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安帕爾：PM2.5及超細(xì)顆粒物在線監(jiān)測(cè)方法
2024-06-13
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超細(xì)顆粒物，在一些領(lǐng)域認(rèn)為是指當(dāng)量粒徑小于0.1μm的顆粒物，即PM0.1。細(xì)顆粒物”為空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑在2.5微米以下的顆粒物，即PM2.5。
空氣動(dòng)力學(xué)粒徑檢測(cè)法
通過(guò)加速噴嘴加速氣溶膠的采樣氣流，采樣氣流經(jīng)過(guò)噴嘴后，氣流速度發(fā)生變化，氣流中不同粒徑的粒子由于慣性作用會(huì)產(chǎn)生不同的加速度，如：大粒徑的粒子慣性大、加速慢，從而導(dǎo)致通過(guò)定寬檢測(cè)器的時(shí)間不同。粒子飛出噴嘴后，在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)直線通過(guò)2 束相互重疊的平行激光產(chǎn)生光散射信號(hào)。一面橢圓鏡放置在激光軸的90°方向，選擇散射光信號(hào)并聚焦到雪崩式光電監(jiān)測(cè)器(APD)。雪崩式光電監(jiān)測(cè)器將光脈沖轉(zhuǎn)化成電脈沖，每個(gè)粒子產(chǎn)生單獨(dú)的連續(xù)雙峰信號(hào)。2 峰間的距離稱為飛行時(shí)間(Time of Flight)，它與顆粒的粒徑一一對(duì)應(yīng)，同時(shí)該信號(hào)的峰高用來(lái)進(jìn)行光學(xué)散射測(cè)量。檢測(cè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)提高了粒子的檢測(cè)性能并且最大程度的減小了光學(xué)散射強(qiáng)度測(cè)量中米式散射振蕩的干擾。空氣動(dòng)力學(xué)法檢測(cè)可以直接得到PM10 與PM2.5 的粒徑濃度分布，空氣動(dòng)力學(xué)法受顆粒的形狀、折射率和密度等影響較小，與人體健康息息相關(guān)，因此使用廣泛，空氣動(dòng)力學(xué)法檢測(cè)的儀器顆粒給出粒徑數(shù)量濃度或粒徑質(zhì)量濃度的分布數(shù)據(jù)，其粒徑譜儀需要用聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)顆粒小球(PSL) 進(jìn)行定期標(biāo)定。
激光散射強(qiáng)度檢測(cè)法
激光散射強(qiáng)度檢測(cè)方法是真空泵將大氣氣溶膠抽吸入儀器，使用激光檢測(cè)器對(duì)不同粒徑大小的氣溶膠進(jìn)行檢測(cè)。不同粒徑的氣溶膠通過(guò)激光檢測(cè)器產(chǎn)生不同強(qiáng)度的散射信號(hào)，大顆粒的散射信號(hào)強(qiáng)，小顆粒的散射信號(hào)弱。信號(hào)處理器將散射信號(hào)轉(zhuǎn)化成電脈沖信號(hào)，大顆粒的電脈沖信號(hào)強(qiáng)度高，小顆粒的電脈沖信號(hào)強(qiáng)度低。通過(guò)計(jì)算該脈沖信號(hào)的強(qiáng)弱得到不同粒徑的數(shù)濃度信息。一般檢測(cè)粒徑為0.3 至10 微米，甚至更大粒徑。激光散射法檢測(cè)時(shí)需要考慮顆粒的形狀、折射率、密度等因素，但光學(xué)散射粒徑與顆粒物的光學(xué)效應(yīng)直接相關(guān)，決定了顆粒對(duì)光的散射和吸收性質(zhì)。因此對(duì)激光散射法檢測(cè)的儀器可以給出粒徑數(shù)量濃度分布信息，粒徑質(zhì)量濃度分布信息需要進(jìn)行計(jì)算才能得到，該法儀器也需要用聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)顆粒小球(PSL) 進(jìn)行定期標(biāo)定。
電遷移率檢測(cè)法
氣溶膠被真空泵吸入到儀器中，儀器中有梯度變化的電場(chǎng)電壓，荷電的氣溶膠在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力的作用產(chǎn)生遷移現(xiàn)象，在鞘氣的攜帶下向某一方向運(yùn)動(dòng)，并最終沉積在電場(chǎng)中的某一點(diǎn)。在荷相同電荷的其概況下形成不同的拋物線軌跡，小顆粒的電遷移率高，在電場(chǎng)中飛行的距離短，形成的拋物線軌跡短；大顆粒電遷移率低，在電場(chǎng)中飛行的距離長(zhǎng)，形成的拋物線軌跡長(zhǎng)。通過(guò)調(diào)節(jié)電壓可以實(shí)現(xiàn)在同一位置采集不同粒徑的顆粒。該種方法的關(guān)鍵是保證所檢測(cè)的不同粒徑的顆粒都荷一個(gè)單一電荷，這就是氣溶膠中和器的作用。
氣溶膠中和器或者使用高壓放電電離空氣產(chǎn)生正負(fù)離子，或者使用放射源電離空氣產(chǎn)生正負(fù)離子。所產(chǎn)生的正負(fù)離子中和氣溶膠表面的多余電荷，保證空氣中的氣溶膠達(dá)到波爾茲曼平衡分布。這樣大氣中荷電分布不確定的無(wú)序狀態(tài)，通過(guò)中和器后達(dá)到波爾茲曼平衡分布的有序狀態(tài)。達(dá)到波爾茲曼平衡分布的氣溶膠進(jìn)入粒徑分布譜儀，譜儀才可以準(zhǔn)確檢測(cè)到氣溶膠的粒徑數(shù)量濃度分布，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得到粒徑質(zhì)量濃度分布信息。電遷移率檢測(cè)法適合于檢測(cè)小于1 微米的納米級(jí)顆粒物，最低可到2.5 納米，該種方法的儀器也需要用聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)顆粒小球(PSL) 進(jìn)行定期標(biāo)定。
TSI粒子檢測(cè)設(shè)備有助于客戶實(shí)現(xiàn)對(duì)重要空氣質(zhì)量指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，幫助人們更好地了解空氣質(zhì)量。TSI 生產(chǎn)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、性能可靠、易于操作且無(wú)須過(guò)多的維修保養(yǎng)，適用于長(zhǎng)期以及短期的應(yīng)用，能夠保證研究級(jí)別的精確度。
TSI研究級(jí)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)方案，適用于超細(xì)粒子計(jì)數(shù)和粒度分布測(cè)量。 型號(hào)為3783 的TSI Environmental Particle Counter (EPC) 以及型號(hào)為3031 的超細(xì)顆粒物(UFP) 監(jiān)測(cè)儀能以獨(dú)特的方式檢測(cè)空氣中的超細(xì)粒子數(shù)量(PN) 和粒度分布情況。超細(xì)粒子(<100nm) 在城鎮(zhèn)中的數(shù)量濃度較高，傳統(tǒng)的質(zhì)量型檢測(cè)方法并不能很好地體現(xiàn)這一點(diǎn)。此外，越來(lái)越多的毒理學(xué)證據(jù)顯示，接觸超細(xì)粒子會(huì)影響身體健康，正是出于這個(gè)因素的考慮，TSI 生產(chǎn)的很多儀器都被運(yùn)用到了世界各地的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，比如3783 型EPC 和3031 型UFP 監(jiān)測(cè)儀等，第一次實(shí)現(xiàn)了全世界范圍內(nèi)的UFP 濃度比對(duì)。
