不再赘述。图6示意性地给出了本发明实施例的检测装置的基本结构图，如图6所示，所述检测装置包括:一个发射单元1，所述一个发射单元内的发射源仅有一个，采用射线装置，仅从2个窗口 2发射出X射线3。第一检测单元12采用电子探测器。第二检测单元11采用SDD探测器；转换�？�10采用光阴极材料及电源，光阴极材料可采用锑铯化合物、双碱阴极等，所述电源为所述光阴极材料供电，提供电子。分析单元104，所述分析单元处理接收到的所述第一电信号，从而获知所述待测样本中颗粒物的含量，以及利用荧光光谱分析技术处理接收到所述第二电信号，从而获知所述待测样本中的汞元素含量。承载单元采用有机微孔滤膜105，两端分别绕在主动轮101和从动轮103上；取样单元采用抽气泵102、气体管道，用于取样大气。在检测过程中，取样单元取样大气，主动轮101转动滤膜，使得滤膜105处于取样单元内气体通道上，从而富集大气中的粉尘及铅、镉等金属元素；富集粉尘及铅、镉等金属元素后的滤膜105如图4所示,如图4所示,滤膜105上具有斑点106 ；主动轮101移出富集后的滤膜105，所述发射源发出的X或Y射线3照射在滤膜105的富集斑点上，同时，部分X射线照射在所述光阴极材料上，转换出β射线4，所述β射线4也照射在所述富集斑点上，第一探测单元12接收穿过所述滤膜的β射线的强度，转换为第一电信号，并送分析单元；分析单元104利用接收到的第一电信号得出β射线强度的衰减，从而获知粉尘的含量；Χ射线或Y射线在富集斑点上激发出的荧光被所述第二检测单元11接收，转换为第二电信号，并送分析单元；分析单元104利用荧光光谱分析技术处理接收到的第二电信号，从而获知铅、镉等金属元素的含量。从而分时间地检测颗粒物及铅、镉等金属元素的含量。根据本发明实施例达到的益处在于:仅采用一个发射源即可同时实现颗粒物及元素的检测，结构简单，成本低，还可以得出金属元素的质量浓度，可广泛应用在大气监测中。
权利要求
1.粒物及元素的检测装置，其特征在于:所述检测装置包括: 一个发射单元，所述一个发射单元用于发射出β射线，以及X射线或Y射线或质子流或中子流，所述一个发射单元内的发射源仅有一个； 第一检测单元，所述第一检测单元用于将穿过待测样本的所述β射线转换为第一电信号，并传送到分析单元； 第二检测单元，所述第二检测单元用于将所述X射线或Y射线或质子流或中子流在所述待测样本上激发出的荧光转换为第二电信号，并传送到分析单元； 分析单元，所述分析单元用于处理接收到的所述第一电信号，从而获知所述待测样本中颗粒物的含量，以及用于处理接收到所述第二电信号，从而获知所述待测样本中的元素含量。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于:所述发射单元进一步包括: 转换�？椋鲎荒？橛糜诮龇⑸湓捶⑸涑龅腦射线或Y射线转换为β射线。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于:所述转换�？槭枪庖跫牧�。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于:所述检测装置进一步包括: 滤除�？椋雎顺？橛糜诼顺龇⑸涞ピ⑸涑龅腦射线或Y射线或β射线。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于:所述检测装置进一步包括: 承载单元，所述承载单元用于承载所述待测样本，并适于所述β射线的穿过。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于:所述检测装置进一步包括: 取样单元，所述取样单元用于取样待测环境内的气体，所述承载单元分时间地处于所述取样单元内的气体通道上，以富集气体中的颗粒物及元素。
7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于:所述承载单元是微孔滤膜。
8.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于:所述发射源是放射性核素。
9.粒物和元素的检测方法，所述检测方法包括以下步骤: (Al)仅有的一个发射源同时或分时间地发射出β射线，以及X射线或Y射线或质子流或中子流；或者仅发射出X射线或Y射线，通过转换模块将X射线或Y射线转换为β射线； (Α2)第一检测单元将穿过待测样本的所述β射线转换为第一电信号，并传送到分析单元； 第二检测单元将所述X射线或Y射线或质子流或中子流在所述待测样本上的荧光转换为第二电信号，并传送到分析单元； (A3)分析单元同时或分时间地处理接收到的所述第一电信号、第二电信号，从而获知所述待测样本中的颗粒物和/或元素含量。
10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于:所述检测方法进一步包括以下步骤: (BI)使用微孔滤膜富集气体取样通道内的颗粒物及元素。
全文摘要
本发明公布了颗粒物及元素的检测装置，包括一个发射单元，用于发射出β射线，以及X射线或γ射线，所述一个发射单元内的发射源仅有一个；第一检测单元将穿过待测样本的所述β射线转换为第一电信号，并传送到分析单元；第二检测单元将所述X射线或γ射线在所述待测样本上的荧光转换为第二电信号，并传送到分析单元；分析单元用于处理接收到的所述第一电信号，从而获知所述待测样本中颗粒物的含量，以及用于处理接收到所述第二电信号，从而获知所述待测样本中的元素含量。本发明还公布了应用上述装置的检测方法。本发明仅需一个发射源即可解决颗粒物及元素检测，具有结构简单、成本低、检测时间短等优点，可广泛应用于烟气、大气的监测中。
文档编号G01N23/223GK103091344SQ201210598590
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者姜雪娇, 胡亚军, 刘韬, 胡杰, 叶华俊 申请人:聚光科技(杭州)股份有限公司
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