CN105203502B - 一种气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪和操作方法，仪器包括载气和采样‑分析气路系统，载气气路系统包括He主气、He吹扫气、He/Ox气和He/CH₄气气路；采样‑分析气路系统包括采样、解析‑氧化炉和分析气路；在线采集分析方法依次包括采样、吹扫、OC分析、EC分析、甲烷定量、甲烷标定、仪器冷却和待机。本发明在激光光路中不设置除石英膜外的其他结构，保证光路的准确性；实现透射激光和反射激光同时对切割点进行校正，综合反映膜黑度的变化；设计阀体使甲烷内标气的定量误差大大降低，保证内标气的稳定，提高EC、OC测量结果的准确性；设计气路保证分析阶段系统内载气成分单一和系统背景的稳定。

Description

一种气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪及其方法

技术领域

本发明涉及环境质量监测仪器，尤其涉及一种气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪及其在线采集分析方法。

背景技术

大气气溶胶中的碳质组分，通常占大气细粒子质量浓度的10-70％，是大气细粒子的重要组成成分。其可分为三大类：有机碳(Organic Carbon，OC)、元素碳(ElementalCarbon，EC)和碳酸碳(Carbonate Carbon，CC)。OC是指一种含有上百种有机化合物(如脂肪族、芳香族、酸类等)的混合体，主要来源于一次燃烧过程的排放、生物排放，以及气态有机污染物参与光化学反应和气粒转化过程的排放。EC通常是指化石燃料或生物质等含碳物质经过不完全燃烧后直接排放的一种结晶度很低的无定形碳。CC主要存在于土壤和煤矿飞尘的粗粒子中，其质量浓度远小于OC和EC，故一般被忽略。

大气气溶胶中的碳质组分能够对全球气候、大气能见度以及人体健康等方面产生影响。EC作为大气气溶胶中最主要的光学吸收成分，不仅可以吸收从红外到紫外的全波段的光，还能加深颗粒物的颜色，使一些原本对辐射没有吸收或者吸收较小的颗粒物产生光吸收性，从而增加正辐射强迫。此外，碳质气溶胶还可以作为凝结核改变大气中云滴的浓度和寿命，间接影响地球辐射平衡。在能见度方面，EC对光强大的吸收作用和OC对光的散射作用能够显著降低区域大气的能见度。在人体健康方面，气溶胶中的碳质组分大部分存在于细粒子(0.1-1μm)中，因而很容易通过人体的呼吸作用进入肺部，破坏肺的结构和功能，引发慢性呼吸道疾病等。因此，研究大气气溶胶的碳质组分具有重要意义，也成为当今环境监测领域的热点。

目前，对大气气溶胶的碳质组分的研究，主要有两种方法：膜采样离线分析法和在线采样分析法。与离线分析法相比，在线采样分析法克服了其时间分辨率低、人为干扰较大的缺点，具有更大的应用市场。然而目前商用在线气溶胶碳质组分分析仪在结构和功能上还存在一些不足：1、切割点校正方法单一，只使用透射激光校正法或反射激光校正法的某一种，不能综合反映膜黑度的变化；2、石英膜上的热量主要从石英管内部烧制的一圈与石英膜接触的结构以及周围的空气传递，加热缓慢且不均匀；3、炉管内部烧制一石英薄片，在使用过程中会受到污染，影响光路的准确性；4、载气使用浪费且分配不合理：甲烷内标气全程排出，造 成较大的浪费；载气用量在整个分析过程中并不恒定，从氦气变为氦气+氧气，会造成背景波动影响测量结果。5、控制甲烷定量环的阀体结构具有较大死体积，会导致甲烷峰不稳定。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，该仪器在激光光路中不设置除石英膜外的其他结构，保证了光路的准确性；还实现了透射激光和反射激光同时对切割点进行校正，综合反映膜黑度的变化；阀体设计使甲烷内标气的定量误差大大降低，保证了内标气的稳定，提高了有机碳(Organic Carbon，OC)和元素碳(Elemental Carbon，EC)测量结果的准确性；气路设计保证了分析阶段系统内载气成分恒定，保证了系统背景的稳定。

本发明的工作原理是：利用石英膜采集颗粒物样品，先在He气的非氧化环境下逐级加热石英膜，将颗粒物中的OC挥发出来(有一部分OC炭化成EC)，再在载气中加入He/O_x并继续逐级升温，将EC氧化使其逸出。从石英膜上逸出的OC和EC进入氧化炉管，经过MnO₂的催化氧化作用转化成CO₂，最后进入NDIR检测器定量。在整个加热过程中，激光发射器始终发射一束激光，经石英膜透射和反射后到达透射激光信号检测器和反射激光信号检测器。透射激光和反射激光开始时随着OC的炭化而减弱，之后又随着EC的氧化分解逐渐增强，当恢复到最初光强时即认为到达OC、EC的分割点，即：该点之前热分解出的碳质组分是OC，该点之后的碳质组分为EC。

本发明提供的技术方案是：

本发明专利设计了一种气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，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主气气路、He吹扫气气路、He/Ox气气路和He/CH₄气气路；

所述He主气气路由依次连接的He气钢瓶气、第一减压阀、第一质量流量控制器和第一三通电磁阀组成；

所述He吹扫气气路由依次连接的所述He气钢瓶气、所述第一减压阀和第二质量流量控制器组成；

所述He/Ox气气路由依次连接的He/Ox气钢瓶气、第二减压阀、第三质量流量控制器、第二三通电磁阀和第三三通电磁阀组成；

所述He/CH₄气气路由依次连接的He/CH₄气钢瓶气、第三减压阀、第四质量流量控制器和六通阀组成；

所述第一减压阀通过第一三通接头与所述第一质量流量控制器和所述第二质量流量控制器相连；所述第一质量流量控制器通过第二三通接头与所述第一三通电磁阀的常开端和所述第二三通电磁阀的常闭端相连；所述第一三通电磁阀常闭端与所述六通阀的三口相连；所述第二三通电磁阀的常开端与所述第三三通电磁阀的公共端相连；所述第二三通电磁阀的公共端通过第三三通接头与所述第三质量流量控制器和所述六通阀的四口相连；所述六通阀的二口和五口相连，作为甲烷内标气的定量环；所述六通阀的六口设置为He/CH₄气的排空端；所述第四质量流量控制器与所述六通阀的一口相连；

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；

所述解析-氧化炉包括解析-氧化炉管；所述解析-氧化炉管包括解析炉主管、解析炉副管和氧化炉管；

所述采样气路包括依次连接的切割头、挥发性有机化合物(VOCs)去除管、球阀、解析-氧化炉管、二通电磁阀、第五质量流量控制器和采样泵；在所述采样气路中，所述VOCs去除管与所述球阀的主进气口相连；所述球阀出气口前端设置一侧进气口，所述球阀出气口和所述球阀侧进气口相连通；所述球阀的侧进气口与所述第一三通电磁阀的公共端相连；所述球阀的出气口通过第一接头连接所述解析-氧化炉管的解析炉主管；所述二通电磁阀主进气口后端设置一侧进气口，所述二通电磁阀的主进气口和所述二通电磁阀的侧进气口相连通；所述二通电磁阀的主进气口通过第二接头与所述解析-氧化炉管的解析炉副管相连；所述二通电磁阀的侧进气口与所述第二质量流量控制器相连；所述二通阀的出气口与所述第五质量流量控制器相连；

所述分析气路包括依次连接的所述解析-氧化炉的解析-氧化炉管、第四三通电磁阀、非色散红外光谱(NDIR)检测器和流量计；

所述第一接头和第二接头内部设置一反射激光校正系统和一透射激光校正系统；所述解析-氧化炉管的氧化炉管的出口通过第三接头与所述第四三通电磁阀的公共端相连；所述第四三通电磁阀的常闭端与所述第三三通电磁阀的常闭端相连；所述第四三通电磁阀的常开端与NDIR检测器的入口端相连；所述NDIR检测器出口端与所述流量计入口端相连；所述流量计出口端设置为尾气排空端。

针对上述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，进一步地，所述载气气路系统和采样-分析气路系统中，连接所述钢瓶气、减压阀、质量流量控制器、采样切割头、VOCs去除管 和球阀的管路采用不锈钢管或铜管；其余气路采用不锈钢管、铜管、硅橡胶管或聚四氟乙烯管。

针对上述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，进一步地，所述解析-氧化炉管还包括第一支管、第二支管和一套在所述解析炉主管内的进样管，各所述管件的轴线位于同一平面上；所述解析-氧化炉还包括外壳、电炉丝和K型热电偶；K型热电偶包括第一测温K型热电偶和第二测温K型热电偶；所述解析-氧化炉管放置在所述外壳内；所述氧化炉管的中间部分内部填充分析纯级的二氧化锰催化剂；

所述进样管通过第四接头与所述解析炉主管固定连接；所述解析炉主管和所述解析炉副管成一条直线，且在连接处中间烧制一石英多孔板，所述进样管与所述石英多孔板中间放置石英膜；所述解析-氧化炉管在所述石英多孔板对应的位置外部包裹一电炉丝；所述解析炉主管和所述解析炉副管连接处还设置所述氧化炉管和所述第一支管，与所述解析炉主管所在的直线垂直，且两者分别位于该直线两侧；所述第一支管前端封口，其内部插入所述第一测温K型热电偶，并通过第五接头固定，所述第一测温K型热电偶顶端与所述第一支管前端接触；所述第二支管设置在所述氧化炉管中间部分靠近所述解析炉主管一侧，并与所述氧化炉管垂直，所述第二支管前端不封口；所述氧化炉管外部放置所述第二测温K型热电偶，所述第二测温K型热电偶前端接触所述氧化炉管外壁，所述氧化炉管和所述第二测温K型热电偶一起被包裹在另一电炉丝中；所述第二支管的出气口通过第六接头与所述第三三通电磁阀的常开端相连。

上述解析-氧化炉的外壳为铝板，紧贴所述外壳内壁有一层保温板，一部分所述保温板将炉膛分隔为解析室和氧化室两部分：所述解析炉管主管、所述解析炉副管和所述第一支管位于所述解析室内；所述氧化炉管和所述第二支管位于所述氧化室内；所述保温板采用莫来石材料加工制成；所述氧化室内部填充陶瓷纤维棉的保温材料。

解析-氧化炉靠所述解析炉主管一侧设置有一侧放的风机，所述风机出风口位置对应所述解析室内所述石英多孔板位置；所述外壳和所述保温板对应出风口位置被掏空；所述外壳上部设置有一通风管，所述通风管与所述外壳连接处位于所述石英多孔板正上方，所述外壳和所述保温板对应连接处位置被掏空；所述通风管出口处设置在所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪的外部。

解析-氧化炉中，电炉丝的工作电压为220V，功率为1500W，其外部套有石英纤维套管， 所述电炉丝采用比例微分积分结合脉冲宽度调制方法进行加热控制。

解析-氧化炉管各部分均为耐高温石英材料，所述解析炉管主管为外径为20毫米，所述解析炉管副管外径为10毫米，所述氧化炉管中间部分外径为13毫米，所述第一支管和所述第二支管外径为6.35毫米，所述进样管外径为16毫米。

解析-氧化炉中，所述石英多孔板是一均匀分布有六个小圆孔的圆环石英板，所述圆环石英板的内径为6毫米，外径为17毫米，小圆孔的直径为2毫米；所述石英膜和所述石英多孔板接触，所述石英多孔板对所述石英膜起到支撑的作用。

解析-氧化炉中，进一步地，第一接头和第二接头内部设置一反射激光校正系统和一透射激光校正系统；

所述反射激光校正系统包括一激光发射器、石英片、第一滤光片和一反射激光信号检测器；所述透射激光校正系统包括所述激光发射器、所述石英片、第二滤光片和透射激光信号检测器；

所述反射激光校正系统位于所述第一接头内部：所述第一接头外侧设置一用于插设固定所述激光发射器的激光发射器凹槽，所述激光发射器凹槽的中心线与所述第一接头的中心线重合；所述石英片通过O圈密封固定在所述激光发射器凹槽内，且紧贴所述激光发射器前端放置；所述激光发射器凹槽前端还设置一与所述进样管连通的第一气槽；所述第一接头侧边设置一垂直于所述第一气槽的第二气槽，所述第一气槽和所述第二气槽之间相互连通；所述第一接头内侧还设置一用于插设固定所述反射激光信号检测器的反射激光信号检测器凹槽；所述第一滤光片通过O圈密封固定在所述反射激光信号检测器凹槽内，且紧贴所述反射激光信号检测器前端放置；所述透射激光校正系统位于所述第二接头内部：所述第二接头外侧设置一用于插设固定所述透射激光信号检测器的透射激光信号检测器凹槽，其中心线与所述第二接头的中心线重合；所述第二滤光片通过O圈密封固定在所述透射激光信号检测器凹槽内，且紧贴所述透射激光信号检测器前端放置；所述透射激光信号检测器凹槽前端还设置一与所述副管连通的第三气槽；所述第二接头侧边还设置一垂直于所述第三气槽的第四气槽，所述第三气槽与所述第四气槽之间相互连通。

上述激光发射器采用中心发射波长为660nm、功率为50mW和发射频率为1Hz的点状红光激光发射器；所述滤光片采用中心波长为660nm和带宽为8nm的滤光片；所述透射激光信号检测器和反射激光信号检测器为能够对660nm激光产生高灵敏度的线性响应的光电二极管。

上述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪中，第一、第二接头为内配置O圈的铝质接头；第三、第五、第六接头为内配置O圈的不锈钢接头；第四接头为内配置O圈的塑料接头。

本发明提供的气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪在工作时，通过控制电路、单片机和工控机三者结合，来实现对采集分析仪的自动化控制；所述控制电路为采集分析仪中所有硬件提供工作电压和DO、AO控制信号，同时负责采集和放大相应的检测信号，以供所述单片机进行A/D转换，然后为所述工控机所读取和识别；所述NDIR检测器则直接与所述工控机进行通信。可通过利用计算机语言编写的计算机软件灵活地对采集分析仪进行自动化控制，并对数据进行自动分析；该计算机软件包括控制程序和数据处理程序两部分；所述控制程序中嵌套有状态显示窗口、参数设定窗口、各阀体单独控制窗口、标定曲线窗口；所述状态显示窗口能够显示采集分析仪的实时运行状态和温度、流量、激光、NDIR的参数，所述参数设定窗口能够进行各载气流量、采样时间及流量、升温程序、温控PID参数、CO₂延迟时间的设定，所述各阀体单独控制窗口能够控制各个阀体的开闭，以便状态检查和故障排查；所述标定曲线窗口能够根据输入的多点标定结果自动生成标准曲线；所述数据处理程序可根据标准曲线得到样品的OC和EC浓度。

本发明还提供利用上述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪的在线采集分析方法，依次包括采样阶段、吹扫阶段、OC分析阶段、EC分析阶段、甲烷定量阶段、甲烷标定阶段、仪器冷却和待机阶段；具体包括如下过程：

1)采样阶段：通过采样气路采集空气样品；

采样时间及采样流量可以根据大气污染情况由用户自行设定；

采样阶段开始后，仪器(气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪)的球阀212、泵215、二通电磁阀213、风机24打开，空气在泵215的作用下依次进入切割头210、VOCs去除管211、球阀212，并通过接头220进入解析炉主管2210中；空气样品通过石英膜2218时，颗粒物被截留在石英膜2218上；与此同时，He主气通过质量流量控制器112、三通电磁阀113、球阀212的侧进气口进入解析炉主管2210；He/O_x载气通过质量流量控制器132、三通电磁阀133、三通电磁阀134、三通电磁阀230、进入氧化炉管2212；He主气、He/O_x载气与采样空气一起混合通过解析炉副管2211、二通电磁阀213、质量流量控制器214、采样泵215后被排出。该过程中，He主气与He/O_x载气保证解析-氧化炉管221处于干燥环境，防止水汽进入氧化炉管2212中造成催化剂中毒；各三通电磁阀及六通阀均保持未通电状态：三通电磁阀 阀体的C(公共)端和NO(常开)端连通，六通阀的12口、34口、56口相通；氧化炉保持500℃；采样时间及采样流量可以根据大气污染情况由用户自行设定。

2)吹扫过程：He主气、He吹扫气和He/O_x载气一起混合，吹扫过程持续一段时间；

吹扫阶段开始后，仪器球阀212、泵215、二通电磁阀213、风机24关闭，He主气流路不变；He吹扫气通过质量流量控制器122、二通电磁阀213的侧进气口进入解析炉副管2211；He/O_x载气通过质量流量控制器132、三通电磁阀133、三通电磁阀134进入支管2215；He主气、He吹扫气和He/O_x载气一起混合通过氧化炉管2212、三通电磁阀230、NDIR检测器231、流量计232并被排出。吹扫过程持续200s，以保证将炉管内残余的气体被充分吹出，且石英膜2218处于非氧化环境中。此过程中，解析炉保持10℃，氧化炉快速升温并保持在870℃，在吹扫阶段的倒数30s，软件开始记录各参数数据并开始绘制图像。

3)OC分析过程：OC在He气无氧环境中被逐步热解析挥发出；转化为CO₂并被NDIR检测器定量；

OC分析过程：OC分析过程开始后，各阀体与质量流量控制器的的状态保持不变，即各载气流量和气路流向保持不变。石英膜2218上的OC在用户自主选择的升温程序中被逐步热解析出来，进入氧化炉管2212中转化为CO₂并被NDIR检测器231定量；氧化炉保持870℃。

4)EC分析过程：EC在氧化环境中被氧化，进一步转化为CO₂并被NDIR检测器定量；

EC分析过程开始后，三通电磁阀113、133和134打开，即阀体的C端和NC端连通，其余三通电磁阀仍保持未通电状态。He吹扫气气路保持不变，He主气通过质量流量控制器112、三通电磁阀133进入六通阀143的4口；He/O_x载气通过质量流量控制器132、三通接头153与He主气混合，再经过六通阀143、三通电磁阀113进入解析炉主管2210；该过程中，石英膜2218处于氧化环境中，其上原有的EC和一部分OC炭化成的EC在升温程序中被氧化，进入氧化炉管2212中进一步转化为CO₂并被NDIR检测器231定量；氧化炉保持870℃。

5)甲烷定量过程：定量环中注入He/CH₄内标气；

甲烷定量过程开始后，各阀体状态与上阶段保持一致，He主气、He吹扫气和He/O_x载气气路和流量均保持不变；质量流量控制器142开启，He/CH₄内标气通过质量流量控制器142、六通阀1口进入六通阀2口和5口中间的管路(定量环)，此过程维持50s，待He/CH₄内标气充满定量环后，多余的He/CH₄内标气通过六通阀的6口排出。此过程中风机24开启，对解析炉进行降温；氧化炉保持870℃。

6)甲烷标定过程：He主气和He/O_x载气混合气将定量环中原有的He/CH₄内标气吹出并 氧化，转化为CO₂被NDIR检测器定量；

甲烷标定过程开始后，各三通电磁阀阀体状态与上阶段保持一致，六通阀143打开，即阀体的16口、23口、45口相连通；质量流量控制器142关闭，He/CH₄流量为0。He吹扫气气路保持不变；He主气通过质量流量控制器112、三通电磁阀133进入六通阀143；He/O_x载气通过质量流量控制器132、三通接头153与He主气混合，He主气和He/O_x载气混合气进入六通阀143，将定量环中原有的He/CH₄内标气吹入三通电磁阀113，最后进入解析炉主管2210，并在氧化炉管2212中转化为CO₂并被NDIR检测器231定量。此过程维持15s，期间风机24维持开启，对解析炉继续降温；氧化炉保持870℃。

7)冷却过程：仪器降温，自动停止分析阶段，保存数据与曲线，进入待机过程；

冷却过程开始后，各三通电磁阀体与质量流量控制器的状态与EC过程一致，六通阀关闭；风机24维持开启，对解析炉继续降温；氧化炉保持870℃。当解析炉温度降至75℃以下时，仪器自动停止分析阶段，保存数据与曲线，进入待机过程，等待进行下一次采样-分析。

8)待机过程：等待进行下一次采样-分析。

冷却过程结束后，仪器进入待机过程，各阀体与质量流量控制器的状态与吹扫过程一致，即各载气流量和气路流向与吹扫过程一致。风机维持开启，解析炉温度设定为10℃，氧化炉温度降至500℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，在激光光路中不设置除石英膜外的其他结构，保证了光路的准确性；还实现了透射激光和反射激光同时对切割点进行校正，综合反映膜黑度的变化；阀体设计使甲烷内标气的定量误差大大降低，保证了内标气的稳定，提高了EC、OC测量结果的准确性；气路设计保证了整个分析阶段系统内载气成分维持不变，保证了系统背景的稳定。本发明采取以上技术方案，具体地，具有以下优点：

1、激光光路中不设置除石英膜外的其他结构，激光光源发出的激光经石英膜反射和透射后直接到达反射和透射激光检测器，有效的保证了检测器接收到的激光的准确性，使分割点的判断更为准确；

2、综合采用反射激光光电检测系统和透射激光光电检测系统，能够同时反映石英膜表面和厚度方向的黑度变化，便于综合判断分割点，且透射激光和反射激光OC/EC分割点的时间间隔还能进一步反映系统升温的快速程度；

3、使用六通阀对甲烷内标气的定量和注入进行控制，大大减少了因三通电磁阀阀体死体积过大造成的内标气体积不稳定的情况，提高了EC、OC测量结果的准确性；

4、自行设计气路系统，对各气体的使用进行了合理的安排，不仅高效地节约了载气的使用量，还在整个工作流程中实现了载气的一致性，提高了分析阶段炉腔内气体背景及气体压强的稳定性；且激光发射器、透射和反射激光检测器周围均有载气通过，带走了激光发射器、透射和反射激光检测器产生的一部分热量，有利于激光检测系统的稳定；

5、炉丝的温度控制采用比例微分积分算法结合脉冲宽度调制技术，使持续加热变为脉冲加热，增大了炉丝的使用寿命，有利于仪器的长期稳定运行。

本发明实用性强，运行成本低、管理方便，适用于实验室研究和全国各地环境保护自动监测站的使用，能够获得更加真实和准确的大气气溶胶碳质组分的数据。

使用本发明提供的技术方案，可获得更准确的监测数据，为更清楚地了解气溶胶的污染现状、治理大气污染和改善空气质量提供支持。

附图说明

图1是本发明实施例提供的气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪的结构图；

图2是本发明实施例提供的解析-氧化炉的结构图；

图1～图2中，1—载气气路系统；2—采样-分析气路系统；11—He主气气路；12—He吹扫气气路；13—He/O_x气气路；14—He/CH₄气气路；110—He气钢瓶气110；111—第一减压阀；112—第一质量流量控制器；113—第一三通电磁阀；122—第二质量流量控制器；130—He/O_x气钢瓶气；131—第二减压阀；132—第三质量流量控制器；133—第二三通电磁阀；134—第三三通电磁阀；140—He/CH₄气钢瓶气；141—第三减压阀；142—第四质量流量控制器；143—六通阀；151—第一三通接头；152—第二三通接头；153—第三三通接头；21—采样气路；22—解析-氧化炉；23—分析气路；210—切割头；211—VOCs去除管；212—球阀；213—二通电磁阀；214—第五质量流量控制器；215—采样泵；220—第一接头；221—解析-氧化炉管；222—第二接头；223—第三接头；224—电炉丝；225—K型热电偶；226—外壳；227—第四接头；228—第五接头；229—第六接头；230—第四三通电磁阀；231—NDIR检测器；232—流量计；2210—解析炉主管；2211—解析炉副管；2212—解析-氧化炉管的氧化炉管；2214—第一支管；2215—第二支管；2216—进样管；2217—石英多孔板；2218—石英膜；

图3是本发明实施例提供的激光校正系统的结构图；

图4是本发明实施例提供的反射激光校正系统的结构图；

图5是本发明实施例提供的透射激光校正系统(不含激光发射器)的结构图；

图3～图5中，30—反射激光校正系统；31—透射激光校正系统；301—激光发射器；302—石英片；303—第一滤光片；304—反射激光信号检测器；310—第二滤光片；311—透射激光信号检测器；305—激光发射器凹槽；306—第一气槽；307—第二气槽；308—反射激光信号检测器凹槽；312—透射激光信号检测器凹槽；313—第三气槽；314—第四气槽。

图6是本发明实施例提供的气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪各阶段工作流程框图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

本发明提供一种气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，在激光光路中不设置除石英膜外的其他结构，保证了光路的准确性；还实现了透射激光和反射激光同时对切割点进行校正，综合反映膜黑度的变化；阀体设计使甲烷内标气的定量误差大大降低，保证了内标气的稳定，提高了EC、OC测量结果的准确性；气路设计保证了分析阶段系统内载气成分恒定，保证了系统背景的稳定。

如图1所示，本发明实施例提供的气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪主要包括：载气气路系统1和采样-分析气路系统2两个部分。载气气路系统1包括He主气气路11、He吹扫气气路12、He/O_x气气路13和He/CH₄气气路14，其中：He主气气路11由依次连接的He气钢瓶气110、减压阀111、质量流量控制器112、三通电磁阀113组成，He主气气路11主要用于控制主载气He气；He吹扫气路由依次连接的He气钢瓶气110、减压阀111、质量流量控制器122组成，主要用于吹扫并对旁路气体进行补充；He/O_x气气路13由依次连接的He/O_x气钢瓶气130、减压阀131、质量流量控制器132、三通电磁阀133、三通电磁阀134组成；He/CH₄气气路14由依次连接的He/CH₄气钢瓶气140、减压阀141、质量流量控制器142、六通阀143组成。减压阀111通过三通接头151与质量流量控制器112和质量流量控制器122相连；质量流量控制器112通过三通接头152与三通电磁阀113的常开端和三通电磁阀133的常闭端相连；三通电磁阀113的常闭端与六通阀的3口相连；三通电磁阀133的常开端与三通电磁阀134的公共端相连；三通电磁阀133的公共端通过三通接头153与所述质量流量控制器132和六通阀143的4口相连；质量流量控制器142与六通阀143的1口相连；六通阀143的2口和5口相连，作为甲烷内标气的定量环；六通阀143的6口设置为He/CH₄气的排空端。

上述实施例中，载气气路系统1中使用的He气为99.99％的高纯He气，He/O_x气为O₂体 积浓度为10％的混合气，He/CH₄为CH₄体积浓度为5％的混合气。

上述实施例中，载气气路系统1中连接钢瓶气、减压阀、质量流量控制器的管路可采用不锈钢管或铜管；其余气路可采用不锈钢管、铜管、硅橡胶管或聚四氟乙烯管。

如图1和图2所示，本发明的采样-分析气路系统2包括采样气路21、解析-氧化炉22、分析气路23，其中：采样气路21包括依次连接的切割头210、VOCs去除管211、球阀212、解析-氧化炉管221、二通电磁阀213、质量流量控制器214、采样泵215；VOCs去除管211与球阀212的主进气口相连；球阀212出气口前端设置一侧进气口，球阀212出气口和侧进气口相连通，该侧进气口与三通电磁阀113的公共端相连；球阀212的出气口通过接头220与解析-氧化炉管221的解析炉主管2210相连；二通电磁阀213的主进气口后端设置一侧进气口，主进气口和侧进气口相连通，主进气口通过接头222连接解析炉副管2211；二通电磁阀213的侧进气口与质量流量控制器122相连；二通电磁阀213的出气口与质量流量控制器214的进气口相连，质量流量控制器214的出气口与采样泵215相连。分析气路23包括依次连接的解析-氧化炉管221、三通电磁阀230、NDIR检测器231、流量计232，解析-氧化炉管221的氧化炉管2212的出口通过接头223与三通电磁阀230的公共端相连；三通电磁阀230的常闭端与三通电磁阀134的常闭端相连；三通电磁阀230的常开端与NDIR检测器231的入口端相连；NDIR检测器231的出口端与流量计232的入口端相连；流量计232的出口端设置为尾气排空端。解析-氧化炉22包括解析-氧化炉管221、电炉丝224、K型热电偶225、外壳226。解析-氧化炉管221放置在所述外壳226内；解析-氧化炉管221包括解析炉主管2210、解析炉副管2211、氧化炉管2212第一支管2214、第二支管2215和一套在解析炉主管2210内的进样管2216，各管件轴线位于同一平面上。进样管2216通过接头227与解析炉主管2210固定相连；解析炉主管2210和解析炉副管2211成一条直线，且在连接处中间烧制一石英多孔板2217，解析-氧化炉管221在石英多孔板2217对应的位置外部包裹电炉丝224，进样管2216与石英多孔板2217中间放置石英膜2218；解析炉主管2210和副管2211连接处设置氧化炉管2212和第一支管2214，与解析炉主管2210所在的直线垂直，且分别位于该直线两侧；第一支管2214前端封口，其内部插入一测温K型热电偶225，并通过接头228固定，K型热电偶225顶端与第一支管2214前端接触；第二支管2215设置在氧化炉管2212中间部分靠近解析炉主管2210一侧，并与氧化炉管2212垂直，第二支管2215前端不封口；氧化炉管2212外部放置另一测温K型热电偶225，K型热电偶225前端接触氧化炉管2212中间部分外壁；氧化炉管2212和测温K型热电偶225一起被包裹在另一所述电炉丝224中；第二支管2215的出气口通过接头229与三通电磁阀134的常开端相连。

上述实施例中，连接采样切割头210、VOCs去除管211、球阀212的管路可采用不锈钢管或铜管；其余气路可采用不锈钢管、铜管、硅橡胶管或聚四氟乙烯管。

上述实施例中，接头220、222为内配置O圈的铝质接头；接头223、225、229为内配置O圈的不锈钢接头；接头227为内配置O圈的塑料接头。

上述实施例中，氧化炉管2212中间部分内部填充分析纯级的二氧化锰催化剂。

上述实施例中，外壳226为厚度10毫米的铝板，紧贴外壳226内壁有一层保温板，还有一部分保温板将炉膛分隔为解析室和氧化室两部分：解析炉管主管2210、解析炉副管2211和第一支管2214位于解析室内；氧化炉管2212、第二支管2215位于氧化室内；保温板采用莫来石材料加工制成；氧化室内部空间填充陶瓷纤维棉的保温材料。

上述实施例中，K型测温热电偶225连接温控仪，温控仪再通过固态继电器控制电炉丝224的加热；电炉丝224的工作电压为220V，功率为1500W，其外部套有石英纤维套管，电炉丝224的加热控制采用比例微分积分算法结合脉冲宽度调制技术。

上述实施例中，解析炉管221各部分均为耐高温石英材料，主管2210外径为20毫米，副管2211外径为10毫米，氧化炉管2212中间部分外径为13毫米，第一支管2214和第二支管2215外径为6.35毫米，进样管2216外径为16毫米。

上述实施例中，为了实现较大的采样流量，保证采集到的样品能够均匀分布在石英膜2218上，且保证石英膜2218能够快速均匀受热，解析炉主管2210和解析炉副管2211连接处烧制固定一多孔石英板2217；进样管2216与石英多孔板2217中间放置石英膜2218，多孔石英板2217与石英膜2218紧密贴合；石英多孔板2217是一均匀分布有6个小圆孔的圆环石英板，圆环石英板的内径为6毫米，外径为17毫米，小圆孔的直径为2毫米。

上述实施例中，解析-氧化炉22靠所述解析炉主管2210一侧设置有一侧放的风机24，其出风口位置对应解析室内石英多孔板2217位置；外壳226和保温板对应出风口位置被掏空。外壳226上部设置有一通风管25，通风管25与外壳226连接处位于石英多孔板2217正上方，外壳226和保温板对应连接处的位置被掏空；通风管25出口设置在仪器外部。

如图3、图4和图5所示，第一接头220和第二接头222内部设置一反射激光校正系统30和一透射激光校正系统31，反射激光校正系统30包括一激光发射器301、石英片302、第一滤光片303和一反射激光信号检测器304；透射激光校正系统31包括激光发射器301、第二滤光片310和透射激光信号检测器311。反射激光校正系统30位于第一接头220内部：第 一接头220外侧设置一用于插设固定激光发射器301的激光发射器凹槽305，并与第一接头220的同轴；石英片302通过O圈密封固定在激光发射器凹槽305内，且紧贴激光发射器301前端放置；第一接头220内激光发射器凹槽305的前端还设置一与进样管2216连通的第一气槽306；第一接头220侧边还设置一垂直于第一气槽306的第二气槽307，第一气槽306和第二气槽307之间相互连通；第一接头220内侧还设置一用于插设固定反射激光信号检测器304的反射激光信号检测器凹槽308；第一滤光片303通过O圈密封固定在反射激光信号检测器凹槽308内，且紧贴反射激光信号检测器308前端放置。透射激光校正系统31位于第二接头222内部：第二接头222外侧设置一用于插设固定透射激光信号检测器311的透射激光信号检测器凹槽312，其与第二接头222同轴；第二滤光片310通过O圈密封固定在透射激光信号检测器凹槽312内，且紧贴透射激光信号检测器311前端放置；第二接头222内透射激光光电检测器凹槽312前端还设置一与副管2211连通的第三气槽313；第二接头222侧边还设置一垂直于第三气槽313的第四气槽314，第三气槽313与第四气槽之314间相互连通。

上述实施例中，激光发射器301采用中心发射波长660nm，功率50mW，发射频率1Hz的点状红光激光发射器，其发射光线集中，发散角度小；第一滤光片303、第二滤光片310为中心波长660nm，带宽8nm的滤光片，能够有效的滤掉其他波段的杂散光，避免干扰；反射激光信号检测器309和透射激光信号检测器311为光电二极管，能够对660nm激光产生高灵敏度的线性响应。

本发明通过控制电路4、单片机5和工控机6三者结合，来实现对整台仪器的自动化控制。控制电路4为整台仪器中所有硬件提供工作电压和DO、AO控制信号，同时负责采集和放大相应的检测信号，供单片机5进行A/D转换，然后为工控机6所读取和识别。NDIR检测器231直接与工控机6进行通信。

上述实施例中，单片机5能够通过AD转换和IO转化，实现对激光值、解析炉温度值、氧化炉温度值、流量计流量、采样和各气路(He主气、He吹扫载气、He/Ox载气和He/CH₄内标气)流量信号的采集，并显示在工控机的程序界面上；同时还能实现对质量流量控制器、三通电磁阀、二通电磁阀、球阀、电炉丝、风机、采样泵、激光发射器的实时控制。本发明利用计算机语言编写软件，包括控制程序和数据处理程序两部分，可以灵活的对采集分析仪进行自动化控制，并对数据进行自动分析；控制程序中嵌套有状态显示窗口、参数设定窗口、各阀体单独控制窗口、标定曲线窗口：状态显示窗口能够显示采集分析仪的实时运行状态和温度、流量、激光、NDIR的参数，设定窗口能够进行各载气流量、采样时间及流量、升温程序、温控PID参数、CO₂延迟时间的设定，各阀体单独控制窗口能够控制各个阀体的开闭，以便状态检查和故障排查；标定曲线窗口能够根据输入的多点标定结果自动生成标准曲线；数据处理程序可根据标准曲线得到样品的OC和EC浓度。

如图6所示，本发明的具体工作过程如下：

1)采样阶段：采样阶段开始后，仪器的球阀212、泵215、二通电磁阀213、风机24打开，空气在泵215的作用下依次进入切割头210、VOCs去除管211、球阀212，并通过接头220进入解析炉主管2210中；空气样品通过石英膜2218时，颗粒物被截留在石英膜2218上；与此同时，He主气通过质量流量控制器112、三通电磁阀113、球阀212的侧进气口进入解析炉主管2210；He/O_x载气通过质量流量控制器132、三通电磁阀133、三通电磁阀134、三通电磁阀230、进入氧化炉管2212；He主气、He/O_x载气与采样空气一起混合通过解析炉副管2211、二通电磁阀213、质量流量控制器214、采样泵215后被排出。该过程中，He主气与He/O_x载气保证解析-氧化炉管221处于干燥环境，防止水汽进入氧化炉管2212中造成催化剂中毒；各三通电磁阀及六通阀均保持未通电状态：三通电磁阀阀体的C(公共)端和NO(常开)端连通，六通阀的12口、34口、56口相通；氧化炉保持500℃；采样时间及采样流量可以根据大气污染情况由用户自行设定。

2)吹扫过程：吹扫阶段开始后，仪器球阀212、泵215、二通电磁阀213、风机24关闭，He主气流路不变；He吹扫气通过质量流量控制器122、二通电磁阀213的侧进气口进入解析炉副管2211；He/O_x载气通过质量流量控制器132、三通电磁阀133、三通电磁阀134进入支管2215；He主气、He吹扫气和He/O_x载气一起混合通过氧化炉管2212、三通电磁阀230、NDIR检测器231、流量计232并被排出。吹扫过程持续200s，以保证将炉管内残余的气体被充分吹出，且石英膜2218处于非氧化环境中。此过程中，解析炉保持10℃，氧化炉快速升温并保持在870℃，在吹扫阶段的倒数30s，软件开始记录各参数数据并开始绘制图像。

3)OC分析过程：OC分析过程开始后，各阀体与质量流量控制器的的状态保持不变，即各载气流量和气路流向保持不变。石英膜2218上的OC在用户自主选择的升温程序中被逐步热解析出来，进入氧化炉管2212中转化为CO₂并被NDIR检测器231定量；氧化炉保持870℃。

4)EC分析过程：EC分析过程开始后，三通电磁阀113、133和134打开，即阀体的C端和NC端连通，其余三通电磁阀仍保持未通电状态。He吹扫气气路保持不变，He主气通过质量流量控制器112、三通电磁阀133进入六通阀143的4口；He/O_x载气通过质量流量控 制器132、三通接头153与He主气混合，再经过六通阀143、三通电磁阀113进入解析炉主管2210；该过程中，石英膜2218处于氧化环境中，其上原有的EC和一部分OC炭化成的EC在升温程序中被氧化，进入氧化炉管2212中进一步转化为CO₂并被NDIR检测器231定量；氧化炉保持870℃。

5)甲烷定量过程：甲烷定量过程开始后，各阀体状态与上阶段保持一致，He主气、He吹扫气和He/O_x载气气路和流量均保持不变；质量流量控制器142开启，He/CH₄内标气通过质量流量控制器142、六通阀1口进入六通阀2口和5口中间的管路(定量环)，此过程维持50s，待He/CH₄内标气充满定量环后，多余的He/CH₄内标气通过六通阀的6口排出。此过程中风机24开启，对解析炉进行降温；氧化炉保持870℃。

6)甲烷标定过程：甲烷标定过程开始后，各三通电磁阀阀体状态与上阶段保持一致，六通阀143打开，即阀体的16口、23口、45口相连通；质量流量控制器142关闭，He/CH₄流量为0。He吹扫气气路保持不变；He主气通过质量流量控制器112、三通电磁阀133进入六通阀143；He/O_x载气通过质量流量控制器132、三通接头153与He主气混合，He主气和He/O_x载气混合气进入六通阀143，将定量环中原有的He/CH₄内标气吹入三通电磁阀113，最后进入解析炉主管2210，并在氧化炉管2212中转化为CO₂并被NDIR检测器231定量。此过程维持15s，期间风机24维持开启，对解析炉继续降温；氧化炉保持870℃。

7)冷却过程：冷却过程开始后，各三通电磁阀体与质量流量控制器的状态与EC过程一致，六通阀关闭；风机24维持开启，对解析炉继续降温；氧化炉保持870℃。当解析炉温度降至75℃以下时，仪器自动停止分析阶段，保存数据与曲线，进入待机过程，等待进行下一次采样-分析。

8)待机过程：冷却过程结束后，仪器进入待机过程，各阀体与质量流量控制器的的状态与吹扫过程一致，即各载气流量和气路流向与吹扫过程一致。风机维持开启，解析炉温度设定为10℃，氧化炉温度降至500℃。

需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，包括载气气路系统和采样-分析气路系统；

所述载气气路系统包括He主气气路、He吹扫气气路、He/O_x气气路和He/CH₄气气路；载气气路系统中使用的He气为99.99％的高纯He气，He/O_x为O₂体积浓度为10％的混合气，He/CH₄为CH₄体积浓度为5％的混合气；

所述He主气气路由依次连接的He气钢瓶气、第一减压阀、第一质量流量控制器和第一三通电磁阀组成；

所述He吹扫气气路由依次连接的所述He气钢瓶气、所述第一减压阀和第二质量流量控制器组成；

所述He/O_x气气路由依次连接的He/O_x气钢瓶气、第二减压阀、第三质量流量控制器、第二三通电磁阀和第三三通电磁阀组成；

所述He/CH₄气气路由依次连接的He/CH₄气钢瓶气、第三减压阀、第四质量流量控制器和六通阀组成；

所述第一减压阀通过第一三通接头与所述第一质量流量控制器和所述第二质量流量控制器相连；所述第一质量流量控制器通过第二三通接头与所述第一三通电磁阀的常开端和所述第二三通电磁阀的常闭端相连；所述第一三通电磁阀常闭端与所述六通阀的三口相连；所述第二三通电磁阀的常开端与所述第三三通电磁阀的公共端相连；所述第二三通电磁阀的公共端通过第三三通接头与所述第三质量流量控制器和所述六通阀的四口相连；所述六通阀的二口和五口相连，作为甲烷内标气的定量环；所述六通阀的六口设置为He/CH₄气的排空端；所述第四质量流量控制器与所述六通阀的一口相连；

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；

所述解析-氧化炉包括解析-氧化炉管；所述解析-氧化炉管包括解析炉主管、解析炉副管和氧化炉管；

所述采样气路包括依次连接的切割头、挥发性有机化合物去除管、球阀、解析-氧化炉管、二通电磁阀、第五质量流量控制器和采样泵；在所述采样气路中，所述挥发性有机化合物去除管与所述球阀的主进气口相连；所述球阀出气口前端设置一侧进气口，所述球阀出气口和所述球阀侧进气口相连通；所述球阀的侧进气口与所述第一三通电磁阀的公共端相连；所述球阀的出气口通过第一接头连接所述解析-氧化炉管的解析炉主管；所述二通电磁阀主进气口后端设置一侧进气口，所述二通电磁阀的主进气口和所述二通电磁阀的侧进气口相连通；所述二通电磁阀的主进气口通过第二接头与所述解析-氧化炉管的解析炉副管相连；所述二通电磁阀的侧进气口与所述第二质量流量控制器相连；所述二通电磁阀的出气口与所述第五质量流量控制器相连；

所述分析气路包括依次连接的所述解析-氧化炉的解析-氧化炉管、第四三通电磁阀、非色散红外光谱检测器和流量计；

所述第一接头和第二接头内部设置一反射激光校正系统和一透射激光校正系统；所述氧化炉管的出口通过第三接头与所述第四三通电磁阀的公共端相连；所述第四三通电磁阀的常闭端与所述第三三通电磁阀的常闭端相连；所述第四三通电磁阀的常开端与非色散红外光谱检测器的入口端相连；所述非色散红外光谱检测器出口端与所述流量计入口端相连；所述流量计出口端设置为尾气排空端。

2.如权利要求1所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，其特征是，所述载气气路系统和采样-分析气路系统中，连接所述钢瓶气、减压阀、质量流量控制器、采样切割头、挥发性有机化合物去除管和球阀的管路采用不锈钢管或铜管；其余气路采用不锈钢管、铜管、硅橡胶管或聚四氟乙烯管。

3.如权利要求1所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，其特征是，所述解析-氧化炉管还包括第一支管、第二支管和一套在所述解析炉主管内的进样管，各管件的轴线位于同一平面上；所述解析-氧化炉还包括外壳、电炉丝和K型热电偶；K型热电偶包括第一测温K型热电偶和第二测温K型热电偶；所述解析-氧化炉管放置在所述外壳内；所述氧化炉管的中间部分内部填充分析纯级的二氧化锰催化剂；

所述进样管通过第四接头与所述解析炉主管固定连接；所述解析炉主管和所述解析炉副管成一条直线，且在连接处中间烧制一石英多孔板，所述进样管与所述石英多孔板中间放置石英膜；所述解析-氧化炉管在所述石英多孔板对应的位置外部包裹一电炉丝；所述解析炉主管和所述解析炉副管连接处还设置所述氧化炉管和所述第一支管，与所述解析炉主管所在的直线垂直，且两者分别位于该直线两侧；所述第一支管前端封口，其内部插入所述第一测温K型热电偶，并通过第五接头固定，所述第一测温K型热电偶顶端与所述第一支管前端接触；所述第二支管设置在所述氧化炉管中间部分靠近所述解析炉主管一侧，并与所述氧化炉管垂直，所述第二支管前端不封口；所述氧化炉管外部放置所述第二测温K型热电偶，所述第二测温K型热电偶前端接触所述氧化炉管外壁，所述氧化炉管和所述第二测温K型热电偶一起被包裹在另一电炉丝中；所述第二支管的出气口通过第六接头与所述第三三通电磁阀的常开端相连。

4.如权利要求3所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，其特征是，所述解析-氧化炉的外壳为铝板，紧贴所述外壳内壁有一层保温板，一部分所述保温板将炉膛分隔为解析室和氧化室两部分：所述解析炉主管、所述解析炉副管和所述第一支管位于所述解析室内；所述氧化炉管和所述第二支管位于所述氧化室内；所述保温板采用莫来石材料加工制成；所述氧化室内部填充陶瓷纤维棉的保温材料。

5.如权利要求4所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，其特征是，所述解析-氧化炉靠所述解析炉主管一侧设置有一侧放的风机，所述风机的出风口位置对应于所述解析室内的石英多孔板位置；所述外壳和所述保温板对应出风口位置被掏空；所述外壳上部设置有一通风管，所述通风管与所述外壳连接处位于所述石英多孔板的正上方，所述外壳和所述保温板对应的通风管与外壳的连接处位置被掏空；所述通风管出口处设置在所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪的外部。

6.如权利要求3所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，其特征是，所述电炉丝的工作电压为220V，功率为1500W，其外部套有石英纤维套管，所述电炉丝采用比例微分积分结合脉冲宽度调制方法进行加热控制。

7.如权利要求3所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，其特征是，所述解析-氧化炉管各部分均为耐高温石英材料，所述解析炉主管为外径为20毫米，所述解析炉副管外径为10毫米，所述氧化炉管中间部分外径为13毫米，所述第一支管和所述第二支管外径为6.35毫米，所述进样管外径为16毫米。

8.如权利要求3所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，其特征是，所述石英多孔板是一均匀分布有六个小圆孔的圆环石英板，所述圆环石英板的内径为6毫米，外径为17毫米，小圆孔的直径为2毫米；所述石英膜和所述石英多孔板接触，所述石英多孔板对所述石英膜起到支撑的作用。

9.如权利要求3所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，其特征是，所述反射激光校正系统包括一激光发射器、石英片、第一滤光片和一反射激光信号检测器；所述透射激光校正系统包括所述激光发射器、所述石英片、第二滤光片和透射激光信号检测器；所述反射激光校正系统位于所述第一接头内部：所述第一接头外侧设置一用于插设固定所述激光发射器的激光发射器凹槽，所述激光发射器凹槽的中心线与所述第一接头的中心线重合；所述石英片通过O圈密封固定在所述激光发射器凹槽内，且紧贴所述激光发射器前端放置；所述激光发射器凹槽前端还设置一与所述进样管连通的第一气槽；所述第一接头侧边设置一垂直于所述第一气槽的第二气槽，所述第一气槽和所述第二气槽之间相互连通；所述第一接头内侧还设置一用于插设固定所述反射激光信号检测器的反射激光信号检测器凹槽；所述第一滤光片通过O圈密封固定在所述反射激光信号检测器凹槽内，且紧贴所述反射激光信号检测器前端放置；所述透射激光校正系统位于所述第二接头内部：所述第二接头外侧设置一用于插设固定所述透射激光信号检测器的透射激光信号检测器凹槽，其中心线与所述第二接头的中心线重合；所述第二滤光片通过O圈密封固定在所述透射激光信号检测器凹槽内，且紧贴所述透射激光信号检测器前端放置；所述透射激光信号检测器凹槽前端还设置一与所述副管连通的第三气槽；所述第二接头侧边还设置一垂直于所述第三气槽的第四气槽，所述第三气槽与所述第四气槽之间相互连通。

10.如权利要求9所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪，其特征是，所述激光发射器采用中心发射波长为660nm、功率为50mW和发射频率为1Hz的点状红光激光发射器；所述滤光片采用中心波长为660nm和带宽为8nm的滤光片；所述透射激光信号检测器和反射激光信号检测器为能够对660nm激光产生高灵敏度的线性响应的光电二极管。

11.利用权利要求1～10任一所述气溶胶碳质组分原位在线采集分析仪的在线采集分析方法，依次包括采样阶段、吹扫阶段、有机碳分析阶段、元素碳分析阶段、甲烷定量阶段、甲烷标定阶段、仪器冷却和待机阶段；具体包括如下过程：

1)采样过程：通过采样气路采集空气样品；

2)吹扫过程：He主气、He吹扫气和He/O_x载气一起混合进行吹扫；

3)有机碳分析过程：有机碳在He气无氧环境中被逐步热解析挥发出，转化为CO₂并被非色散红外光谱检测器定量；

4)元素碳分析过程：元素碳在氧化环境中被氧化，进一步转化为CO₂并被非色散红外光谱检测器定量；

5)甲烷定量过程：往六通阀2口和5口中间的管路中注入He/CH₄内标气；待He/CH₄内标气充满后，多余的He/CH₄内标气通过六通阀的6口排出；

6)甲烷标定过程：He主气和He/O_x载气混合气将六通阀2口和5口中间的管路中原有的He/CH₄内标气吹出并氧化，转化为CO₂被非色散红外光谱检测器定量；

7)冷却过程：仪器降温，自动停止分析阶段，保存数据与曲线，进入待机过程；

8)待机过程：等待进行下一次采样分析。