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气溶胶测量原理、技术及应用 南开大学环境科学与工程学院 2009.10 气溶胶测量方法 概述 粒度范围 采样与分析方法 直读方法测量气溶胶 气溶胶的测量误差 气溶胶测量方法—概述 通常情况下，测量气溶胶所用的仪器仅仅可以间接测量所需信息 ，大部分仪器也只能在一个有限的粒径范围内进行操作，最简单或最复杂的仪器都可能在测量中引入误差。因此，从事气溶胶研究的人员必须分析和评价不同测量方法得到的数据的意义和有用性，以实现一种或多种特定目标。 在选择测量仪器时的难点就是，要把质量保证原则应用到气溶胶测量方法中，以确保获得准确、有意义的数据。 气溶胶测量方法---粒度范围 选择气溶胶测量仪器时，考虑的首要因素之一是气溶胶的粒度范围。 在粒度谱图中的微小粒子端，气溶胶粒子可能在（光）化学反应、凝结核和凝结生长以及凝结或凝聚中形成。 在谱图上端的粒子很可能由于机械作用而形成，如磨损和挤压，而飞沫可以通过喷雾和起泡形成。 气溶胶小粒子与大粒子间的典型分隔线大约是1μm，前者很少能生长到显著超过几μm，而后者很少有低于0.5μm。 气溶胶测量方法 两种普遍使用的气溶胶测量方法分别是收集和分析法、直读感应器法。 前者的资金投入较少，但耗费时间较长，能进行完整的浓度测量，可以定性、定量测量气溶胶； 后一种方法要昂贵得多，通常能够给出粒径分布信息以及近于实时的测量结果，同时允许一段时间之后再进行一些测量。 气溶胶测量方法--采样与分析方法 最普遍的收集技术是用滤膜收集空气中的粒子。 分级采样装置，通常用的是惯性分级装置 粒子可以通过多种方法分析 整个滤膜上的样品：重量分析、化学分析、生物分析或放射性分析 滤膜中的单个粒子 ：显微分析、光谱分析或者形态分析 几台分级器串联起来作为“串级式”设备以分级气溶胶或测量粒径分布。包括串级冲击式采样器、串级向心采样器、串级旋风采样器或浸提器组。 气溶胶测量方法--直读方法 测量粒子质量的直读法 测量表面积的直读法 测量单个气溶胶粒子的直读法 测量粒径分布的直读仪器 测量粒子质量的直读法 测量质量的最直接方法是让粒子沉积到振动表面，并测量共振频率的变化 第一类使用压电晶体作为收集表面 另一类振动感应器是锥形元件震荡微天平 另一种测量质量的方法利用的是所收集的物质中散射的β射线 使用电荷来测量串级冲击式采样器的每个单级中的粒子浓度（电低压冲击式采样器 ） 浊度计或光度计利用来自较大区域（大于光学粒子计数器中的区域）的光散射测量粒子类型和粒径分布信号的累计散射函数。在气溶胶不随时间显著变化的情况下进行自动校准而测定粒子质量 测量表面积的直读法 一种方法是将气溶胶暴露在离子场中，测量离子上累积的静电荷。 ELPI Epiphaniometer将气溶胶暴露在衰减成放射性金属原子的放射性气体之中，这些原子弥散在气溶胶粒子的表面。在检测之前，移走这种气体，所测到的辐射结果就可以表示粒子的总表面积。 第三种测量表面积的方法是使用短波光使气溶胶粒子表面发出电子。检测到的电量是表面积的函数 测量单个气溶胶粒子的直读法 光学粒子计数器（OPC）、激光粒子计数器（LPC） 在一定的角度范围内，它可以检测到每个粒子的散射光，并将其转变成电脉冲。电脉冲是一个复杂函数，但一般是粒径的递增函数。 OPC可以获得单个粒子的信息，或者测定总的粒子浓度 优点：光散射为粒子检测提供了一种相对较便宜的、非破坏性的、高速的技术。 缺点：每个粒子的散射光与光源、检测角度的范围、粒径、形状以及粒子的折射率都有复杂的关系。在实际情况下，预测或抵消后两个因素通常是比较困难的，因此OPC测量的粒径通常只是近似值。对小粒子的检测灵敏度低，在最佳的条件下最低检出限为0.1μm。 CNC能够检测出几nm的微粒，在一定条件下，甚至能检测出1~3nm范围内的微粒 测量粒径分布的直读仪器 小粒径范围 几种形式的电分级器可以分离亚微米级的粒子 ，通CPC检测。 能得到几nm到0.5μm粒径范围内的高分辨率信息，但不能准确测量较大的粒子，因为大粒子很可能留有多重电荷 。 浸提器组（diffusion batteries）也可以作为直读仪器，它检测经过CPC扩散收集部件的粒子。 浸提器组比其他电分级器的分辨率要低得多 ，主要是作为累计采样仪器 测量粒径分布的直读仪器 大粒径范围 粒径测量最常用的仪器是OPC和LPC，这两种仪器可以在一个相对较宽的浓度和粒径范围内工作。 飞行时间粒度分级器 根据测量粒子通过感应区的飞行时间可以得到粒子速度，粒子的速度是其空气动力学直径的函数。 行时间质量分析仪 飞行时间分级原理与激光消融系统和质谱结合，从而得出与气溶胶粒径有关的