粉尘气溶胶系统

粉尘、气溶胶与可吸入颗粒物有何区别？ 差别在于粒径的大小吗？

粉尘检测仪的工作原理主要是光吸收、光散射、β射线和交流静电感应原理。目前，对粉尘监测方法主要有过滤称重法，x射线衍射法，散射光法，压电天平法，β射线粉尘测量法和光透法等等。重量法作为粉尘测量的最常见的方法，需配备万分之一至十万分之一的电子天平。虽然测量的精度较高，是粉尘测量的标准方法。但工作程序较多，耗时较长，受滤膜阻尘效率、泵的效能、采样时的压力损失、采样气路漏气、分析天平误差等的影响。该法满足不了自动、连续、无人操作以及数据的自动记录和传输的需要。X射线衍射法只能检测大气中游离的二氧化硅，不能进行全面检测。[b]Lambert-Beer定律[/b]当光束通过含尘空气时，会发生吸收和散射。由于粉尘的散射和吸收作用，光在原来传播方向上的光强会有一定程度的衰减，即粉尘的消光作用。但是消光的方法不适用于低浓度的情况。因为空气中的粉尘浓度较低时，在小区域体积内(当光束传播距离较短)时，光的衰减对含尘空气粉尘浓度是不敏感的。在这种情况下的测量系统既要很灵敏，还要有很大的动态范围是非常困难的。而且对于探测器的选用，光源的稳定和系统的噪声抑制要求都很高。所以在这种情况下，利用光吸收原理直接测悬浮粉尘浓度是不好的。[img]http://www.vertpedia.com/UploadFile/201349135022284.jpg[/img][b]光吸收法测量原理[/b]当光波通过线性物质时，会与物质发生相互作用，光波一部分被介质吸收，转化为热能；一部分被介质散射，偏离了原来的传播方向，剩下的部分仍按原来的传播方向通过介质。透过部分的光强与入射光强之间符合朗伯一比尔定律。光吸收型粉尘浓度传感器以朗伯一比尔定律为基础，通过测量入射光强与出射光强，经过计算得到粉尘浓度。该法具有在高粉尘浓度情况下测量准确的特点。[b]光散射法测量原理[/b]含尘气流可以认为是空气中散布着固体颗粒的气溶胶，当光束通过含尘空气时，会发生吸收和散射，从而使光在原来传播方向上的光强减弱，粉尘浓度传感器就是通过探测变化的光信号，经过换算而实现粉尘浓度测量的。粉尘仪通过采气泵将待测气溶胶吸入检测舱，待测气溶胶在分支处分流成为两部分，一部分经过一个高效过滤器后被过滤为干净的空气，作为保护鞘气来保护传感器室的元器件不受待测气体污染。另一部分气溶胶，作为待测样品直接进入传感器室。传感器室中，主要元器件为激光二极管、透镜组和光电检测器。检测时，首先由激光二极管发出的激光，通过透镜组形成一个薄层面光源。薄层光照射在流经传感器室的待测气溶胶时，会产生散射，通过光电探测器来检测光的散射光强。光电探测器受光照之后产生电信号，正比于气溶胶的质量浓度。然后乘以电压校准系数，这个系数通过测定特定浓度的气溶胶来得到。通常用来做标定的测试气溶胶是亚利桑那试验粉尘(或ISO12103-1，A1试验粉尘)。采用光散射法测量空气中的粉尘浓度，具有快速、简便、连续测量的特点。因此这种利用光散射理论的方法已越来越多的应用于分析粉尘的浓度。[b]β射线吸收法[/b]β射线吸收法的基本原理为：射线通过介质层时，由于介质层的吸收作用，其射线强度将会减弱，减弱程度与介质层的质量厚度(单位面积上介质质量)有关，其减弱关系在一定范围内大致遵从指数衰减规律。利用此原理，检测仪内的放射源产生的β射线通过粉尘粒子时，粉尘粒子吸收β射线，根据粉尘吸收β射线的量与粉尘质量成线性关系计算并显示粉尘浓度。一般β射线粉尘测量仪系统，由β射线探测、粉尘采样、信号处理与单片机(微处理器)系统组成。β源采用一般14C，β射线由G—M计数器（探测器）探测，[color=#333333]粉尘仪[/color]用滤膜夹将待测滤膜置于放射源与计数器之间进行测量。所得脉冲信号经过放大成形后，经单道脉冲幅度分析器分析，选择对应射线幅度的电压脉冲信号转变为数字脉冲信号。数字脉冲信号的计数由单片机(微处理器)系统实现。该系统对数据进行处理、显示，并通过其键盘和LCD／LED显示器实现人机对话，满足参数设置与粉尘浓度测量结果输出，即滤膜重量(mg)及粉尘浓度测量数据，可以自动显示在单片机(微处理器)系统的液晶或发光二极管显示器上。β射线粉尘测量仪系统的工作流程，可分为三个具体步骤：(1)首先，透过空白滤纸样品介质的G射线，由G—M探测器探测。经过脉冲信号放大成形与单道脉冲幅度分析器后，由单片机(微处理器)系统分析处理，并记录透过空白滤纸样品介质B射线的强度。(2)在空白滤纸样品测量过程的同时，由单片机(微处理器)系统控制的抽气泵系统，以恒定流量通过采气气路抽入一定量的被采样空气，其气体中颗粒不断吸附在被测滤纸样品面上，其吸附量与控制采样抽气时问有关。(3)经过一定的采样抽气时间后，对吸附气体颗粒(粉尘)的被测滤纸样品的探测、处理，与透过空白滤纸样品介质I3射线强度的测量过程相同。β射线测尘仪应用β射线吸收技术来测量大气中粉尘的质量浓度，其测量结果可与经典的标准方法—称重法等效；它可以减少样品的处理时间和受污染的机会，不会带来人为误差且无误差积累，不需要经常校准和调零，能实现自动连续监测，监测过的样品可以保留，因而得到了比较广泛的应用。[b]摩擦电法测量粉尘浓度[/b]摩擦电法测量粉尘浓度是近10年来国际上受重视的一种粉尘浓度在线测量方法。该方法是对运动的颗粒与插入流场的金属电极之间由于碰撞、摩擦产生等量的符号相反的静电荷进行测量，来考察与粉尘浓度的关系，其特点是灵敏度高、结构简单、免维护。

气溶胶（Aerosol）是固体或液体微粒悬浮于气体介质中所形成的系统，气溶胶粒子的大小是决定气溶胶行为的最重要参数。粒子的沉降、扩散、蒸发、凝并、对光的散射等等都与粒子大小有关。我们日常所见到的雾、霾、灰尘等都属于气溶胶，气溶胶除了对我们的生活造成不便之外，还可被广泛应用于各种科学研究中，包括过滤材料对气体中粒子的过滤效率的检测，有害气溶胶对人体危害程度的研究等等，由于粒径大小对于气溶胶的行为影响最为关键，因此，在使用气溶胶过程中，对于粒径大小的检测尤为重要，本研究通过使用Winner311XP型激光粒度仪，在开放空间内（避免气溶胶相互凝并）直接检测，读取气溶胶粒径，为后续的研究工作提供了准确的数据支持。 目前，在使用气溶胶检测空气过滤材料过滤效率的相关标准中，最常用到的是邻苯二甲酸二辛酯（DOP）或与之类似的油性介质（如DOS、DEHP、玉米油等），在一定的压力和特制喷嘴作用下，通入压缩空气，在液体内部产生气泡，气泡上升至液体表面时破裂产生大量气溶胶，将气溶胶通入过滤材料上表面，并在风力作用下穿过过滤材料，对比过滤材料上表面和下表面的气溶胶浓度，即可计算得出过滤效率。除此之外，经常用到的气溶胶介质还有NaCl，将NaCl盐溶液在压力作用下产生气溶胶，并经干燥、除静电后作为检测用气溶胶进行测试。 青岛众瑞智能仪器有限公司专业研发、生产气溶胶发生仪器，用于高效过滤器、口罩等过滤材料的检测，在研制过程中，产生的气溶胶粒径作为最重要的指标之一，一直无法有效确认，由于相关标准规定测试气溶胶的粒径大多为0.3μm~1.0μm之间，属于亚微米级别，国外仪器价格昂贵，国内产品又难以检测亚微米气溶胶粒径，经过反复比较测试，济南微钠颗粒股份有限公司研制的Winner311XP型激光粒度仪检测范围可覆盖 0.1μm~100μm范围，有效检测亚微米级别的气溶胶粒径。现将检测结果报告如下。1仪器与方法1.1仪器与材料：ZR-1300型气溶胶发生器（青岛众瑞智能，油性气溶胶发生器）；Winner311XP型激光粒度仪（济南微钠颗粒仪器0.1μm~100μm）；PAO-4（聚α烯烃）；2%NaCl水溶液。http://club.chem17.com/Services/ForumAttachment.ashx?AttachmentID=20040图一 Winner311XP（青岛众瑞实验室）1.2测试方法：1.2.1 PAO气溶胶粒径检测方法a)打开Winner311XP开机预热，使用标准粒子进行校准；b)将 1LPAO-4油注入 ZR-1300型气溶胶发生器油箱中，接通电源，打开气溶胶发生器开关，调节喷雾压力到合适范围，输出 PAO气溶胶；c)将气溶胶输入到 Winner311XP检测光路通道中，待稳定后，开始采集读数；d)采集读数结束后，形成检测报告。1.2.2 NaCl气溶胶粒径检测方法a)打开 Winner311XP开机预热，使用标准粒子进行校准；b)配制 2%NaCl水溶液，加入到 ZR-1300型气溶胶发生器油箱中，接通电源，打开气溶胶发生器开关，调节喷雾压力到合适范围，输出含水 NaCl气溶胶；c)将含水 NaCl气溶胶通入干燥器中，加热干燥，形成的干燥气溶胶通过除静电装置后，输出测试用 NaCl气溶胶；d)将 NaCl气溶胶输入到 Winner311XP检测光路通道中，待稳定后，开始采集读数；e)采集读数结束后，形成检测报告。2检测结果2.1 PAO气溶胶粒径检测结果 在同一测试条件（包括喷雾压力、喷嘴数量）下，多次反复测试 PAO-4气溶胶粒径，得出检测数据基本一致，Winner311XP仪器测试稳定性好，结果保持了较高的一致性，PAO气溶胶检测结果如图二所示；2.2 NaCl气溶胶粒径检测结果 NaCl气溶胶的检测结果随实验条件变化影响较大，包括盐溶液浓度、喷雾压力等都对粒径的大小有一定影响，可根据标准中对粒径的要求，通过改变实验条件，逐步探寻最佳的喷雾参数，为仪器研发提供很好的数据支持， NaCl气溶胶检测结果如下图所示。http://club.chem17.com/Services/ForumAttachment.ashx?AttachmentID=20039图一PAO气溶胶检测结果 图二NaCl气溶胶检测结果3.Winner311XP在气溶胶检测方面的应用分析 Winner311XP作为一款专业检测气溶胶粒径的高精度分析仪器，检测范围0.1μm~100μm，覆盖了整个常见气溶胶粒径范围，可广泛应用于环境监测、洁净环境检测、科学研究等领域。 环境监测方面，目前全国各地环境监测站普遍将 PM10（空气动力学粒径小于 10μm）及 PM2.5（空气动力学粒径小于 2.5μm）颗粒物检测作为重点，每小时向公众报告检测数据，PM10和PM2.5的粒径选择是通过标准切割器完成的，各种不同流量（包括小流量 16.7L/min、中流量 100L/min、大流量 1.05m /min）的切割器，质量良莠不齐，经过切割的颗粒物粒径是否符合标准规定有待检测，使用Winner311XP可有效解决这个问题，之前国内仅有少量几家国家级检测机构具备测试切割器准确性的能力，如果各地环境监测机构均实现对切割器的切割准确性检测，对于提高我们国家的 PM10、PM2.5检测数据准确性有很大作用。洁净环境检测方面，在高效过滤器检测、药厂洁净厂房检测、生物安全柜等洁净设备检测的应用上，过去对于使用的气溶胶粒径无明确要求，有的采用ISO标准，有的采用美国标准，还有的国内标准允许使用大气自然尘作为气溶胶来源，这些都无法保证检测数据的准确性，随着新的检测标准的推行，对气溶胶粒径提出了明确的要求，这样在检测过程中，检测单位必须要使气溶胶的粒径符合标准的规定，Winner311XP可以很好的满足高效过滤器检测过程中常用的亚微米级别的气溶胶粒径检测需要。 在科学研究方面，生物气溶胶、粉尘气溶胶等特定物质形成的气溶胶特性研究方面，由于粒径是影响其特性的最关键指标，粒径大小的准确测定对于研究其空气动力学特性、对人体的危害程度等都具有非常重要的作用。4结论 Winner311XP激光粒度仪在我们的仪器研制过程中，为产品性能提升、输出气溶胶粒径控制等关键技术突破提供了准确的数据支持，仪器运行稳定、检测数据准确度高、重复性好，产品品质值得信赖。