氣溶膠測(cè)量筆記

1、1.4.5總懸浮顆粒物（TSP）能懸浮在空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑100微米是大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)中的一個(gè)通用的重要污染指標(biāo)總懸浮顆粒物的濃度以M空氣中總懸浮顆粒物的毫克數(shù)表示，用標(biāo)準(zhǔn)大容量 顆粒采樣器在采樣效率接近100%濾膜上采集已知體積的顆粒物，恒溫恒濕條件 下，稱量采樣前后采樣膜質(zhì)量來(lái)確定采集到的顆粒物質(zhì)量，再除以采樣體積，得 到顆粒物的質(zhì)量濃度。在一般大氣壓條件下，熱遷移力或熱遷移速度取決于粒度，即意味著較小的粒子 會(huì)先沉降下來(lái)。所以當(dāng)粒度超過(guò)2微米時(shí)，熱沉降器的收集效率受到影響。過(guò)濾采樣：使氣體通過(guò)一種介質(zhì)使其中的粉塵與氣溶膠分開(kāi)。方法：Soxhlet過(guò)濾器可溶性采樣濾膜糖濾膜萘濾膜（采樣后

2、加熱時(shí)萘揮發(fā)）四氯酚歐 結(jié)晶可溶性濾膜1.4.6樣品分離淘析器和氣溶膠離心機(jī)前者：利用重力，根據(jù)粒子沉降速度與氣流速度的差異，依據(jù)粒度將其分離。后者利用離心力1.4.7 CNC凝結(jié)核子計(jì)數(shù)器：即膨脹技術(shù)器的前身，后來(lái)人們開(kāi)始使用光電膨脹型儀器。以至于后來(lái)在 綜合電學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研發(fā)自動(dòng)光電凝結(jié)核子技術(shù)器。1.4.8超顯微鏡光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器由丁達(dá)爾現(xiàn)象受到啟發(fā)，即在可見(jiàn)先以下的粒子是可以被觀察、計(jì)數(shù)和測(cè)量的。除了超倍顯 微鏡以外，濁度計(jì)、丁達(dá)爾儀和光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器的發(fā)明也基于此。利用粒子散射出的光進(jìn)行 觀察。1.4.9礦物和化學(xué)氣溶膠的分析礦物粉塵：成分是石英和其它硅酸鹽類以及重金屬。方法：比重計(jì)、滴定

3、法、色度計(jì)、光度計(jì)、極譜記錄儀和X射線衍射。X成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方 法。1.5纖維氣溶膠的測(cè)定石棉，是第一個(gè)纖維氣溶膠的來(lái)源，它可以擴(kuò)散進(jìn)入工作場(chǎng)所空氣和大氣環(huán)境中。20世紀(jì) 60年代確定了它與肺癌之間的效應(yīng)關(guān)系，吸入到人體的石棉粉塵可以致癌。最早的測(cè)量方法：樣品停留在濾膜上，在真空條件下鍍金使其具有導(dǎo)電性，在掃描電鏡（SEM）下可以測(cè)量直徑大于等于0.1微米的纖維。后來(lái)的TEM （透射電子顯微鏡）是唯 一能給出細(xì)小石棉纖維清晰圖像的儀器。但人們對(duì)纖維氣溶膠測(cè)量方法的研究不僅限于此，從20世紀(jì)70年代中期起，開(kāi)始對(duì)直讀測(cè) 量方法有了興趣。2橋聯(lián)科學(xué)及其在氣溶膠測(cè)量中的應(yīng)用2.1緒論本書(shū)旨在詳盡介紹氣

4、溶膠測(cè)量的基本原理，使科學(xué)家和從業(yè)者能夠根據(jù)這些原理確定需要測(cè) 量的氣溶膠特性，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行解釋。在科學(xué)與應(yīng)用上起到橋梁的作用。2.2與氣溶膠研究最接近的領(lǐng)域是：粉末和噴霧研究。2.4計(jì)算機(jī)語(yǔ)言現(xiàn)在的電子表格如Excel和Quattro Pro （CRL）都有廣泛的庫(kù)功能，使用者可在短時(shí)間內(nèi)執(zhí)行 復(fù)雜的計(jì)算。氣溶膠的行為在很大程度上取決于空氣運(yùn)動(dòng)及其特性。不同系統(tǒng)中的空氣運(yùn)動(dòng)、湍流、粒子 軌跡和熱傳導(dǎo)等能用統(tǒng)計(jì)流體動(dòng)力學(xué)（CFD）軟件計(jì)算出來(lái)。氣溶膠計(jì)算器是一種方便的工具，它可以快速計(jì)算氣溶膠動(dòng)力學(xué)中的大量參數(shù)，并能提高人 們對(duì)氣溶膠行為的理解，這些行為反映了特定條件下的重要機(jī)制。3氣溶膠基

5、本理論3.1緒論氣溶膠：長(zhǎng)時(shí)間懸浮在氣體環(huán)境中、能觀察或測(cè)量到的液體或固體粒子的集合。其包括的種 類繁多。氣溶膠按其來(lái)源可分為一次氣溶膠（以微粒形式直接從發(fā)生源進(jìn)入大氣）和 二次氣溶膠（在大氣中由一次污染物轉(zhuǎn)化而生成）兩種。它們可以來(lái)自被風(fēng)揚(yáng)起的細(xì) 灰和微塵、海水濺沫蒸發(fā)而成的鹽粒、火山爆發(fā)的散落物以及森林燃燒的天然源，也 可以來(lái)自化石和非化石燃料的燃燒、交通運(yùn)輸以及各種工業(yè)排放的煙塵等人為源。目 前，用光散射的方法描述粒子的有用信息。本章主要是介紹某些氣溶膠的一般性質(zhì)，為后幾 章氣溶膠的測(cè)量做準(zhǔn)備。3.2可利用和不可利用的氣溶膠近年來(lái)，人們開(kāi)始致力于研究各種天然或人為氣溶膠對(duì)全球氣候變暖的影

6、響。Eg:生產(chǎn)高速集成電路時(shí)，利用氣溶膠粒子來(lái)降低污染物濃度，以保證工作環(huán)境的清潔。利 用氣溶膠還生產(chǎn)了高技術(shù)材料，如陶瓷粉、超導(dǎo)材料和光纖。3.3氣溶膠的單位及相關(guān)公式的應(yīng)用微米單位，因?yàn)闅馊苣z粒子的粒徑范圍大約為10-910-4m。10-6 m對(duì)人體呼吸系統(tǒng)危害最大。氣溶膠濃度，表示單位氣體體積中某物質(zhì)的質(zhì)量，用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位表示為 kg/m3,氣溶膠數(shù)量個(gè)/m3表示。氣體和粒子的性質(zhì)通常指的是常溫常壓（NTP）下的 性質(zhì)，NTP表示101kPa,293K=20 C=68 Fmppf（百萬(wàn)個(gè)/英寸）表示濃度是并不常用。3.4描述空氣粒子的常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)下列術(shù)語(yǔ)通常用于描述粒子的外觀或來(lái)源，但并不是

7、嚴(yán)格的科學(xué)定義。氣溶膠(aerosol)：長(zhǎng)時(shí)間懸浮在空氣中能被觀察和測(cè)量的液體和固體粒子。生物氣溶膠(bioaerosol)：來(lái)自于生物源的氣溶膠，包括懸浮在空氣中的病毒、花粉 粒、細(xì)菌和菌類抱子及其碎片。云(cloud)：懸浮在空氣中的高密度粒子。有明顯的邊界。當(dāng)氣溶膠濃度足夠大時(shí)， 氣溶膠密度比純氣體密度大1%，這樣就形成了云。粉塵(dust)：母體物質(zhì)通過(guò)粉碎或其他機(jī)械碎裂方式而形成的固體粒子。通常，這些粒子具有不規(guī)則形狀，粒徑大于 0.5微米。霧(fog或mist):液態(tài)氣溶膠粒子，過(guò)飽和蒸氣凝結(jié)而成，或通過(guò)液體的物理剪切作 用如噴霧、噴射或沸騰而形成。與煙類似。煙塵(fume)：由

8、濃縮蒸氣凝結(jié)而成。煙塵的粒徑比粉塵的小，常在燃燒或高溫過(guò)程 中產(chǎn)生。霾(haze)： 一種降低能見(jiàn)度的氣溶膠。粒子狀物質(zhì)(particulate)：用來(lái)表示性質(zhì)與粒子相似的物質(zhì)，但稱之為粒子又不恰當(dāng)。煙霧(smog)：由固體和液體粒子組成的氣溶膠，全部或部分由陽(yáng)光作用于水蒸氣而 產(chǎn)生的。飛沫(spray):由液體機(jī)械粉碎或靜電粉碎而形成的氣溶膠粒子。描述粒子形狀及其來(lái)源的術(shù)語(yǔ)有很多，常見(jiàn)的包括以下幾個(gè)。凝聚體(agglomerate)：通過(guò)范德華力和表面張力而聚集在一起的一組粒子。聚合體(aggregate)： 一個(gè)多相粒子?！岸嘞唷奔疵總€(gè)組分的形狀、大小、化學(xué)成分各 不相同。絮凝物(floc

9、culate)：松散地結(jié)合在一起的一組粒子，通常由靜電力結(jié)合，容易被空 氣中的剪應(yīng)力破壞。一次粒子(primary particle)：以固體或液體的形式進(jìn)入空氣中的粒子。相對(duì)二次粒 子而言的。二次粒子(secondaryparticle )：空氣中的氣體向粒子轉(zhuǎn)變而形成的。有時(shí)用這個(gè)術(shù)語(yǔ) 描述凝聚粒子或再分散粒子。3.5粒子形狀及粒度粒度決定了懸浮在空氣中的粒子行為特征。如在地球表面，比氣體分子稍大的粒子才 做布朗運(yùn)動(dòng)，可見(jiàn)大粒子主要受重力和慣性力的影響。除了理想球體粒子外，通常把 復(fù)雜形狀粒子的測(cè)量參數(shù)降為兩個(gè)，如寬度、長(zhǎng)度或直徑。粒度參數(shù)粒子直徑的可測(cè)指標(biāo)，即當(dāng)量直徑。3.6可懸浮粒子氣

10、溶膠測(cè)量技術(shù)基于粒子和氣體分子的軌道不同。氣體性質(zhì)的改變通常會(huì)影響粒子軌 道。大氣湍流模式和湍流程度決定了氣溶膠的沉降和分散機(jī)制。水平淘析器是一種常用儀 器，它利用水平氣流選擇特定粒度的粒子。避免湍流，才會(huì)起到良好效果。3.7檢測(cè)粒子形狀由于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，成像分析法可以更直接描述粒子形狀。觀察到的粒子形狀反 映了它的形成經(jīng)歷。如，煙氣粒子開(kāi)始由蒸氣凝結(jié)成小球，小球非常小，迅速擴(kuò)散并 凝結(jié)成有分支的鏈。3.9粒子作用力粒子在電場(chǎng)中的遷移取決于粒度，多數(shù)氣溶粒度分光計(jì)進(jìn)行粒度識(shí)別時(shí)都發(fā)現(xiàn)了這一 事實(shí)。3.9.1粒子吸附力與空氣分子相比，氣溶膠粒子相互吸附而形成凝聚體。范德華力，正負(fù)電荷的吸引（

11、如， 棉絨粒子可以吸附在衣服上）。3.9.2分離力及粒子反彈離心力（旋轉(zhuǎn)體，與粒子質(zhì)量或體積有關(guān)）、振動(dòng)（與直徑的立方有關(guān)）、氣流（與暴 露面積有關(guān)），而大部分吸附力與粒子直徑成線性相關(guān)，故大粒子比小粒子更易分離。3.9.3外加力如重力，粒子會(huì)沿力的方向運(yùn)動(dòng)，反作用力是空氣阻力。粒子越大，沉降越快。由于 利用重力實(shí)現(xiàn)測(cè)量的可行性高，因此它是定義空氣動(dòng)力學(xué)定義的基礎(chǔ)。4氣體與粒子運(yùn)動(dòng)4. 1緒論氣溶膠包含兩部分，氣體或氣體混合物（如空氣）及氣體中的懸浮粒子。粒子運(yùn)動(dòng)很 大程度書(shū)取決于懸浮氣體的運(yùn)動(dòng)和固有性質(zhì)。5粒子的物理化學(xué)變化5.1簡(jiǎn)介氣溶膠是不穩(wěn)定的，其密度和粒子特征隨時(shí)間而變化。這些過(guò)程都

12、涉及到粒子的質(zhì)量 傳遞，其原因可能是粒子與周圍氣體間的分子傳遞，如凝結(jié)、蒸發(fā)、成核現(xiàn)象、吸附、 吸收和化學(xué)反應(yīng)，也有可能是粒子間的相互質(zhì)量傳遞，如凝結(jié)。成核現(xiàn)象或核凝結(jié)指蒸氣形成粒子的初始過(guò)程。吸附是蒸氣分子附著在固體表面的過(guò)程。吸收式指蒸氣分子從氣相轉(zhuǎn)移到液相。凝結(jié)：當(dāng)純凈水滴處于超飽和環(huán)境下時(shí)，即其飽和度大于開(kāi)爾文公式的計(jì)算值，蒸氣 將凝結(jié)在液滴表面，是液滴增大。核化現(xiàn)象（同類成核、異類成核）：同類成核，沒(méi)有凝結(jié)核，自動(dòng)成核，這就要求有極高的飽和度；異類成核，最常見(jiàn)的形成機(jī)制，取決于亞微米級(jí)粒子，它們被稱為凝結(jié)核或凝結(jié)點(diǎn)。蒸發(fā)：與生長(zhǎng)過(guò)程很相似。凝聚（簡(jiǎn)單單分散凝聚、多分散凝聚、動(dòng)力學(xué)凝聚

13、）：氣溶膠粒子相互碰撞而引起的 氣溶膠的生長(zhǎng)過(guò)程。熱凝聚，布朗運(yùn)動(dòng)引起；動(dòng)力凝聚，外力引起。反應(yīng)（反應(yīng)、吸收、吸附）6氣溶膠的粒度分布特征6.1粒度的基本概念與粒度分布6.1.1粒度的定義粒度是描述氣溶膠粒子的最基本參數(shù)，必須懸浮在氣體中才能被稱為氣溶膠。這些粒 子按粒度分為5個(gè)級(jí)別。球形粒子的粒度可以用幾何直徑表示；任意形狀和密度的粒子的粒度可以用當(dāng)量直徑 表示。表示粒子直徑的定義還有很多，這主要取決于測(cè)定方法。6. 1.2粒度分布單分散性，是因?yàn)榱Ｗ拥牧６群苌僖恢隆ＭǔＡ６确稚⒎秶∮?0%20%的氣溶膠被認(rèn)為是單分散性的；粒度變動(dòng)范圍較廣的氣溶膠被認(rèn)為是多分散性的。單和多共同 組成了整個(gè)

14、粒度分布。第二部分技術(shù)8氣溶膠的采樣與輸送8.1緒論一個(gè)氣溶膠采樣系統(tǒng)包括：1、從周圍環(huán)境中將氣溶膠插入采樣口中2、樣品輸入即把氣溶膠樣品送入測(cè)量設(shè)備或儲(chǔ)存室管道裝置3、樣品儲(chǔ)存區(qū)。儲(chǔ)存區(qū)與測(cè)量裝置之間由另一組采樣和輸送系統(tǒng)連接。在各種機(jī)制中，慣性、重力作用、擴(kuò)散機(jī)制會(huì)使粒子向器壁的方向運(yùn)動(dòng)，故應(yīng)該量化 進(jìn)行校正測(cè)量值，將粒徑鎖定在某個(gè)范圍，大于或小于此范圍的都視為不具代表性。 較大粒子受重力和慣性力的作用，很難被采集；而擴(kuò)散系數(shù)大、粒徑小的粒子很容易 吸附在采樣器壁上。影響氣溶膠樣品代表性的潛在因素：1、吸入速率（采集）2、粒子沉積（輸送或儲(chǔ)存）3、外界氣溶膠的極端性和多樣性（非均質(zhì)）4、凝

15、聚（輸送）5、蒸發(fā)（輸送）6、已沉積的氣溶膠粒子又進(jìn)入樣品氣流7、局部高度沉積限制或阻塞氣流8、 在采樣口及輸送管路中粒子濃度的非均勻性。（跟3有相似之處）損失和沉積機(jī)制影響了采集和輸送的樣品的代表性。原理上，這些機(jī)制源于重力、慣 性和擴(kuò)散作用。采集和輸送較大粒子的代表性樣品更加困難，因?yàn)樗鼈兊膽T性較大， 所以這些粒子更不容易受采樣氣流的影響。為保證氣溶膠采樣及輸送過(guò)程中的效率， 系統(tǒng)。應(yīng)該在流量和粒子的粒徑范圍方面校準(zhǔn)采樣為保證氣溶膠采樣及輸送過(guò)程中的效率， 系統(tǒng)。應(yīng)該在流量和粒子的粒徑范圍方面校準(zhǔn)采樣8.1.2樣品提取某粒度的粒子的吸入效率定義為：進(jìn)入入口的這一粒度的粒子濃度與采集外界環(huán)境中 這種粒子的濃度之比。傳輸效率：吸入的該粒度的粒子傳輸?shù)讲蓸酉到y(tǒng)