一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的方法和装置与流程

本发明属于气溶胶电学控制与分析，尤其是涉及具体涉及一种在非真空环境、有连续气流条件下，对不同粒径的带电气溶胶颗粒进行筛选并实现选择性电荷中和的方法及装置。

背景技术：

1、在现有技术中，带电气溶胶颗粒的控制和处理主要依赖以下几类方式：一、双极离子中和器：通过产生正负离子使气溶胶颗粒随机复合实现整体中和，但无法区分颗粒粒径，且中和效率和一致性受气流和颗粒分布影响较大； 二、 静电沉积或偏转结构：利用静电场使带电颗粒沉积或偏移，通常用于去除颗粒而非保持颗粒完整通过；三、真空环境下的离子阱或质谱技术：能够精确操控离子行为，但必须在高真空条件下工作，无法适用于常压气溶胶体系，也无法在连续气流中工作。

2、在液相色谱检测，尤其是电雾式检测（cad）和蒸发光散射检测（elsd）等应用中，气溶胶颗粒通常处于非真空、连续气流、宽粒径分布的状态，不同粒径气溶胶颗粒所携带的电荷数量及其对电场和气动力的响应存在显著差异，这种差异会直接引起检测信号的不稳定、重复性变差及基线噪声升高，现有技术尚缺乏一种能够在非真空、有气流条件下，对不同粒径带电气溶胶颗粒进行选择性电荷调控与中和的有效技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可在非真空环境，存在连续气流的的条件下运行、能够根据颗粒粒径差异对带电气溶胶颗粒进行筛选、对选定粒径范围内的气溶胶颗粒实现选择性电荷中和的方法及装置，从而提高气溶胶检测系统的稳定性、重复性和信噪比。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的方法，包括以下步骤：

3、步骤一：将含有不同粒径带电气溶胶颗粒的气流引入气流通道；

4、步骤二：气流通道内设置电场作用主体，对电场作用主体施加高压直流电场、高压交流电场或二者叠加形成的复合电场；

5、步骤三：在气流作用下，带电气溶胶颗粒同时受到气动力、电场力以及由气体分子热运动引起的扩散效应的共同影响，通过调节电场参数，使不同粒径的带电气溶胶颗粒呈现差异化的偏移、振荡或停留行为，实现对不同粒径带电气溶胶颗粒的分级筛选；

6、步骤四：使处于预定粒径范围内的带电气溶胶颗粒与相反极性的电荷载流子发生作用，实现选择性电荷中和；

7、步骤五：经中和处理后的气溶胶颗粒随气流输出。

8、进一步地，步骤二中，施加高压直流电场为筛选电场的条件是以电迁移率差异为主导，即目标粒径范围内的带电气溶胶颗粒电迁移率差异显著，且气流速度较低或中等时。

9、进一步地，步骤二中，施加高压交流电场为筛选电场的条件是以惯性与动态响应差异为主导，即当目标粒径范围内的带电气溶胶颗粒在惯性和响应时间常数方面存在明显差异且气流速度较高时。

10、进一步地，步骤二中，施加复合电场为筛选电场的条件是既需要形成稳定的颗粒引导路径，又需要利用粒径相关的动态响应差异时。

11、进一步地，其特征在于：步骤三中调节的电场参数包括电压幅值、极性以及交流频率中的一种或多种。

12、进一步地，步骤四中相反极性的电荷载流子的产生方式为电晕放电方式、软电离或低能量电离方式或表面电荷发射或接触电荷转移方式中的一种或多种。

13、本发明还提供一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的装置，包括:

14、气溶胶引入模块，用于在非真空环境下，将包含带电气溶胶颗粒的连续气体引入到气流通道中；

15、电场作用主体，设置于气流通道内，用于在连续气流条件下形成非均匀电场；

16、电场激励模块，与电场作用主体电连接，用于向电场作用主体施加高压直流电压、高压交流电压或直流与交流叠加形成的复合电压；

17、粒径选择控制模块，与电场激励模块之间通过控制信号连接，用于根据预定的目标粒径范围，对电场激励模块的输出参数进行调节；

18、电荷中和单元，设置于与目标粒径带电气溶胶颗粒运动轨迹相匹配的中和区域内，用于产生与目标颗粒电荷极性相反的电荷载流子，实现选择性电荷中和；

19、输出模块，设置于气流通道的下游，用于输出经筛选和电荷中和处理后的气溶胶颗粒。

20、进一步地，所述气流通道采用渐缩或渐扩的平滑截面变化的结构。

21、进一步地，所述电场作用主体是个数为至少一个的圆锥体结构，每个所述圆锥体结构的总长度在10毫米至200毫米之间，大端直径在2毫米至20毫米之间，小端直径在0.05毫米至2毫米之间，锥角在1度至15度之间，表面粗糙度在0.1微米至1微米之间。

22、与现有技术相比，本发明具有的优点和有益效果是：

23、1、可在非真空、有连续气流条件下工作，适用性强；

24、2、能够对目标粒径的带电气溶胶颗粒进行筛选并实现选择性电荷中和，减少随机中和带来的信号波动，提高检测重复性；

25、3、通过优化运行装置以及电场作用主体的结构限定，提高处理效率并降低颗粒损失；

26、4、易于集成至现有分析检测仪器和在线处理系统中。

1.一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的方法，其特征在于：步骤二中，施加高压直流电场为筛选电场的条件是以电迁移率差异为主导，即目标粒径范围内的带电气溶胶颗粒电迁移率差异显著，且气流速度较低或中等时。

3.根据权利要求1所述的一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的方法，其特征在于：步骤二中，施加高压交流电场为筛选电场的条件是以惯性与动态响应差异为主导，即当目标粒径范围内的带电气溶胶颗粒在惯性和响应时间常数方面存在明显差异且气流速度较高时。

4.根据权利要求1所述的一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的方法，其特征在于：步骤二中，施加复合电场为筛选电场的条件是既需要形成稳定的颗粒引导路径，又需要利用粒径相关的动态响应差异时。

5.根据权利要求1所述的一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的方法，其特征在于：步骤三中调节的电场参数包括电压幅值、极性以及交流频率中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的方法，其特征在于：步骤四中相反极性的电荷载流子的产生方式为电晕放电方式、软电离或低能量电离方式或表面电荷发射或接触电荷转移方式中的一种或多种。

7.一种应用于1-6任一项权利要求所述的一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的方法的装置，其特征在于：包括:

8.根据权利要求7所述的一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的装置，其特征在于：所述气流通道采用渐缩或渐扩的平滑截面变化的结构。

9.根据权利要求7所述的所述一种非真空环境下筛选并中和不同粒径带电气溶胶颗粒的装置，其特征在于：所述电场作用主体是个数为至少一个的圆锥体结构，每个所述圆锥体结构的总长度在10毫米至200毫米之间，大端直径在2毫米至20毫米之间，小端直径在0.05毫米至2毫米之间，锥角在1度至15度之间，表面粗糙度在0.1微米至1微米之间。