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原文传递一种用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置和方法

专利名称：	一种用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置和方法
摘要：	一种用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置和方法，装置包括两路压缩N2输入口和一路O2输入口、为每路气体设置的流量计、含30%H2O2（重量）水溶液试剂瓶、低压汞灯紫外光源、OH自由基发生器、流动反应腔体、Mega‑Ray模拟太阳光源、样品盘、温度计及水杨酸采样头。该装置和方法用于研究不同OH自由基浓度、反应时间、反应温度下各种燃烧排放指示物的稳定性差异，并计算其二级反应常数；推算雪冰样品中生物质燃烧指示物的初始沉降浓度，尽可能消除由于OH自由基可以氧化雪中生物质燃烧指示物带来的影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国科学院青藏高原研究所
发明人：	高少鹏;丛志远;徐柏青;李久乐;万欣
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910551811.3
公开号：	CN110261527A
分类号：	G01N30/88(2006.01);G;G01;G01N;G01N30
申请人地址：	100101 北京市朝阳区林萃路16号院3号楼
主权项：	1.一种用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置，其包括第一路压缩N2输入口（1）和第二路压缩N2输入口（3），为压缩N2管路分别配备的对应的流量计、含30% H2O2水溶液试剂瓶（2）、OH自由基发生器（4）、低压汞灯紫外光源（5）、压缩O2输入口（6）、为压缩O2管路配备的流量计、流动反应腔体（7）、样品盘（8）、Mega-Ray模拟太阳光源（9）、用于测定反应时特定温度的温度计（11）及水杨酸采样头（13），其特征在于：第一路压缩N2通过流量计进入含30%H2O2水溶液试剂瓶（2），带有H2O和H2O2的气流进入OH自由基发生器（4），第二路压缩N2通过流量计直接进入OH自由基发生器（4），H2O和H2O2在OH自由基发生器（4）的低压汞灯紫外光源（5）的照射下光解产生OH自由基；压缩氧气O2 与流经OH自由基发生器（4）的N2混合后进入流动反应腔体（7）；OH自由基发生器（4）置于常温环境，流动反应腔体（7）放置在小型冷库里，冷库壁留有实验口，流动反应腔体（7）与OH自由基发生器（4）通过穿过实验口的管路连接；流动反应腔体（7）设计为上开启方式，其上盖集成Mega-Ray模拟太阳光源（9），用于模拟自然光线环境；实验时在样品盘（8）中铺设待测雪冰样品，利用OH自由基发生器（4）产生OH自由基，此时关闭Mega-Ray模拟太阳光源（9），或者单独进行Mega-Ray暴露产生OH自由基，此时关闭两路N2输入和一路O2输入，开启Mega-Ray光源，模拟自然光线条件；使雪冰样品充分地与OH自由基接触或充分接收Mega-Ray模拟光源照射，将与OH自由基充分反应的雪冰样品保存，流动反应腔体（7）的出口通过活接头（12）与水杨酸采样头（13）对接；反应后水杨酸采样头（13）的采样膜经过处理后连接到气相色谱质谱联用仪测定OH自由基的浓度，并且将不同OH自由基浓度下反应后保存的雪冰样品处理后，放到超高效液相色谱质谱联用仪上测试各生物质燃烧指示物的反应后浓度；获取各生物质燃烧指示物的反应后浓度，计算得到特定温度不同OH自由基浓度条件下的二级反应速率常数，对所得的二级反应常数求平均，得到特定温度下二级反应常数均值，利用所述二级反应常数均值，推算自然环境雪冰中生物质燃烧指示物的初始沉降浓度，从而矫正自然环境下雪冰中生物质燃烧指示物的浓度；其中，各指示物在特定温度下的二级反应常数k2采用如下公式计算：（1）式中：A：指示物的实时浓度，单位为ng.g-1；A0：指示物的初始浓度，单位为ng.g-1；k2：二级反应速率常数，单位cm3.molecule-1.min-1；[OH]：OH自由基浓度，单位molecule.cm-3；t：反应时间，单位min；采用如下公式来推算自然环境雪冰中生物质燃烧指示物的初始沉降浓度：（2）式中：：自然环境冰川中指示物的初始沉降浓度，单位为ng.g-1；A’：自然环境冰川中指示物的实测浓度，单位为ng.g-1；：特定温度下的二级反应速率常数均值，单位cm3.molecule-1.min-1；[OH]：冰川表面OH自由基浓度，单位molecule.cm-3；t：降雪至样品采集的时间，单位min。 2.根据权利要求1所述的用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置，流经流动反应腔体（7）N2和O2比例按照空气中两者比例设定。 3.根据权利要求1所述的用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置，小型冷库的温度调节范围是-20℃至-5℃。 4.根据权利要求1所述的用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置，样品盘（8）尺寸为40cm×30cm×10cm，实验时雪冰样品铺设厚度为5cm。 5.根据权利要求1所述的用于矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的反应装置，通过调整第一路压缩N2 和第二路压缩N2的流速改变此方式下生成的OH自由基的浓度。 6.一种采用权利要求1-5之一所述的反应装置矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的方法，包括以下步骤：（1）关闭两路N2输入和一路O2输入，开启Mega-Ray光源，为两路N2设置一定的流速；或者关闭两路N2输入和一路O2输入，开启Mega-Ray光源，模拟自然光线条件；（2）水杨酸采样头（13）中的采样膜上的水杨酸与OH自由基反应，生成主要产物为2,3-DHBA和2,5-DHBA，两者充分反应后，取下采样膜，用甲醇提取，并过滤、吹干、硅烷化衍生、正己烷定容后用气相色谱质谱联用仪分析，获取OH自由基的浓度；（3）改变两路N2的流速比例获取不同浓度的OH自由基，并通过步骤（2）的方法测定对应的浓度；（4）将一定浓度的左旋葡聚糖、对羟基苯甲酸、香草酸或脱氢松香酸同位素标记物加入超纯水中，用人工造雪机制取雪冰，采用2H或13C同位素取代的生物质燃烧指示物作为研究对象融入雪冰中形成雪冰样品；（5）将雪冰样品均匀铺设在样品盘（8）中，置于流动反应腔体（7）中，选择在特定的OH自由基浓度下，在不同的反应时间和反应温度下使OH自由基与雪冰样品进行反应，反应后将所述样品避光、冷冻保存，留待上超高效液相色谱质谱联用仪测试；（6）改变OH自由基浓度，重复步骤（5）；（7）将步骤（6）获得的样品分别融化后，立即用超高效液相色谱质谱联用仪进行测试，获取各生物质燃烧指示物的反应后浓度，利用所述公式（1）计算得到特定温度不同OH自由基浓度条件下的二级反应常数，对所得的二级反应常数求平均，得到特定温度下广泛适用的二级反应常数均值；（8）在获得各指示物特定温度下的二级反应常数均值基础上，采用所述公式（2）来推算自然环境雪冰中生物质燃烧指示物的初始沉降浓度。 7.根据权利要求6所述的矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的方法，OH自由基的浓度的计算公式为：（3），式中：[OH] 代表OH自由基的浓度，单位为：molecule.cm-3；M1为反应后采样膜上检测到的2,3-DHBA或2,5-DHBA的物质的量，单位为：mol；N为阿伏伽德罗常数，其值为6.02×1023；F1为2,3-DHBA或2,5-DHBA的产率，分别为52%和48%；s为采集气体总流速，单位为：cm3.min-1；t为采集时间，单位为min；α为提取效率。 8.根据权利要求6所述的矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的方法，流动反应腔体（7）主体由导热性良好的紫铜材质制成。 9.根据权利要求6所述的矫正雪冰中生物质燃烧指示物浓度的方法，Mega-Ray模拟光源（9）外壳设计为防雾材质。
所属类别：	发明专利