催化汽提器 CS（Catalytic Stripper）

简介

气溶胶采样在多个科学和工业领域中都占据关键地位，涵盖空气质量、排放控制、毒理学研究等诸多方面。催化汽提器CS（ Catalytic Stripper ）一直是精准测量固体气溶胶的核心工具，尤其在需要分离非固体组分的应用场景中不可或缺。通过将挥发性和半挥发性化合物化学转化为非反应性气体，催化汽提器确保仅对颗粒物的固体组分进行测量。

催化汽提器的工作原理与气溶胶测量中常用的蒸发管ET（Evaporation Tube）或热脱附器TD（Thermal Denuder）相似，这三种设备均通过将气溶胶进样口加热至特定温度，使挥发性物质转化为气相以实现分离。但催化汽提器的核心优势在于其催化活性设计：与仅让挥发性物质凝结在内部表面或重新凝结成气溶胶形式的蒸发管不同，催化汽提器利用加热的催化剂，将碳氢化合物及其他非固体物质化学转化为非反应性气态物质，确保从催化汽提器中排出的气溶胶仅包含原始样品中的固体组分。

型号

应用（5）：车辆排放测量

杜卡等人（2021年）研究了催化汽提器对汽油直喷（GDI）发动机排放的纳米颗粒物化学组成的影响。该研究结合激光解吸/电离质谱法和先进的统计技术，探究了催化汽提器对不同粒径筛选颗粒物化学特性的影响，重点分析了粒径在10-560纳米范围内的超细颗粒物（UFPs）。

测量装置

实验装置以单缸汽油直喷发动机为核心，直接从发动机歧管处采集尾气。尾气经射流稀释系统稀释后，通入催化汽提器。实验中使用了两台催化汽提器：一台为德国催化仪器公司生产的CS-015型催化汽提器（CS1），在350℃下运行；另一台为定制款催化汽提器（CS2），可处理更高的流量。催化汽提器能够有效去除尾气颗粒物中的挥发性有机化合物，助力研究人员更精准地分析非挥发性组分。

图1为详细的采样装置示意图，标注了催化汽提器在颗粒物测量仪器前的安装位置，展示了催化汽提器在系统中的集成方式，凸显了其在颗粒物化学组成分析前调节颗粒物性质的作用（杜卡等人，2021年）。

图2为发动机高速运行状态下，不同粒径筛选颗粒物的质谱图，其中红线为使用催化汽提器时的采样结果，蓝线为未使用催化汽提器时的采样结果，颗粒物粒径范围为10纳米至560纳米（杜卡等人，2021年）。

质谱图分析

●         蓝线（未使用催化汽提器）：代表未使用催化汽提器时采集的颗粒物质谱图。结果显示，颗粒物中高相对分子质量多环芳烃（PAHs）及其他有机化合物的占比较高，尤其是在大粒径颗粒物中。这些特征峰与未燃烧的燃料残渣或润滑油相关，表明颗粒物的有机碳含量较高，在粒径为10-32纳米的细颗粒物中表现尤为明显，这类颗粒物携带的挥发性组分更多。

●         红线（使用催化汽提器）：代表经催化汽提器处理后采集的颗粒物质谱图。结果显示，有机物特征峰的强度显著降低，而碳簇的占比大幅提升，表明颗粒物的有机碳/元素碳（OC/EC）比值显著下降。该变化在粒径为10-32纳米的超细颗粒物中最为明显，催化汽提器几乎去除了其中所有的有机组分，仅留下以元素碳为主的固体组分。

该图体现了催化汽提器在去除挥发性和半挥发性有机化合物方面的高效性，尤其对于易携带大量有机物的超细颗粒物效果显著，同时也表明催化汽提器可显著改变尾气颗粒物的化学组成，助力研究人员更精准地评估对人体健康至关重要的非挥发性组分。

关键研究发现

催化汽提器在降低颗粒物的有机碳含量方面发挥了关键作用，对粒径小于100纳米的颗粒物效果尤为显著，这类颗粒物通常携带更多的挥发性组分。研究表明，经催化汽提器处理后的颗粒物元素碳含量更高，说明其表面的有机层被成功去除。该研究结果对于理解超细颗粒物的健康影响具有重要意义，因为它分离出了无挥发性有机物的固体颗粒物的单独作用。

参考文献

杜卡, D.、拉赫曼, M.、卡彭蒂埃, Y.、皮里姆, C.、博伊斯, A.（2021年）。汽油直喷发动机排放的不同粒径筛选纳米颗粒物的化学表征：催化汽提器的影响。《燃料》，294卷，120317页。https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120317。