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在線重金屬分析儀采用無損的X射線熒光光譜原理，并結合大氣顆粒物富集技術進行測試。整套儀器包括大氣顆粒物富集系統（采樣裝置、加熱裝置、流量測量裝置）、卷膜系統（濾膜卷、濾膜運動電機）、XRF分析測試系統（X光管、數字多道分析器、算法分析軟件）、控制系統（采樣控制、卷膜運動、XRF檢測、流量記錄與控制、重金屬濃度計算、結果顯示等）。
切割器采用撞擊式切割器，其原理是：當環境空氣通過一個噴嘴時，按照慣性原理射向沖擊板后氣流發生偏轉，粒徑大的顆粒物動量也大，撞擊到撞擊板上被收集，粒徑小的顆粒物動量小，撞擊后隨氣流發生偏離，經過采樣管到達采樣濾紙帶上。PM2.5切割器采用的是旋風式切割器，其工作原理是：氣流進入圓筒體后，以很高的速度經180°漸開線前進，產生旋轉氣流。大粒徑的顆粒物在離心力的作用下，逐漸向器壁靠近，并繼續向下運動，速度逐漸降低。大粒徑的顆粒物與器壁撞擊后失去了繼續前進的動力進而落入大顆粒接收器，小粒徑的顆粒物沿氣體排出管上升，從而將大小顆粒分開。
在常規的空氣顆粒物采樣中，所用濾膜包括石英濾膜，玻璃纖維濾膜，聚氯乙烯濾膜，聚四氟乙烯濾膜等，這些濾膜針對空氣顆粒物測試的項目不同，有各自的應用。針對大氣顆粒物中重金屬的檢測，要求濾膜成分上不能含有待測重金屬。針對在線監測，還對濾膜的強度有一定的要求。
傳統的空氣顆粒物質量濃度監測采用的一般是玻璃纖維的濾膜卷，而玻璃纖維濾膜中含有多種重金屬，因此不能用來測試大氣顆粒物中的重金屬。在線重金屬分析儀則采用特殊定制的PTFE濾膜，其對空氣動力學直徑為0.3um的粒子收集效率在99.97%以上，其材質既保證了濾膜中不含重金屬，并且具有較大的強度，可以保證濾膜運動過程中不會被拉斷。
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