本发明涉及氮氧化物检测技术领域，具体涉及一种基于caps测氮氧化物的分析仪。
背景技术：
大气氮氧化物nox来自于自然源(比如土壤、光照等)和人为源(比如燃烧、交通等)的排放，在大气化学反应中具有非常重要的作用，是臭氧(o3)生成前体物，而且会刺激人体呼吸道系统，因此研究nox对消除环境污染及提高人类健康的生存环境有重要意义。现有多种检测nox的方法，但是均无法达到准确测量，例如：基于溶液吸收的湿化学法(盐酸萘乙二胺分光光度法、鲁米诺法、离子色谱法等)中空气中的多种成分会对no2的测定产生干扰；化学发光法(cld)和荧光淬灭法具有需要先把no2转化成no才能进行测量，测量过程需要过量有毒试剂(如no，o3)和真空系统，并对温度的依赖性过强，且no2容易受许多氧化性的氮氧化物干扰，如硝酸气体等；激光诱导荧光法(lif)具有设备费用高等缺点；差分光学吸收光谱法(doas)具有测量气体局限性大和对环境要求高等缺点；可调谐二极管激光吸收光谱(tdlas)技术具有调谐范围限制可探测的气体种类等缺点、cl-nox监测器具有不能直接和具体地检测no2，并存在多项干扰因素。因此，亟需提出一种更优的发生装置和更为有效的定量检测方法。
技术实现要素：
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种基于caps测氮氧化物的分析仪，本发明可以直接检测气体样品中的no和no2，在保证检测稳定的基础上，本发明能够精准快速的切换no和no2检测模式，以满足不同种类的测试和研究要求。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于caps测氮氧化物的分析仪，包括：空气输入端、气溶胶过滤器、no转化管、第一三通电磁阀、光腔衰减相变no2监测器、零气发生器、质量流量控制器、臭氧发生器、第二三通电磁阀和气体排放出口；
所述第一三通电磁阀设有第一通道输入口、第二通道输入口和输出端；
所述第二三通电磁阀设有输入端、第一通道出口和第二通道出口；
所述空气输入端与气溶胶过滤器输入端连接，所述气溶胶过滤器输出端分别与no转化管输入端、第一通道输入口连接，所述no转化管输出端与第二通道输入口连接，所述第一三通电磁阀的输出端与光腔衰减相变no2监测器连接；
所述零气发生器与质量流量控制器输入端连接，所述质量流量控制器输出端与臭氧发生器输入端连接，所述臭氧发生器输出端与第二三通电磁阀的输入端连接，所述第一通道出口与气体排放口连接，所述第二通道出口与no转化管输入端连接；
所述气溶胶过滤器用于过滤输入空气中的气溶胶，所述no转化管用于将气体中的臭氧转化为no2，所述光腔衰减相变no2监测器用于监测定量输入气体中的no2含量，所述质量流量控制器用于控制输入气体的流速大小。
作为优选的技术方案，所述光腔衰减相变no2监测器设有自动进样泵，用于定量输入气体。
作为优选的技术方案，还设有三通电磁阀同步切换装置，用于控制第一三通电磁阀与第二三通电磁阀同步切换。
作为优选的技术方案，还设有定时器，所述定时器用于设定三通电磁阀同步切换的时间。
本实施例还提供一种基于caps测氮氧化物的分析仪的控制方法，包括下述步骤：
打开第一通道输入口和第一通道出口，关闭第二通道输入口和第二通道出口，环境空气从空气输入端进入，经气溶胶过滤器通过第一通道输入口进入光腔衰减相变no2监测器，通过质量流量控制器调节零空气的流速，经臭氧生成器生成的臭氧通过第一通道出口排放，通过光腔衰减相变no2监测器检测no2并记录信号，输出环境样品中真实的no2；
打开第二通道输入口和第二通道出口，关闭第一通道输入口和第一通道出口，环境空气从空气输入端进入，经气溶胶过滤器通过no转化管进入第二通道输入口，然后进入光腔衰减相变no2监测器，通过质量流量控制器调节零空气的流速，零气发生器进入的零空气经质量流量控制器通入臭氧生成器生成臭氧，臭氧通过第二通道出口进入no转化管进行反应，环境空气中的no被臭氧氧化成no2，no转化管中气体从第二通道输入口进入，进入光腔衰减相变no2监测器，进行氮氧化物的检测。
作为优选的技术方案，设定三通电磁阀切换周期，定时同步切换测量模式，测量模式包括第一模式和第二模式，所述第一模式为打开第一通道输入口和第一通道出口，关闭第二通道输入口和第二通道出口，所述第二模式为打开第二通道输入口和第二通道出口，关闭第一通道输入口和第一通道出口。
作为优选的技术方案，在第一模式下，所述光腔衰减相变no2监测器和第一通道输入口的流速控制为0.85l/min，所述质量流量控制器和第一通道出口的流速控制为0.01l/min。
作为优选的技术方案，在第二模式下，光腔衰减相变no2监测器和第二通道输入口的流速由光腔衰减相变no2监测器控制为0.85l/min，质量流量控制器和第一通道出口的流速控制为0.01l/min。
作为优选的技术方案，所述氮氧化物的检测公式为：
no＝no2’＝no2(b)-no2(a)
其中，no2’表示no通过与臭氧反应转化生成的no2，no2(a)表示第一模式下光腔衰减相变no2监测器检测到的no2含量，no2(b)表示第二模式下光腔衰减相变no2监测器检测到的no2含量。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明使用光腔衰减相变(caps)技术支撑的二氧化氮分析仪，利用no2对光的吸收对no2进行直接检测，不涉及任何转化，无化学干扰，分析更准确，且检测速率快；而且caps技术是定量测量no2技术，测量结果更可靠。
(2)本发明采用三通阀进行双通道测量，使环境大气中的no快速转换成no2，利用caps同时检测no和no2(即：nox)，能够精准快速的检测nox气体的输出浓度，以满足不同种类的测试和研究要求。
(3)本发明采用了三通电磁阀同步切换装置切换测量no和nox的技术方案，解决了手动切换导致切换时间不精确、测量no和nox的时间不平均的技术问题，达到了仪器高度自动化运行的技术效果。
附图说明
图1为本实施例基于caps测氮氧化物的分析仪的结构示意图。
图2为本实施例基于caps测氮氧化物的分析仪的控制流程图。
其中，1-空气输入端、2-气溶胶过滤器、3-no转化管、4-第一三通电磁阀、5-光腔衰减相变no2监测器、6-零气发生器、7-质量流量控制器、8-臭氧发生器、9-第二三通电磁阀、10-气体排放出口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1所示，本实施例提供一种基于caps测氮氧化物的分析仪，包括：空气输入端1、气溶胶过滤器2、no转化管3、第一三通电磁阀4、光腔衰减相变no2监测器5、零气发生器6、质量流量控制器7、臭氧发生器8、第二三通电磁阀9、气体排放出口10；
其中，气溶胶过滤器用于过滤掉输入空气中的气溶胶，no转化管用于把气体中的no转化为no2，光腔衰减相变no2监测器用于监测定量输入气体中的no2含量，质量流量控制器用于控制输入气体的流速大小。
其中，第一三通电磁阀4设有第一通道输入口、第二通道输入口和输出端；
空气输入端1与气溶胶过滤器2输入端连接，气溶胶过滤器2输出端分别与no转化管3的输入端、第一三通电磁阀4的第一通道输入口连接，no转化管3的输出端与第一三通电磁阀4的第二通道输入口连接，第一三通电磁阀4的输出端与光腔衰减相变no2监测器5连接；
零气发生器6与质量流量控制器7的输入端连接，质量流量控制器7的输出端与臭氧发生器8的输入端连接，臭氧发生器8的输出端与第二三通电磁阀9连接，第二三通电磁阀9有两个出口，第一通道出口与气体排放口10相连，第二通道出口与no转化管3连接；
按上述方式将用caps测nox的系统搭建完成，并确保整个系统密封性完好(通过光腔衰减相变no2监测器5的自动进样设备和质量流量控制器8进行一定的流速控制)。
如图2所示，并结合图1所示，本实施例通过自动切换两种模式来实现同时检测no和no2。
第一模式：打开第一三通电磁阀4的第一通道输入口和第二三通电磁阀9的第一通道出口，此时第一三通电磁阀4的第二通道输入口和第二三通电磁阀9的第二通道出口自动关闭，环境空气从空气输入端1进入，经气溶胶过滤器2通过第一三通电磁阀4的第一通道输入口进入光腔衰减相变no2监测器5，通过质量流量控制器7调节零空气的流速，经臭氧生成器8生成的臭氧通过第二三通电磁阀9的第一通道出口排放，系统稳定后，通过光腔衰减相变no2监测器5检测no2并记录信号，此时检测的no2是环境样品中真实的no2(标记为no2(a))。
第二模式：开启第一三通电磁阀4的第二通道输入口和第二三通电磁阀9的第二通道出口，与此同时，第一三通电磁阀4的第一通道输入口和第二三通电磁阀9的第一通道出口自动关闭，环境空气从空气输入端1进入，经气溶胶过滤器2通过no转化管3进入第一三通电磁阀4的第二通道输入口，然后进入光腔衰减相变no2监测器5，通过质量流量控制器7调节零空气的流速，零气发生器6进入的零空气经质量流量控制器7通入臭氧生成器8生成臭氧，臭氧通过第二三通电磁阀9的第二通道出口进入no转化管3进行反应，在此反应中，环境空气中的no被臭氧氧化成no2，然后no转化管3中气体从第一三通电磁阀4的第二通道输入口进入，最后进入光腔衰减相变no2监测器5。此时通过caps检测no2，此时检测的no2(b)是环境样品中的no2(标记为no2(a))加上no通过与臭氧反应转化生成的no2(标记为no2’)，则环境大气中的no＝no2’＝no2(b)-no2(a)。
先进行第一模式的测量，测定达到设定时间t后，检测系统通过第一三通电磁阀4、第二三通电磁阀9的同时自动切换进行第二模式的测量，测定固定时间t之后，再变换为第一模式，如此进行循环连续测量，从而得到在线的环境大气中no和no2的含量，本实施例的时间t就是一次循环的a模式的时间，设置在1-2min；
在本实施例中，打开第一三通电磁阀4的第一通道输入口和第二三通电磁阀9的第一通道出口，此时第一三通电磁阀4的第二通道输入口和第二三通电磁阀9的第二通道出口自动关闭，环境空气从空气输入端1进入，光腔衰减相变no2监测器5和第一三通电磁阀4的第一通道输入口的流速控制为0.85l/min，质量流量控制器7和第二三通电磁阀9的第一通道出口的流速控制为0.01l/min，等待系统待到平衡且稳定的状态，此时是操作系统第一模式，通过caps检测no2(a)，此时检测的no2(1)是环境样品中真实的no2。
系统稳定后，开启第一三通电磁阀4的第二通道输入口和第二三通电磁阀9的第二通道出口，与此同时，第一三通电磁阀4的第一通道输入口和第二三通电磁阀9的第一通道出口自动关闭，依然通入环境空气1和零空气补给6，光腔衰减相变no2监测器5和第一三通电磁阀4的第二通道输入口的流速由光腔衰减相变no2监测器5自带的进样泵控制为0.85l/min，质量流量控制器7和第二三通电磁阀9的第一通道出口的流速控制为0.01l/min，此时是操作系统第二模式，通过caps检测no2(b)，此时检测的no2是no转化的no2’与环境样品中真实的no2的总和，则环境大气中的no＝no2’＝no2(b)-no2(a)。
设计的两种模式通过智能系统自动切换，从而实现循环连续在线测量环境大气中no和no2的含量。
本实施例利用现有光腔衰减相变二氧化氮分析仪(cavityattenuatedphaseshiftno2analyzer,简写为caps)检测nox(＝no no2)，可以直接检测大气环境和实验室产生的nox气体，用于nox在线测量方法的建立，监测仪器的检验和标定，以及与nox有关的大气中不同组分(i.e.,vocs,o3,和气溶胶等)的物理化学特性及其环境效应的研究。
本发明使用光腔衰减相变(caps)技术支撑的二氧化氮分析仪，利用no2对光的吸收对no2进行直接检测，不涉及任何转化，无化学干扰，分析更准确，且检测速率快；而且caps技术是定量测量no2技术，测量结果更可靠；并且采用三通阀进行双通道测量，使环境大气中的no快速转换成no2，利用caps同时检测no和no2(即：nox)。本发明能够精准快速的检测nox气体的输出浓度，以满足不同种类的测试和研究要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
1.一种基于caps测氮氧化物的分析仪，其特征在于，包括：空气输入端、气溶胶过滤器、no转化管、第一三通电磁阀、光腔衰减相变no2监测器、零气发生器、质量流量控制器、臭氧发生器、第二三通电磁阀和气体排放出口；
所述第一三通电磁阀设有第一通道输入口、第二通道输入口和输出端；
所述第二三通电磁阀设有输入端、第一通道出口和第二通道出口；
所述空气输入端与气溶胶过滤器输入端连接，所述气溶胶过滤器输出端分别与no转化管输入端、第一通道输入口连接，所述no转化管输出端与第二通道输入口连接，所述第一三通电磁阀的输出端与光腔衰减相变no2监测器连接；
所述零气发生器与质量流量控制器输入端连接，所述质量流量控制器输出端与臭氧发生器输入端连接，所述臭氧发生器输出端与第二三通电磁阀的输入端连接，所述第一通道出口与气体排放口连接，所述第二通道出口与no转化管输入端连接；
所述气溶胶过滤器用于过滤输入空气中的气溶胶，所述no转化管用于将气体中的no转化为no2，所述光腔衰减相变no2监测器用于监测定量输入气体中的no2含量，所述质量流量控制器用于控制输入气体的流速大小。
2.根据权利要求1所述的基于caps测氮氧化物的分析仪，其特征在于，所述光腔衰减相变no2监测器设有自动进样泵，用于定量输入气体。
3.根据权利要求1所述的基于caps测氮氧化物的分析仪，其特征在于，还设有三通电磁阀同步切换装置，用于控制第一三通电磁阀与第二三通电磁阀同步切换。
4.根据权利要求3所述的基于caps测氮氧化物的分析仪，其特征在于，还设有定时器，所述定时器用于设定三通电磁阀同步切换的时间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于caps测氮氧化物的分析仪的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
打开第一通道输入口和第一通道出口，关闭第二通道输入口和第二通道出口，环境空气从空气输入端进入，经气溶胶过滤器通过第一通道输入口进入光腔衰减相变no2监测器，通过质量流量控制器调节零空气的流速，经臭氧生成器生成的臭氧通过第一通道出口排放，通过光腔衰减相变no2监测器检测no2并记录信号，输出环境样品中真实的no2；
打开第二通道输入口和第二通道出口，关闭第一通道输入口和第一通道出口，环境空气从空气输入端进入，经气溶胶过滤器通过no转化管进入第二通道输入口，然后进入光腔衰减相变no2监测器，通过质量流量控制器调节零空气的流速，零气发生器进入的零空气经质量流量控制器通入臭氧生成器生成臭氧，臭氧通过第二通道出口进入no转化管进行反应，环境空气中的no被臭氧氧化成no2，no转化管中气体从第二通道输入口进入，进入光腔衰减相变no2监测器，进行氮氧化物的检测。
6.根据权利要求5所述的基于caps测氮氧化物的分析仪的控制方法，其特征在于，设定三通电磁阀切换周期，定时同步切换测量模式，测量模式包括第一模式和第二模式，所述第一模式为打开第一通道输入口和第一通道出口，关闭第二通道输入口和第二通道出口，所述第二模式为打开第二通道输入口和第二通道出口，关闭第一通道输入口和第一通道出口。
7.根据权利要求6所述的基于caps测氮氧化物的分析仪的控制方法，其特征在于，在第一模式下，所述光腔衰减相变no2监测器和第一通道输入口的流速控制为0.85l/min，所述质量流量控制器和第一通道出口的流速控制为0.01l/min。
8.根据权利要求6所述的基于caps测氮氧化物的分析仪的控制方法，其特征在于，在第二模式下，光腔衰减相变no2监测器和第二通道输入口的流速由光腔衰减相变no2监测器控制为0.85l/min，质量流量控制器和第一通道出口的流速控制为0.01l/min。
9.根据权利要求6所述的基于caps测氮氧化物的分析仪的控制方法，其特征在于，所述氮氧化物的检测公式为：
no＝no2’＝no2(b)-no2(a)
其中，no2’表示no通过臭氧反应转化生成的no2，no2(a)表示第一模式下光腔衰减相变no2监测器检测到的no2含量，no2(b)表示第二模式下光腔衰减相变no2监测器检测到的no2含量。
技术总结