2023粒度分布的測定氣溶膠粒子差分電遷移率分

粒度分布的測定氣溶膠顆粒差分電遷移率分析法IIII目次目次II前言 IV引言 V1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14符號 45基本原理 5采用DEMC進行粒度分級 5電遷移率與顆粒粒度的關系 6測量與數(shù)據(jù)反演 7DEMC傳遞函數(shù) 7電荷分布函數(shù) 8DMAS中顆粒損失 9非球形顆粒的影響 10測量小于10nm的顆粒粒度 10測量結果的可追溯性 106系統(tǒng)與設備 6.1常規(guī)配置 6.2組件 127測量程序 13儀器的設置和準備 13測量前檢查 157.3測量 157.4維護 168定期測試和校準 168.1概述 17零點測試 17流量測試 17電壓校準 18粒度測量校準 18粒度精度測試 22數(shù)量濃度校準 239在固定電壓下使用DEMC生成選定尺寸的顆粒 239.1概述 23帶電顆粒 24使用校準球體進行尺寸校準 249.4鞘流 24滑移修正（如果適用） 24電壓（如果適用） 24總體不確定度的計算 2510檢測報告 25附錄A（資料性）荷電調節(jié)器和電荷分布 26附錄B（資料性）顆粒檢測器 35附錄C（資料性）滑移修正系數(shù) 38附錄D（資料性）數(shù)據(jù)反演 41附錄E（資料性）圓柱DEMC 55附錄F（資料性）DMAS的粒度校準證書示例 59附錄G（資料性）10nm以下顆粒測量的良好操作規(guī)程 62附錄H（資料性）整體系統(tǒng)測試示例 64附錄I（資料性）比較不同方法下層管流中的擴散損失 68附錄J（資料性）非球形顆粒影響的修正 721111引言引言IVIV以及將測量的遷移率分布反演為氣溶膠分布粒度方法。度的測量提供一種恰當?shù)馁|量控制方法。粒度分布的測定氣溶膠顆粒差分電遷移率分析法范圍差分電遷移率分析法。本方法適用于測量粒度范圍為1nm-1μm的顆粒。本文件包括不確定度的計算方法，但不涉及特定儀器設計或有特殊要求的粒度分布測量。本文件不包括在特定標準或指南中定義的差分電遷移率分析系統(tǒng)（DMAS）應用的技術要求和規(guī)范，例如道路車輛應用（ISO/TC22）、環(huán)境測量（ISO/TC146）或納米技術（ISO/TC229）。規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文（包括所有的修改單于本文件。本文件沒有規(guī)范性引用文件。術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1氣溶膠aerosol懸浮在氣體中的固體和/或液體顆粒體系。3.2附著系數(shù)attachmentcoefficient離子和氣溶膠顆粒的附著概率。3.3雙極荷電bipolarcharging使氣溶膠顆粒帶上正、負電荷特定分布的過程。3.4雙極荷電器bipolarchargeconditioner使氣溶膠顆粒帶上正、負電荷特定分布的裝置。3.5PAGEPAGE3PAGEPAGE10荷電charging使氣溶膠顆粒具有與粒度相關的單極性或雙極性電荷的特定分布的過程。3.6荷電調節(jié)器chargeconditioner在通過其中的氣溶膠顆粒上，建立已知的、與粒度相關的條件電荷分布的裝置或DMAS的組成部分。3.7電荷分布函數(shù)chargedistributionfunction與顆粒粒度相關的條件電荷分布的數(shù)學和/或經(jīng)驗描述。3.8凝結顆粒計數(shù)器（CPC）condensationparticlecounter測量氣溶膠顆粒數(shù)量濃度的儀器。注1：被檢測顆粒粒度通常為幾納米至幾百納米。注2：CPC是與DEMC一起使用的一種檢測器。注3：在某些情況下，凝結顆粒計數(shù)器可稱為凝結核計數(shù)器（CNC）。3.9條件電荷分布conditionedchargedistribution或雙極性電荷的分布，該電荷分布函數(shù)在足夠長的時間內處于穩(wěn)定狀態(tài)。3.10臨界遷移率criticalmobilityDEMC（3.11）的儀器參數(shù)，用于界定以氣溶膠形式自DEMC排出的氣溶膠顆粒的電遷移率，可以通過儀器結構、氣溶膠流速、鞘氣流速率以及電場強度來確定。注：大于或小于臨界遷移率的顆粒遷移到電極上或隨過剩流量排出，而不會以氣溶膠形式從DEMC排出。3.11差分電遷移率分級器（DEMC）differentialelectricalmobilityclassifier基于電遷移率對氣溶膠顆粒分級并輸送至出口的分級器。注1：DEMC通過在電場中平衡每個顆粒的電場力及其空氣動力阻力實現(xiàn)氣溶膠顆粒的分級。被分級顆粒處于由DEMC的工作條件和物理尺寸決定的電遷移率的狹窄范圍內，它們的粒度隨所帶電荷數(shù)不同而不同。注2：DEMC也?？s寫為DMA。3.12差分遷移率分析系統(tǒng)（DMAS）differentialmobilityanalyzingsystem測量亞微米氣溶膠顆粒粒度分布的系統(tǒng)，包括荷電調節(jié)器、DEMC、流量計、顆粒檢測器、互連管道、計算機及配套軟件。注：DMAS也常縮寫為MPSS（遷移率粒度譜儀）。3.13電遷移率electricalmobility氣體中顆粒和離子的遷移速率（3.18）與電場的比值。3.14dequivalentdiameter具有特定特性的球體直徑，其在特定條件下的運動方式與所描述的顆粒完全相同。注：本文件中使用的顆粒直徑（或簡稱直徑）通常是指電遷移率等效粒度，它定義了在恒定電場的影響下，靜止空氣中具有相同電遷移率或相同終端遷移速率的帶電顆粒的粒度。3.15法拉第杯氣溶膠靜電計（FCAE）Faraday-cupaerosolelectrometer用于測量氣溶膠顆粒電荷濃度的靜電計。注：法拉第杯氣溶膠靜電計包括一個導電且接地的防護杯罩，以遮蓋傳感元件。傳感元件包含用于捕獲帶電氣溶膠顆粒的氣溶膠過濾介質、傳感元件和靜電計電路間的電連接以及流量計。法拉第杯氣溶膠靜電計測量電流范圍：1飛安（fA）～10皮安（pA）。3.16KnKnudsennumber氣體分子平均自由程與顆粒半徑之比，是自由分子流與連續(xù)氣流的指標。3.17層流laminarflow無時空關聯(lián)、無不規(guī)則運動或無湍流渦流的氣流。3.18遷移速率migrationvelocity空氣中帶電顆粒在外加電場內的穩(wěn)態(tài)速度。3.19顆粒粒度particlediameter電遷移率等效粒度，也就是直徑。3.20坪檢測效率plateaudetectionefficiency在不受粒度影響的粒度范圍內，CPC的平均探測效率。[來源:ISO27891:2015,3.27，術語“坪效率”已更改為“坪檢測效率”。]3.21ReReynoldsnumber表示慣性力與粘性力之比的無量綱數(shù)。例如，常用于氣溶膠顆?；蜉斔蜌馊苣z顆粒的管道。3.22Scslipcorrection由程相當或較小時，非連續(xù)效應變得非常重要。3.23斯托克斯阻力Stokes'drag作用于在低流速（低雷諾數(shù)）限制下相對于連續(xù)流體移動顆粒的阻力。3.24傳遞函數(shù)transferfunctionDEMC出入口顆粒濃度之比，通常表達為電遷移率的函數(shù)。3.25單極荷電調節(jié)器unipolarchargeconditioner使氣溶膠顆粒上的正電荷或負電荷達到特定電荷分布的裝置。3.26單極荷電unipolarcharging使氣溶膠顆粒的正電荷或負電荷達到特定分布的過程。符號表1中下列符號適用于本文件。

表1本文件適用的符號符號量SI單位A、B、C公式（2）中滑移修正系數(shù)的參數(shù)無量綱c離子或分子的熱速率m·s-1D擴散系數(shù)m2·s-3d氣溶膠顆粒直徑mEDEMC中的電場強度V·m-1e元電荷為1.602176634×10?19CKn克努森數(shù)k波爾茲曼常數(shù)為1.380649×10?23J·K?1LDEMC的實際有效長度，約等于氣溶膠入口中點與圓柱DEMC出口狹縫中點之間的軸向距離mLTube管路長度mM空氣分子質量amum離子質量amuN氣溶膠顆粒的數(shù)量濃度，注意的是CN也被廣泛使用m-3NA阿伏伽德羅常數(shù)為6.02214076×1023mol–1Nl離子數(shù)量濃度m-3P大氣壓Pap顆粒的基本電荷數(shù)（無量綱）q1,q2,q3,q4進出空氣（或氣體）和氣溶膠的流量m-3·s-1Qa氣溶膠空氣流量m-3·s-1r1圓柱狀DEMC內圓柱的外半徑mr2圓柱狀DEMC外圓柱的內半徑mRe雷諾數(shù)（無量綱）S薩瑟蘭常數(shù)（在23℃和標準大氣壓下為110.4K）SC滑移修正系數(shù)（無量綱）T絕對溫度Kt離子的停留時間sU用于在DEMC中建立電場的直流電壓VV體積m3Z電遷移率m2·V?1·s?1Z1,Z2,Z3,Z4描述DEMC傳遞函數(shù)的臨界電遷移率m2·V?1·s?1β離子在氣溶膠顆粒上的附著系數(shù)m3·s?1γ離子復合系數(shù)（無量綱）δ極限球半徑mε相對誤差μgas氣體動態(tài)粘度系數(shù)kg·m-1·s?1λ平均自由程mρ質量密度kg·m-3基本原理DEMCDMAS測量顆粒粒度分布基于DEMCDEMCDEMC、徑向DEMC、平行DEMC等。同軸圓柱DEMC是一種廣泛使用的設計方式，如圖1所示，它由（q2）。部分顆粒帶電的氣溶膠樣品，環(huán)繞著中心位置凈化后的無顆粒鞘氣流，以薄環(huán)形圓柱狀進入（如q3流向（q4）DEMC離開。q1—鞘氣流；q2—樣品氣溶膠氣流；q3—篩選后的氣溶膠氣流；q4—篩選后剩余的氣溶膠氣流；a—由于高的電遷移率而被捕捉在DEMC中的顆粒軌跡；b—從q3離開DEMC的顆粒軌跡；c—由于低的電遷移率而被捕捉在DEMC中的顆粒軌跡圖1同軸圓柱DEMC原理圖當作為DMAS相結合。這些參數(shù)通常由系統(tǒng)控制器進行控制，如圖3所示。電遷移率與顆粒粒度的關系顆粒的電遷移率取決于顆粒的粒度和電荷。球形顆粒的電遷移率與粒度的關系可以用公式（1）表示：（1）滑移修正系數(shù)（SC）將斯托克斯定律對氣相中低雷諾數(shù)運動的球形顆粒阻力的計算擴展到納米級顆粒?？山朴霉剑?）表示：（2）關于滑移修正系數(shù)的詳細討論，見附錄C。公式（1）和（2）中氣體分子的動力學粘度和平均自由分別用于計算非參考溫度和壓力下的粘度和平均自由程，參考溫度記為T0和參考壓力記為P0（見表1）。 （3）（4）薩瑟蘭常數(shù)S的值見表1。以及表1移率和粒度之間的關系。表1基于T0=296.15K和P0=101.3kP的干燥空氣中顆粒粒度計算電遷移率時的參數(shù)推薦值參數(shù)數(shù)值μgas,01.8324510-5kg?m?1?s?1λ06.730×10-8mS110.4KA1.165B0.483C0.997測量與數(shù)據(jù)反演對于給定的電源電壓U，公式（5）給出了顆粒檢測器對進入DEMC的氣溶膠顆粒的響應R(U)，該公式稱為電遷移率測量響應的基本公式。凝結顆粒計數(shù)器（CPCs）響應的是顆粒數(shù)量濃度，法拉第杯氣溶膠靜電計（FCAEs）響應的是顆粒荷電電量：公式中：

（5）W(d,p)其中ηCPC(d)是CPC與粒度相關的檢測效率，qCPC是CPC流量；對于法拉第杯氣溶膠靜電計（FCAEs），W(d,p)=p·e·ηFCAE(d)，公式中p是顆?；倦姾蓴?shù)，e是元電荷數(shù)，ηFCAE(d)是FCAE與粒度相關的檢測效率，qFCAE是FCAE測得的流量。n(d)dd為直徑為d±dd氣溶膠顆粒數(shù)量濃度；P(d)為擴散損失的滲透率（見5.6和附錄I）；fp(d)為荷電概率函數(shù)（見5.6和附錄A）；Ω[Z(d,p),ΔΦ(U)]為以Z(d,p)和ΔΦ(U)作為參數(shù)的DEMC的傳遞函數(shù)（見5.4和附錄E）；Z(d,p)為直徑為d、帶p個元電荷的顆粒的電遷移率（見5.2）；ΔΦ(U)為電源電壓和DEMC儀器結構的函數(shù)（見5.4和附錄E）。對于同軸圓柱DEMC，ΔΦ(U)由公式（E.2）給出。若傳遞函數(shù)?、電荷分布函數(shù)fp(d)和最大粒度（見6.2.1）已知，可利用DEMC測量結果計算顆粒粒度分布。示例計算見附錄D。注1：公式（5）中，當p=+1~+∞時，DEMC帶正電荷顆粒；當p=-1~-∞時，DEMC帶負電荷顆粒。注2：DEMC可作為電容器，ΔΦ(U)可以連接到DEMC的電容CE，此時ΔΦ(U)=U·CE/(2π·ε0)，ε0=8.854×10?12F·m?1。DEMC傳遞函數(shù)DEMC傳遞函數(shù)?定義為從入口進入DEMC（q1~q4）DEMC的儀器結?Φ是DEMC函數(shù)。對于給定的電源電壓，?Φ是恒定的。如果忽略顆粒慣性、重力沉降、布朗運動、空間電荷及其鏡像力，并且DEMC中鞘氣流是循環(huán)的（q1=q4且q2=q3），則DEMC的傳遞函數(shù)可以描述為一個半寬?Z的截角等腰三角形，其中心線位置為臨界電遷移率Z*，如圖2所示。當布朗運動引起的顆粒擴散顯著時，DEMC分類的精度降低，對應的傳遞函數(shù)更寬更短。關于同軸圓柱形DEMC傳遞函數(shù)的詳細說明見附錄E。Z—電遷移率；Z*—傳遞函數(shù)的中心電遷移率；Ω—傳遞函數(shù)；ΔZ—傳遞函數(shù)的半寬圖2鞘氣流再循環(huán)DEMC傳遞函數(shù)（q1=q4且q2=q3）電荷分布函數(shù)如5.3DEMC分級的懸浮顆粒的粒DEMCDEMCfp(d)通過理論模型和/或經(jīng)驗數(shù)據(jù)近似給出粒度相關的電荷分布。在5.5.2電荷顆粒，而單極荷電調節(jié)器只產(chǎn)生一種極性（正或負）的顆粒。放射性雙極荷電調節(jié)器的電荷分布函數(shù)對于商用放射性雙極荷電調節(jié)器，標準條件下（293.15K、101.3kPa）空氣中球形顆粒的電荷分布函數(shù)由公式（6）和公式（7）給出，其中公式（6）參數(shù)值參考表2，公式（7）參數(shù)值由Wiedensohler（1988）[50]和Gunn（1956）[24]推導的近似值計算得出。（6）注1：公式（6）中d的單位為納米（nm）。公式（6）適用粒度范圍：對于p={-2,?1,0,+1,+2}，1nm≤d≤1000nm。表2 公式（6）中放射性離子源的系數(shù)ai(p)iai(p)p=-2p=-1p=0p=+1p=+20-26.3328-2.3197-0.0003-2.3484-44.4756135.90440.6175-0.10140.604479.37722-21.46080.62010.30730.4800-62.890037.0867-0.1105-0.33720.001326.44914-1.3088-0.12600.1023-0.1553-5.748050.10510.0297-0.01050.03200.5049fp(d)，可由基于Gunn模型的公式（7）計算： ZI+/ZI-自Wiedensohler（1988），為0.875。計算結果見表3和圖A.1。注：文獻Wiedensohler（1988）中兩個系數(shù)在后來進行了修正，表3中的系數(shù)包含了此修正。表3氣體中（293.15K，101.3kPa）由放射性荷電調節(jié)器產(chǎn)生的球形顆粒雙極荷電分布函數(shù)fp(d)d/nm-6-5-4-3-2-101234561000000.00480.99930.0045000002000000.00830.97420.0075000005000000.02250.96930.01890000010000000.05140.91240.0411000002000000.00020.10960.79310.08460.000100005000000.01140.22290.58140.16960.00660000100000.00010.00370.05610.27930.42590.21380.03170.001700020000.00050.00530.0340.12110.26410.29910.20430.07190.01530.00180.000105000.00670.02070.05040.0980.1490.18160.18180.14030.08910.0440.01730.00540.001410000.03570.05840.08540.11130.12610.13850.12350.10390.07540.050.02930.01540.0072其它雙極和單極荷電調節(jié)器的電荷分布函數(shù)A節(jié)器的電荷分布函數(shù)，附錄A還給出了基于X射線電離源荷電調節(jié)器的電荷分布函數(shù)的示例。DMAS下被輸送到DEMCDMAS（例如管道的顆粒都不能到達顆粒檢測DMASDMAS中顆粒的主要輸送機制是布朗擴散。文獻Einstein(1905)[17]認為，顆粒越小，擴散越快，損失也就越大。因此，所測得的粒度分布將不能代表小顆粒，需對DMAS中的擴散損失進行修正。文獻GormleyandKennedy(1949)[59]Hinds(1999)60]和WillekeandBaron1993[68]中分別有一組計與進入管道的濃度比。計算擴散損失的公式見附錄I。其中，附錄I中計算公式還與其余三種方法進行了比較。非球形顆粒的影響在DEMC中，根據(jù)電遷移率對顆粒進行分級。對于球形顆粒，5.1中的公式（1）和（2）足以將顆的復雜問題。此外，非球形顆粒的電荷分布可能與球形顆粒不同（見5.5）。正示例見附錄J。10nm隨著顆粒粒度從10nm減小到1nm，測量不確定度增加。當在小于10nm的粒度范圍內進行測量時，應遵循附錄G中給出測量示例，以達到可接受的質量。測量結果的可追溯性圖3和圖4給出了對DMAS測量結果有影響的變量的計量溯源鏈。圖3DEMC和CPC的可追溯性圖，參照第8條款圖4DMAS（8）系統(tǒng)與設備常規(guī)配置基于差分電遷移率分析法，測量粒度分布的完整DMAS通常具有以下基本組件（見圖5）：預調節(jié)器；荷電調節(jié)器，即顆粒荷電調節(jié)器；DEMC；氣溶膠顆粒檢測器；具有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)控制器（通常是計算機的內置固件或專用軟件）。圖5差分電遷移率分析系統(tǒng)（DMAS）的基本組件差分電遷移率通常用于分析空氣中粒度為納米到亞微米級的顆粒。氣溶膠樣品可以有多種來源,最量條件所必需的。DMAS度。除了圖5個或多個并聯(lián)DEMC和檢測器組成的系統(tǒng)或多檢測器系統(tǒng)。整個測量由系統(tǒng)控制器控制,該系統(tǒng)控制器還可采集數(shù)據(jù)并執(zhí)行數(shù)據(jù)反演。該系統(tǒng)控器可以作為計算機中軟件和（或）硬件,也可以集成到粒度分析儀中。組件預調節(jié)器顆粒荷電調節(jié)器DEMC（布朗運動NI·t單極性荷電可以產(chǎn)生比雙極性荷電更高的NI·tDMAS的傳輸效率。然而，增加的NI·t這具有降低DEMCA.3概述了荷電調節(jié)器。DEMCDEMC是DMASDEMCDEMC的分類特性由其DEMCDEMC傳遞函數(shù)的詳細信息見5.4DEMC氣溶膠顆粒檢測器DEMC檢測出離開DEMC結顆粒計數(shù)器凝結顆粒計數(shù)器（CPC）或氣溶膠靜電計。在CPC手段計數(shù)的液滴。氣溶膠靜電計通常設計為法拉第杯氣溶膠靜電計（FCAE），氣溶膠顆粒沉積在法拉第杯內的過濾器上，沉積顆粒上的電荷可以通過靜電計放大器測量為電流。這兩種最常見的氣溶膠顆粒檢測器在附錄B中進一步討論。系統(tǒng)控制器、數(shù)據(jù)采集和分析（如流量的異常情況。測量程序儀器的設置和準備概述儀器參數(shù)的正確設置對于獲得準確的粒度分布至關重要。DEMC儀器的配置和操作方式有很多種，可參考生產(chǎn)廠家儀器手冊了解詳細信息。本節(jié)僅解決所有類型的DEMC系統(tǒng)的共性問題。DMAS顆粒濃度進入DMAS的氣溶膠中的顆粒濃度不應超過系統(tǒng)運行閾值，否則需要稀釋以降低顆粒濃度。有關氣溶膠稀釋的說明見ISO27891:2015的附錄F。溫度和壓力進入DMAS的氣溶膠的溫度和壓力應在系統(tǒng)的工作范圍內，否則須調節(jié)溫度和壓力以適應設備。如果可能，溫度和壓力的調節(jié)對顆粒性能應無影響或盡量小。濕度DMAS需要在非冷凝條件下才能正常運行，如果系統(tǒng)內存在凝結風險，則需要對DMAS進行干燥。對于大氣采樣，濕度有可能會影響獲得粒度分布的準確性，在進行測量時應予以考慮。吸濕性顆粒（如硫酸鹽顆粒（如元素碳氣溶膠測量的影響以及干燥器對顆粒損失的影響需重點考慮。30%器。氣溶膠預處理：大顆粒分離如5.3和附錄DDMASDEMCDEMC顆粒具有相同的電遷移率，通過去除較大顆粒，可更準確地確定真實粒度分布。分離器。切割粒度應選擇為：預分離器不會從所需的測量粒度范圍內去除顆粒；切割粒度在數(shù)據(jù)反演的粒度范圍內。注：氣溶膠切割器主要用于采樣流量小于1.5L/min，旋風分離器適用于采樣流量為1L/min及以上。在運行過程中，一些顆粒會沉積在預分離器中。因此，必要時需要對預分離器進行定期檢查和清潔。電荷調節(jié)進入DEMC調節(jié)器的概述和更多詳細信息，請參考附錄A。確保荷電調節(jié)器的正常性能非常重要，尤其是在測量高顆粒濃度時，如果荷電調節(jié)器工作不正常，則會使粒度分布產(chǎn)生誤差，從而導致錯誤的結果。DEMC：氣流就DEMC/每個DEMC（樣品流和鞘氣流（溶膠流和過剩氣流度至關重要，因為樣品流速通常由流出流速和流入鞘氣流流速之間的差值決定。保系統(tǒng)無泄漏。DEMC（超壓采樣模式采用計量排放的方式來平衡流量。DEMC：電壓多數(shù)DMAS系統(tǒng)使用可變直流高壓電源控制DEMC電極間的電勢差，DEMC上的電壓波動將極大地影響粒度分布的測量結果。10kV或20kVDEMC地。DEMC：溫度和壓力由于溫度和壓力的波動就會對數(shù)據(jù)反演產(chǎn)生不利影響，因此，在測量過程中，應監(jiān)控DEMC內部的溫度和壓力。顆粒檢測：CPC通常，CPC在寬粒度范圍內具有100%的有效計數(shù)效率。隨著接近檢測下限區(qū)間，計數(shù)效率快速降低到零。如果差分遷移率分析系統(tǒng)的測量范圍擴展到CPC測量效率遞減區(qū)間內，則須進行相應的修正。CPC必須在特定的顆粒濃度范圍內運行，如果顆粒濃度高于特定濃度上限，則會出現(xiàn)明顯的顆粒重合，導致測量結果錯誤。顆粒檢測：FCAE如果使用FCAE作為顆粒檢測器，則離開DEMC的顆粒濃度的響應電流應遠高于靜電計噪聲水平。當前，氣溶膠靜電計可測量低至約1fA（或每秒約6250個單電荷顆粒）的電流。數(shù)據(jù)采集DEMC包具有更多選項。有關設置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的詳細信息，請見儀器生產(chǎn)廠家手冊。測量前檢查概述為了確保整個系統(tǒng)正常運行，可以進行一些有助于排除儀器故障的測試。DMAS將經(jīng)HEPA過濾器凈化后的清潔空氣通入DMASDMAS比兩次測量結果，在后者結果中應觀察到明顯多的顆粒。數(shù)據(jù)采集檢查檢查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已連接并正常運行，確保電壓、顆粒數(shù)、流速和其他必要參數(shù)均已被記錄。測量DMAS系統(tǒng)類型和待測氣溶膠類型。在所有情況下，都應測量給定電壓下離開DEMCDMAS法。測量的注意事項：DMAS系統(tǒng)需要在兩次濃度測量之間改變電壓。對于步進系統(tǒng)，重要的是單次測量時要為顆粒檢測器留出足夠的時間以達到穩(wěn)態(tài)濃度，可通過基于工作流速和管長所確定的從DEMC專有算法來縮短兩次電壓步進之間所需時間。DMAS高電壓的掃描稱為“上掃描“下掃描”（CollinsDEMCDEMC以及電壓指數(shù)型斜坡的時間常數(shù)。了解信號源的穩(wěn)定性很重要。粒度分布和/或顆粒濃度的快速變化會影響粒度分布的測量，可通過重復粒度分布測量并更改測量程序（如電壓步數(shù)、掃描時間）測量期間所需的定期測試和校準，在本文件第8部分中進行了規(guī)定。維護DEMC的維護計劃在很大程度上取決于應用環(huán)境，包括氣溶膠類型和氣溶膠濃度。維護間隔取決于氣溶膠濃度和使用頻率。DEMC的以下部分應定期清潔：——預分離器：如撞擊器或旋風分離器。與采樣氣溶膠接觸的預分離器表面應使用壓縮空氣或超明可以容許更長的采樣時間，否則應每六個小時維護一次?！呻娬{節(jié)器：DEMC等（A.2.2.5）?！姌O：DEMC電極。使用非常柔軟的紙巾清潔所有電極表面。電極上的顆粒雖然不會影響分級效率，但是顆粒層可能會引起流動擾動并使電場扭曲。清潔后，DEMCDEMC的傳遞函數(shù)不準確?！渌麅炔拷M件：在操作過程中，許多組件都與固體或液體沉積顆粒有接觸，這些組件均應定DEMC中的電場和/或層流變形，并可能影響顆粒檢測器的精度?！蕷饬?DEMC是由于過剩氣流的再循環(huán)而造成的。定期測試和校準概述遵循以下8.2至8.8的流程，能保障DMAS粒度與濃度測量誤差在可控范圍內。該流程只能由專業(yè)人員操作，并應包含表4中的所有項目，其中的測試和校準程序也可參考Wiedensohler(2018)[75]。表4DMAS荷電調節(jié)器DEMC氣溶膠顆粒檢測器控制系統(tǒng)整個DMAS零點測試（8.2）××流量計校準（8.3）××××電壓校準（8.4）××顆粒荷電調節(jié)器測試（8.5）×××粒度測量校準（8.6）××粒度精度測試（8.7）××數(shù)量濃度校準（8.8）×××注：預處理器未在此表中列出，因為它僅需要進行7.4中的維護，并且不需要定期測試和校準。零點測試概述CPC行維修以修復DMAS中的泄漏。顆粒檢測器零點測試先斷開顆粒檢測器與DEMC（HEPA），以確保檢測器信號低至與待測濃度相比可忽略不計的強度。DMAS將顆粒檢測器與DMASHEPA（過濾效率不小于99.99%）化后的清潔空氣到粒檢測器檢測到顆粒，則說明DMAS部件或接氣管存在泄漏。DEMC0VDMAS先確保DEMCDEMC的鞘氣流和氣溶膠流速，再將施加在DEMC上的電壓設置為0V如果顆粒檢測器檢測到顆粒，則：鞘氣流/DEMC增加鞘氣流流量來修正。DEMC內的流速太高形成湍流，這可以通過降低流速以恢復層流。流量測試DEMC見Wiedensohler等（2018）[75]。注：當過剩氣流循環(huán)用于鞘氣流時，如果循環(huán)回路中的空氣泄漏被驗證為可忽略不計，則可以假設泄漏氣體和進氣樣品氣溶膠流量相等。在這種情況下，流量計只需針對鞘氣流和樣品氣溶膠進行校準。電壓校準用于DEMC的電壓，應采用可追溯至國際公認標準的電壓表進行校準。顆粒荷電調節(jié)器測試（如放射性物質（參見8.68.7和DMAS試協(xié)議，但這些不是本文件的主題。戶手冊中所述的測試進行檢查。粒度測量校準概述本節(jié)包括兩種用于DMAS（描模式8.6.3準。校準目的在8.2至8.5DMAS8.6.4中介紹了標準DMAS粒度測量校準方法，采用將DMAS（多個如，ISO27891中對CPC的顆粒數(shù)量濃度進行校準就采用這種方法。在這里，DMAS的靜態(tài)尺寸誤差對不確定度有相當大的影響。靜態(tài)尺寸校準程序詳見8.6.5。粒度標準只能使用有優(yōu)質證書對粒度認證過的標準物質，如由ISO17034認可的實驗室出具的證書或等效標ur,cert應該不大于5%使用認證粒度的標準單分散顆粒進行DMAS校準需要注意以下幾個方面：——將這些顆粒分散在空氣中的方法；氣溶膠顆粒；和溶解性離子（物質）等。用于校準的氣溶膠粒度分布的變異系數(shù)應盡可能等于或小于20%。DMAS流程在此過程中，DMAS的工作電壓是連續(xù)掃描的，該程序包括生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)反演和校正算法，并使用具有認證粒度dc的氣溶膠測試顆粒，該過程包含以下步驟。注：如果儀器工作正常，則即使數(shù)據(jù)處理是多粒度分布的氣溶膠，通過本節(jié)中的程序測得的單分散氣溶膠的中值直徑也將是準確的[56]。氣溶膠產(chǎn)生霧化認證粒度為dc的顆粒。檢查或確定正確的延遲時間延遲時間td是顆粒離開q3的DEMC分級區(qū)到被顆粒檢測器檢測到所經(jīng)過的時間。錯誤的延遲時間會兩種檢查方法和調整（如果需要）延遲時間：（1）首先將被測DMAS的DEMC電壓從所需電壓范圍的DMAS直徑dc相差不超過（如每次測量時間為120如果DMAS允許以高掃描速率進行電壓掃描，請以低掃描速率進行首次粒度分布測量（如測量時間為120s），再以較高的掃描速率（如測量時間為15s）重復測量，然后調整DMAS的延遲時間，以使兩次測量的數(shù)量均值直徑dc相差不超過（但不超過DMAS生產(chǎn)廠家給出的掃描速率限制），此方法越有效。如果在數(shù)量粒度分布數(shù)據(jù)中代表dc（也稱為對數(shù)中點dc（以dN/dlogd與d的關系表示得到對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)，確定數(shù)量中值直徑。該對數(shù)正態(tài)擬合得到的中值直徑即表示測得的dc。注：可以使用其他統(tǒng)計數(shù)粒度分布值（例如幾何平均直徑或眾數(shù)直徑）代替數(shù)中值直徑。粒度分布測量用被測DMAS測量待測氣溶膠顆粒的數(shù)粒度分布，并確定代表dc的數(shù)中值直徑。確定算術平均直徑d重復步驟c）n次，并計算n個中值直徑的算術平均值d。計算相對誤差使用公式（8）計算相對誤差ε： （8）DMAS報告中應包括以下信息：校準日期；dcur,cert(dc)，以及（如果適用）Zc；DMAS類型和設置，例如流量、電壓范圍、電壓掃描速率等；DEMC中的壓力和溫度；平均直徑dZ的平均值；di(i1~n)的標準偏差；εn。對于使用的每種認證粒度標準，均應提供有關b）至g）的信息。ε的公差值應根據(jù)使用DMAS的測量目的或要求，特定DMAS的粒度篩分能力以及測試中使用的標準顆粒的粒度不確定度來規(guī)定。附錄F中給出了用于報告校準結果的建議證書模板。DMAS程序該校準程序要求在測量時逐步改變DEMC電壓，且只需要考慮DMAS靜態(tài)運行中出現(xiàn)的誤差。假定已按照8.4和8.5中所述校準流量和電壓，該校準揭示了由于DEMC粒度誤差或流速的殘余誤差（或兩者涉及圓柱DEMC的情況下，可用公式（9）計算，見附錄E中公式（E.2）和（E.8）。（9）其中，校正系數(shù)用ζ表示。在此處所述的校準方法中，可通過DMAS測量粒度經(jīng)認證的標準顆粒來確定校正系數(shù)，以使所測得的電遷移率與公式（9）計算的電遷移率相一致。校準結果的不確定度應按照以下步驟計算并報告。此計算方法符合ISO/IEC指南98-3中給出的準則，該程序包括以下步驟：dc的標準顆粒；DMASDEMC中的溫度和壓力；霧化標準溶液中的顆粒；UN的譜圖；d）U-N譜圖計算出數(shù)字加權平均電遷移率Z；d）e）n次，以獲得平均電遷移率Z；通過公式（1）至（4）dcZcb）獲得的壓力和溫度，計算滑移修正系數(shù)、粘度和平均自由程；ζ為： 注：如果顆粒誤差來源的假設是正確的，則ζ值與粒度無關，所以無需確定多個粒度顆粒的ζ值。數(shù)加權平均電遷移率的計算根據(jù)Knutson和Whitby（1975）的工作[36]，可以由U-N圖譜計算出數(shù)加權平均電遷移率，公式為：（11）在5.1和附錄E和k個電壓區(qū)間的總和（非均勻網(wǎng)格的梯形法則）代替積分：（12）（q1，q2，q3，q4的定義在5.1中給出。）校準結果的不確定度

（13）（14）具有認證粒度dc標準顆粒的校準結果的標準不確定度uc(dc)，可通過以下兩個不確定度來評估：ucert(dc)；ζ的重復測量中出現(xiàn)的隨機離散度而導致的不確定度。u(ζ)域中定義的ζu(ζ)Z的實驗標準偏差（如下所述）和與認證標準顆粒的計算電遷移率Zc相關的不確定度的影響?；贛ulholland可以忽略在顆粒粒度和遷移率之間轉換時出現(xiàn)的不確定度[42]。此外，如果不確定度以粒度表示，則對于典型用戶而言，它更易于解釋。表示與Zc相關的不確定度。決定ζ的隨機離散度可用實驗標準偏差Z表示：將實驗標準偏差電遷移率表達式轉換為粒度表達式，如：

（14）（15）當：（有關SC，B，C和Kn的信息，請參閱5.2。）假設上述計算中的則可省略由得到的計算使用實驗標準偏差計算的綜標準不確定度uc(dc)表示為： （16）DMAS報告應包括以下信息：校準日期；dcucert(dc)Zc（如適用）；DMAS的型號和參數(shù)設置，如流速、電壓范圍、電壓掃描速率等；DEMC壓力和溫度；ζ；uc(dc)。注：報告中無需包含任何涉及u(ζ)的額外內容。附錄F中給出了用于報告校準結果的建議證書模板。校準數(shù)據(jù)的使用使用粒度校準數(shù)據(jù)主要有四個情況：ζuc(dc)的組合。ζuc(dc)進行估算。校正系數(shù)ζ可用于調節(jié)粒度譜圖計算時使用的電遷移率，不確定度將通過綜合標準不確定度uc(dc)進行估算。ζDEMCuc(dc)進行估算。粒度精度測定流場和/或電場的任何擾動或不均勻性都會使傳遞函數(shù)發(fā)生失真和變寬。當DMAS使用附錄D.1中描述的近似方法測量單分散或準單分散顆粒的粒度分布時，獲得的分布比實際的更寬，這可以用來提取有關傳遞函數(shù)寬度即精度的信息。應將認證顆粒（測量粒度d）粒度分布的測量相對標準偏差與標準顆粒（認證粒度dc）的實際相對標準偏差進行對比該比較應考慮傳遞函數(shù)定義的理論精（見設表示傳遞函數(shù)的對寬度或DEMCDEMC數(shù)為三角形，公式（17）應滿足規(guī)定的公差：（17）式中： （18）其中，Sc、B、C和Kn的定義見5.2。注意，僅在顆粒因布朗運動引起的傳遞函數(shù)變寬可被忽略時，該公式才有效。數(shù)量濃度校準附錄B中給出了用于顆粒檢測器測量數(shù)量濃度的校準技術。附錄H中描述了DMAS測量整體數(shù)量濃度的測試方法。DEMC概述設置為固定電壓的DEMC可用于選擇特定粒度的顆粒，例如根據(jù)ISO27891校準凝結顆粒計數(shù)器（CPC）時。在這種情況下，對顆粒粒度進行準確定義（如使用DEMC時的電遷移直徑）和評估由顆粒粒度帶來的不確定度十分必要。例如，在校準低于CPC平坦區(qū)粒度的CPC時，需要有準確的粒度數(shù)據(jù)，以便在各個CPC校準結果之間進行有效比較。（用于確定認證球體的粒度（可用于任何形狀的顆粒值越大。顆粒，DEMC應根據(jù)8.6.5進行校準。該部分8.6.5描述了利用電子顯微鏡對80nm校準的程序。參考文獻[86]建議使用80nm作為用于校準DEMC的校準球體的最小粒度，這是因為對于較小的顆果偏大?？梢允褂?.2（外推法）中定義的顆粒電遷移率和粒度間的關系，或使用經(jīng)過專業(yè)認證的電遷移直徑球來選取粒度為80nm8.6.5中的遷移率校正系數(shù)ζ粒度，該顆粒是指穿過設定直徑dDEMC或設定電壓UDEMC的DEMC的直徑為d*的顆粒。（19）由于SC(d*)未知，因此需要迭代才能求解上述公式。

（20）與該遷移直徑相關的相對標準不確定度u(d*)是幾個因素的綜合：（1）具有與單電荷顆粒相同電遷移率的較大的多電荷顆粒的影響；（2）粒度校準的不確定度，見8.6；（3）鞘氣流（閉環(huán)系統(tǒng)）或所有氣流（開放系統(tǒng)）的變化會影響穿過DEMC顆粒的粒度。外推法測量80nm以下顆粒的影響因素有：（1）相對于在80nm粒度校準時選擇的電遷移率而言，在工作電壓U下用于計算電遷移率的不確定度；（2）滑移修正系數(shù)的不確定度。（參見表ISO/IEC指南百分比表示。表5DEMC不確定因素符號章節(jié)估算值多電荷顆粒ur(MC)9.2忽略不計用認證球體進行粒度校準ur(dc)9.3根據(jù)鞘氣流ur(q)9.4見附錄滑移修正系數(shù)（如適用）ur(SC)9.5忽略不計電壓（如適用）ur(U)9.6取0.5%（見附錄E）多電荷顆粒當使用DEMCCPCCPC如果對特定顆粒粒度分布中的多電荷顆粒所占比例有疑問，可以使用ISO27891:2015附錄D中給出的程序確定比例（該比例應小于10%），并忽略對粒度不確定度的影響。使用認證球體進行粒度校準固定電壓下DEMCDEMC.3DEMC鞘氣流膠流量相等，正如鞘氣流流量和過剩氣流流量一樣。出于不確定度考慮，可以將目標粒度d*與鞘氣流q1簡化為反比關系：（21）因此，根據(jù)公式（1）和（E.8），相關的不確定度因素ur(q)與(Δq1/q1)成正比，其中Δq1是相對于設定鞘氣流流量q1的預期絕對偏差。本文件中，若Δq1未知，可以使用性能良好的流量計重復測量q1后，將其計算為平均值的標準誤差。除非在DEMC校準時以及在使用q1產(chǎn)生特定粒度的顆粒時對q1的值進行更準確的測量，否則根據(jù)附錄E，應假定不確定度為2%。注：在公式（21）中，若忽略從d到Z轉換中的滑移修正系數(shù)SC，將導致對實際不確定度的高估?；菩拚禂?shù)（如適用）DEMC校準時，使用粒度為80nm或更大的球體外推至較小粒度，其精度取決于滑移修正系數(shù)的準確性。但是，在本文件中，按照5.2的規(guī)定，滑移修正系數(shù)是按慣例定義的。因此，按慣例不存在與滑動修正系數(shù)應用相關聯(lián)的不確定度。電壓（如適用）DEMC校準時，使用粒度為80nm或更大的球體外推至較小粒度，其精度也取決于電壓的精度。出于不確定度考慮假定目標顆粒粒度d*與DEMC電壓 成正比因此相關的不確定度因素ur(U)也與(ΔU/U)成正比，其中ΔU是相對于設定電壓U的預期絕對偏差。本文件中，若ΔU未知，可以使用性能良好的電壓表重復測量U后，將其計算為平均值的標準誤差。若電壓的不確定度相比于其它不確定度較小。根據(jù)附錄E，可使用0.5%作為標準誤差?？偛淮_定度的計算定度由以下公式給出：（22）包含因子k應取2，因此擴展不確定度Ur（以百分比表示）可由Ur=2ur(d*)得到。例如，當ur(dc)為3%時，按公式（22），結合ur(q)=2%和ur(U)=0.5%，得出ur(d*)=3.64%，然后得到Ur=7.3%。實際上，這將略大于用認證粒度球體對DEMC進行校準所獲得的不確定度。檢測報告結果常被用作更為廣泛的實驗系統(tǒng)的一部分進行報告。ISO9276-1可能有助于確定如何展示粒度分布結果。每個或每組DMAS實驗記錄應包括以下內容：分析日期；分析實驗室的唯一標識；操作員姓名；樣品的唯一標識；（如有器的類型；含有氣溶膠顆粒的氣體的采樣流量；鞘氣流流速；過剩氣流流速；特定電遷移率的氣溶膠流速；DEMC內部的壓力；DEMC內部的溫度；所采用的計算方法，包括所使用的公式（或對公式的引用）；實驗過程中出現(xiàn)的意外事件。附錄A（資料性）荷電調節(jié)器和電荷分布概述DMAS中荷電調節(jié)器的作用是在DEMC中進行粒度分級之前，在氣溶膠樣品上建立與粒度相關的已知顆粒的穩(wěn)定電荷分布。氣溶膠上的電荷分布可以是雙極的，也可以是單極的。膠相互作用，產(chǎn)生電荷分布。下段概述了經(jīng)常用于電荷調節(jié)的電離源的特點。由于荷電調節(jié)器用于在DMAS的樣品氣溶膠氣流中實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)電荷分布，因此儀器生產(chǎn)廠家和用戶應通過設計或測量來確保荷電調節(jié)器性能正常且不會產(chǎn)生偽影顆粒。電離源概述有三種常見的用于電荷調節(jié)的電離源：放射性同位素、軟X射線和電暈放電。其它不常見的電離源包括在表A.1中，但在此不做詳細說明。含有放射性同位素的放射源N2+和O2+（布朗運動NI·t的流速和載氣種類等。氪-85（85Kr)、镅-241（241Am)和釙-210（210Po)鎳-63（63Ni)是最常用的放射性同位素，其特征將在以下小節(jié)中解釋。注：密封放射源根據(jù)ISO2919進行分類，該標準提供了測試和分類系統(tǒng)，例如溫度、壓力、穿刺、沖擊和振動的范圍。氪-85氪-85是一種具有0.43%γ（即514的β10.7810keV。氪是一種惰性氣體，這大大降低了放射源泄露或損壞時的健康風險。在幾乎所有放射源中，氪-85氣體都密封在一個小不銹鋼管中，并置于較大直徑的不銹鋼或鋁制-85β韌致輻射，這也有助于離子的產(chǎn)生。A.2.2.2镅-241镅-241為一種α（附帶的β和γ輻射可忽略不計半衰期為433密封源，其α能量為5.5MeV。A.2.2.3釙-210釙-210是一種半衰期為138天的α-210-210通常為帶保護殼的鍍金條狀源，其α能量在4MeV到5.3MeV之間。鎳-63鎳-63是一種β放射源（100%），半衰期為100.1年，其β能量為67keV，衰變產(chǎn)物是穩(wěn)定的銅-63。例如：鎳-63箔也可用作為GC-MS的電離源，可在市場上直接采購到未密封和密封（非活性鍍鎳）的鎳箔，其含量高達550MBq。放射性同位素的許可和注意事項放射性同位素的使用、運輸和處置受政府監(jiān)管。例如，基本的國際標準和指南是由國際原子能組織（ICRP）（ADR）等聯(lián)合國相關委員會制律、法規(guī)和指南等，也應遵從生產(chǎn)廠家的說明。軟X射線源軟X射線源發(fā)射的X射線能量范圍在10keV以下，它是一種非常有效的電荷調節(jié)源，因為其能量遠放射性同位素源是連續(xù)發(fā)射射線的，而X射線源則是可以開啟和關閉。軟X軟X射線源的使用可能受到國家和/設備時，應遵守當?shù)氐妮椛浞雷o法律、法規(guī)和指南等，也應遵從生產(chǎn)廠家的說明。電暈放電（的離子（用于兩個離子極性極（每個電極電離一種極性離子）。（沒有測為額外電流信號。概述DEMC上游的荷電調節(jié)器的目的是為了從測得的電遷移率分布計算粒度分布，應在氣溶膠顆粒上生成與粒度相關的已知顆粒的電荷分布，由電荷分布函數(shù)fp(d)描述。在含有氣溶膠和足夠濃度的單極性離子或具有兩種極性離子的氣體介質中，顆粒上將形成電荷分性（Davison和Gentry1985）[77]。以下段落描述了雙極和單極擴散荷電的特點。NI·tNI乘以其停留時間響。表A.1概述了荷電調節(jié)器的情況。表A.1荷電調節(jié)器概述和部分參考文獻。類別種類雙極荷電調節(jié)器放射性荷電調節(jié)器（也可用于單極電荷調節(jié)）[50]軟X射線荷電調節(jié)器[80]雙極電暈電離[81,82]表面放電微等離子體氣溶膠荷電器（SMAC）（也可用于單極電荷調節(jié)）[83,84]單極荷電調節(jié)器正單極電暈放電調節(jié)器負單極電暈放電調節(jié)器雙極荷電調節(jié)器（傳統(tǒng)上也稱為氣溶膠中和器（即正離子和負離子們在DMAS自行放電。雙極荷電調節(jié)器的不同之處在于離子的產(chǎn)生方式。——放射性雙極擴散荷電調節(jié)器通過放射性同位素的α或β輻射在載氣中產(chǎn)生離子。——X射線雙極擴散荷電調節(jié)器使用軟X射線（<10keV）在載氣中產(chǎn)生離子。在上述荷電調節(jié)器類型中，離子直接在載氣中產(chǎn)生，并通過布朗運動擴散到氣溶膠上?！p極電暈電離器BCI使用兩級直流電暈電離器（兩極各有一級），電荷相反的離子在不同的部分產(chǎn)生，隨后與氣溶膠混合。在另一種變體中，雙極性離子是通過交流電暈放電產(chǎn)生的。單極荷電調節(jié)器（即正離子或負離子電暈放電荷電調節(jié)器有兩種設計：（1）計不利于氣溶膠荷電。（2）正電暈放電荷電調節(jié)器。在正電暈放電荷電調節(jié)器中，放電電極（尖端放。的損失降至最低。離子通過額外的氣流被輸送到氣溶膠荷電區(qū)，從而稀釋了出口處的氣溶膠氣流。程須作為干擾因素加以考慮。數(shù)fp(d)下設備的性能是可預測的，且不會產(chǎn)生偽影顆粒。注：單極電荷調節(jié)受顆粒上的預電荷（a/k/a主電荷）中第一級荷電調節(jié)器以相反的極性運行。概述的雙極電荷分布。通過雙極擴散荷電，小于30nm的顆粒最多獲得一個電荷，這是應用于生產(chǎn)單分散納米顆粒的主要要求。然而，單次荷電效率相當?shù)?。顆粒的電荷分布函數(shù)在雙極性荷電的穩(wěn)態(tài)條件下，電荷分布函數(shù)fp(d)可以表示為：p j1p1

f(d)Np

j1 j

（A.1）p N p j當p1

(d)Np

j1 j

（A.2）p N 01N01當p=0fPN

（A.3） p

p1j1

j1

p1j1

j11；fp(d)為與粒度d j j是粒度為dNp是粒度為d是粒度為d的不帶電顆粒的數(shù)量濃度；β是粒度為d的顆粒的離子-氣溶膠附著系數(shù)；p是顆粒的基本電荷數(shù)。由以上公式（A.1）、（A.2）、（A.3）可知，若與帶電顆粒遷移率Z相對應的離子-氣溶膠附著系數(shù)（綜合荷電常數(shù)）β至Z已知，則可計算出電荷分布函數(shù)fp(d)，可用于公式（5）。離子-氣溶膠附著系數(shù)——Fuchs在穩(wěn)態(tài)荷電過程中，關于離子氣溶膠附著系數(shù)β有一個眾所周知的表達式，即所謂的Fuchs附著理論，可以表示為：c2exp

kTp （A.4）p 1exp

/

c2a

(ax)/kTdx4D 0

p

11 e ar 0公式中：x=a/r；

rdr

0

1180rra；2222 222a31

5 1

2

3 2

52

a2

1

1

1

1

；

a為氣溶膠顆粒半徑25

a 3

a2

a 15

a

為c±α為Fuchs的αδ±為FuchsFuchs為介電常數(shù)；ε1為比介電常數(shù)；λ±為正負小離子的平均自由程。若已知小離子的動力學參數(shù)c±、D±、λ±和氣溶膠顆粒直徑d=2a，便可計算出離子-氣溶膠附著系數(shù)β。注：α的公式（A.4）只有在電荷為零（p=0）時才有效。當顆粒帶電（p≠0）時，α的公式變得相當復雜，見參考文獻[19]。離子參數(shù)小離子的動力學參數(shù)c±、D±、λ±可由氣體動力學基本理論確定。擴散系數(shù)和遷移率之間的關系由Einstein（1905）[17]給出（A.5），小離子的熱速度由Kennard（1938）[32]導出（A.6）。DkTZ8kT8kTm

（A.5）e（A.6）e式中，Z±為小離子的電遷移率；m±為小離子的質量。Fuchs和Sutugin（1970）[21]描述Chapman-Enskog[44]、Pui（1988）[45]和Hoppel（1986）[28]等解釋的公式（A.9）。

D 162162

12 （A.7）c Mm

32D

12 （A.8）c Mm 1

D 162162

12 （A.9）1 cMm式中，M為空氣的平均分子質量；σ為修正系數(shù)，取0.132。若已知離子的Z±和m±，則可計算電荷分布函數(shù)fp(d)。表A.2列出了幾種離子的特征值。表A.2不同作者使用的離子特征值離子遷移率離子質量作者及文獻Z+(×10-4m2V-1s-1)Z-(×10-4m2V-1s-1)m+(amu)m-(amu)1.151.425290140Reischl(1996)1.401.9010950Adachi(1985)1.401.90130100Adachi(1985)1.151.39140101Porstend?rfer(1983)1.201.3515090HoppelandFrick(1986)1.151.39140101Hussin(1983)1.351.60148130Wiedensohler(1986)1.331.84200100HoppelandFrick(1990)1.401.60140101WiedensohlerandFissan(1991)氣溶膠顆粒雙極性電荷分布的近似值的專業(yè)用戶應該能夠計算電荷分布函數(shù)fp(d)1nm到1000nm范圍內使用的電荷分布函數(shù)fp(d)i0pi0plogf

(d)

a(p)(logd)i

（A.10）i此公式適用的粒度范圍：當p={-2,-1,0,+1,+2}時，1nmd1000nm（d的單位為nm）。為了提高近似值的準確性，采用離子參數(shù)的特征值可參考：iWiedensohler等人的離子遷移率（1986）[52]（A.2）；Hussin等人的離子質量（1983）[30]（A.2）；HoppelFrick（1986）[28]Fuchsα參數(shù)。（釙（環(huán)境條件下節(jié)器系數(shù)A.3Wiedensohler基于Gunn模型的公式（A.11），可計算含三個及三個以上基本電荷單元的電荷分布函數(shù)fpd： dkT

NZp 0

lnI e e2

NZfp(d)

exp I 44dkT20

（A.11）2 0e2I公式中，N±是小的正、負離子的濃度。I對于該計算，假定正、負離子的濃度相同，參考Wiedensohler（1986），離子遷移率之比Zi+/Zi-取為0.875。計算結果見圖A.1和表A3。表A.3 放射性離子源計算公式（A.10）的系數(shù)ai(p)iai(p)p=-2p=-1p=0p=+1p=+20-26.3328-2.3197-0.0003-2.3484-44.4756135.90440.6175-0.10140.604479.37722-21.46080.62010.30730.4800-62.890037.0867-0.1105-0.33720.001326.44924-1.3088-0.12600.1023-0.1553-5.748050.10510.0297-0.01050.03200.5049注：Wiedensohler（1988年）中的兩個系數(shù)后來作了修正。表A.3中的系數(shù)包含這一更正。d—顆粒直徑，nm；fpd—荷電概率（-）圖A.1根據(jù)公式（A.10）和（A.11）計算的粒度在1nm至1000nm之間的顆粒荷電概率函數(shù)雖然表A.3中的系數(shù)適用于帶有放射性離子源的雙極荷電調節(jié)器，但不能適用于其它類型的雙極荷Tigges（2015）[65]描述了一組不同的經(jīng)驗系數(shù)ai(p)，它適用于兩種類型的X射線管電壓為9.5kV的帶軟X射線源的荷電調節(jié)器，見表A.4。iA.4Tigges（2015Xap)[65]iiai(p)p=-2p=-1p=0p=+1p=+20-30.61558-2.335090.00163-2.35889-27.25320146.338820.43635-0.113840.4516938.479632-31.181911.086540.333930.99798-24.27128311.39070-0.55679-0.35714-0.481738.441624-2.220280.049810.107700.02631-1.6058950.179350.00551-0.010820.008040.12917與表2A.5[65]cm2/(V·s)和1.34cm2/(V·s)，而正離子和負離子的離子濃度也被假定為相等。表A.5管電壓為9.5千伏的X射線荷電調節(jié)器產(chǎn)生的空氣中球形顆粒（環(huán)境條件）的雙極電荷分布函數(shù)fp(d)（來自公式（A.10）和（A.11），近似系數(shù)來自表A.4）d(nm)電荷分布函數(shù)?6?5?4?3?2?10+1+2+3+4+5+61000000.00461.00380.0044000002000000.00760.97440.0072000005000000.02110.97080.01940000010000000.04860.91510.0440000002000000.00020.10210.79520.09170,000200005000000.01020.20180.58190.18190.00810000100000.00010.00290.04730.25280.42610.22950.03920.002200020000.00030.00370.02640.10330.24560.30050.22470.08690.02030.00260.000205000.00410.01370.03650.07750.13380.17490.18650.16090.11260.05960.02570.00880.002410000.02230.04000.06390.09120.11270.12390.13100.11380.09530.07010.04500.02580.0132與使用放射性離子源的雙極荷電調節(jié)器相比，使用9.5kVX射線離子源的荷電調節(jié)器的近似值表明，產(chǎn)生的電荷分布更加對稱，見圖A.2。d—顆粒直徑，nm；fpd—荷電概率（-）圖A.2 氣溶膠在粒度范圍為1nm和1000nm內的電荷分布函數(shù)（根據(jù)公式（A.10）和（A.11）計算，雙極9.5千伏X射線離子源）A.5單極性荷電調節(jié)的實現(xiàn)DMAS粒成分引起的變化。（d<20nm）并降低了大顆粒的粒度精度。已有多種用于氣溶膠顆粒的單極荷電器，例如Hewitt（1957），Medved（2000），Büscher（1994），ChenandPui（1999）和Pui（1988）等。如果使用電暈放電法在DMAS著減少，所以必須以耗盡離子濃度的方式來限制荷電顆粒的濃度。電調節(jié)器，不能給出電荷分布函數(shù)的一般近似值。附錄B（資料性概述需選用合適的顆粒檢測器測量DEMC器（CPC）或法拉第杯氣溶膠靜電計（FCAE）。本附錄主要介紹這些檢測器。凝結顆粒計數(shù)器凝結顆粒計數(shù)器概述氣溶膠顆粒進入CPC氣在顆粒上凝結，使顆粒生長為能被散射光束探測到的液滴。通常，CPC對大于最小界定粒度的顆粒具有約100%的計數(shù)效率。隨著顆粒粒度下降至最低可探測CPCCPC計數(shù)效率低于100%時，須校準CPC。CPC測量的顆粒濃度上限須高達104或105個/CPC探測區(qū)域中的液滴粒度通常為幾微CPC103到105個顆粒之間。若顆粒濃度超過CPC特定濃度的上限，顆粒重疊現(xiàn)場嚴重，則檢測結果不準確。為測量更高的顆粒濃度，可在CPC中附帶光度檢測法，在任何給定時間內測量儀器感應區(qū)內所有顆粒的散射光強度。含光度檢測法的CPC須定期校準以確保其測量精度。在使用CPC前，用戶應確保：CPC的流速準確（CPC顯示顆粒粒度）。CPC儲液腔中有足夠的工作液。（若工作液不足或含過多雜質，會抑制工作液在顆粒上的凝結，導致測量的顆粒濃度有誤。）校準請參閱ISO27891校準CPC。ISO27891描述了在顆粒的數(shù)量濃度、粒度和組分的特定條件下，與具有校準證書的性能良好的參考儀器（FCAE或基準CPC）對比測量，來確定CPC探測效率及相關測量不確定度的方法。圖B.1為校準裝置的原理圖。應對系列顆粒粒度和數(shù)量濃度范圍進行校準，以覆蓋DMAS的工作范圍。圖B.1 校準裝置原理圖（參考ISO27891）法拉第杯氣溶膠靜電計概述法拉第杯靜電計（FCAE）是測量樣品氣流中被捕獲到的離子和帶電顆粒的電流信號的檢測器。FCAE可在高真空至幾個大氣壓的壓力范圍內運行。FCAEFCAEFCAE作為氣溶膠檢測器與DEMC它應被設計為允許氣體通過過濾器但帶電顆粒被完全捕獲。因此，為有效捕獲帶電顆粒，須在FCAE杯FCAE常適合于數(shù)量濃度范圍為104到108個/（的總數(shù)量濃度通常比在DEMC用顆粒的粒度分布和荷電法測得的帶電顆粒（正的或負的）數(shù)量濃度高1-3個數(shù)量級。由于細顆粒的荷電效率取決于粒度，因此有必要事先考慮相關樣品顆粒數(shù)量濃度是否在FCAE低數(shù)量濃度的顆粒，則可考慮使用B.2中所述的CPC檢測器。當FCAE作為氣溶膠檢測器與DEMCFCAE也可以在低200Pa～930PaFCAE的結構和探測原理圖B.2為典型的FCAEFCAE由此形成的電流非常微小，通常以飛安為單位進行測量。來自過濾器的電流進入靜電計并被放大，放大后的電流與顆粒數(shù)量濃度、單個顆粒電荷的平均數(shù)以及進入FCAE的帶電氣溶膠的采樣流速成正比。1—用于從沉積顆粒中7—8體；8—捕捉空氣中顆粒的高效微?？諝膺^濾器（HEPA）圖B.2 法拉第杯氣溶膠靜電計（FCAE）示意圖（源自：ISO27891）校準盡管不能檢查FCAE內的任何損耗，F(xiàn)CAE內的電流檢測裝置及其流速仍應進行校準。電流測量應使用可追溯的飛安源校準或利用FCAE反饋電阻和放大器增益進行相關可追溯校準。用于測量FCAE樣品流速的流量計應進行可追溯校準。原則上，應校準FCAE，以測量面向將要使用的粒度和數(shù)量濃度的單位體積的電荷（單位通常為fC/cm3）。該方法將與ISO27891中規(guī)定的參考FCAE校準CPC的方法非常類似。帶有最新校準認證的參考FCAE應由被ISO/IEC17025或等效標準許可的實驗室制造，其校準的類型和范圍在實驗室認可的范圍內或計量機構提供相關校準服務，且其測量結果滿足ISO/IEC17025的要求。這樣，此參考FCAE將被可追溯地校準為達到國際標準。應每年對FCAE至少校準一次。附錄C（資料性）概述顆粒的電遷移率取決于顆粒粒度和基本電荷數(shù)，5.2中描述了電遷移率和粒度間的獨特關系。氣相中以低雷諾數(shù)流動的球形顆粒的阻力理論表達式為斯托克斯定律表達式與公式（2）中給出的滑移修正系數(shù)的乘積，公式C.1由Knudsen和Weber（1911）提出。 其中，Kn=2λ/d，為顆粒的克努森數(shù)；λ為氣體分子的平均自由程；為球形顆粒粒度；A、B和C為經(jīng)驗常數(shù)；Sc為滑移修正系數(shù)。本附錄是表C.1中給出的滑移修正系數(shù)相關參數(shù)推薦值的詳細說明。滑移修正系數(shù)的歷史調查Millikan在1909年至1923年之間進行了首次試驗（Millikan1910[40]，1923[41]），他的最后一次實驗將測量范圍擴展到Kn約為134（C.1）Millikan使用了著名的被稱為“Millikan油滴裝置”或“Millikan小室裝置”設備，得到了A=0.864和A+B=1.154。他發(fā)現(xiàn)C=1.25符合他從n=02514nude和WeberAB和C的值分別為0.7720.40和1.63Millikan的AB和C值，并利用不同分子平均自由程λ值對A、B和C值進行修正。Fuchs重新計算了λ=65.3nm的值，并將Millikan的值修正為A=1.246、B=0.42和C=0.87（Fuchs，1964）[20]。這組數(shù)值常被用于修正斯托克斯定律。Allen和Millikan的數(shù)據(jù)進行了回顧和重新評估，得到了三個滑移修正系數(shù)的新的估算值：A=1.155、B=0.471和C=0.596。同時，他們使用Millikan小室裝置對空氣中的球形固體顆粒進行了滑移修正系數(shù)測量，得出A=1.142、B=0.558和C=0.999（AllenRaabe，1985[6]）T0=296.15K和P=760mm汞柱時的空氣分子平均自由程λ的值設為6.73×10-8m，其它溫度T和壓力P下的平均自由程采用公式（4）計算。他們選定T0=296.15K時干燥空氣的粘度值η01.8324×10-5kgm-1s-1，其他溫度下的η值采用公式（3）計算。Millikan小室實驗的數(shù)據(jù)包括一組由實驗人員視覺觀察測試顆粒在兩個刻度標記間垂直移動所需的時間間隔。Millikan小室方法要求準確掌握顆粒質量密度、測試小室中無熱氣流并詳細了解測試小室中的電場?；诖嗽颍琀utchins，Harper和Felder（1995）[31]使用無需Millikan小室條件的新方法，用自動化儀器測量空氣中球形固體顆粒的滑移修正系數(shù)。該方法與Millikan小室方法的根本性區(qū)別是調制動度的時間自相關函數(shù)，該光散射強度是由兩個相干激光束相交匯體積產(chǎn)生的。0.2mm汞柱至760mm汞72個直徑為1.0μm至2.2μmKn范圍為0.06至500的1586個滑移修正系數(shù)實驗值。采用與Allen和Raabe相同的方程分析這些數(shù)據(jù)得出A=1.2310±0.0022、和C=1.1783±0.0091760mm汞柱和T0=296.15K干燥空氣的粘度分別為6.73×10-8m和1.8325×10-5kgm-1s-1。當對比固、液顆粒的阻力比時，由動力學理論得到的結果與Allen和Raabe對Millikan數(shù)據(jù)重新評估得到的結果非常吻合。當對比固體顆粒的時候，[31]與Allen和RaabeKn=0.09至18最新研究工作主要由Kim等人完成[33]Allen和Raabe（PSL）顆粒和DEMC蓋了粒度為19.9nm至269nm、壓力為8.27kPa至98.5kPa和克努森數(shù)為0.5至83。詳細的不確定度分析表明，整個數(shù)據(jù)集的近似不確定度（95%置信區(qū)間）小于3%。[6]，[31]，[33]。C.1已發(fā)表的斯托克斯定律滑移修正系數(shù)選錄作者平均自由程λ(μm)ABCA+B備注Allen和Raabe（1985）0.06731.1420.5580.9991.700固體顆粒Hutchins等（1995）0.06731.2310.46951.17831.7005固體顆粒Kukuck和Pui（2005）0.06731.1650.4830.9971.648由NIST認證的PSL顆粒測得滑移修正系數(shù)的推薦參數(shù)在上面的描述中，有充分的證據(jù)表明，Hutchins，Harper和Felder（1995）[31]對固體顆粒阻力比實Allen和Raabe的Millikan0.09至18考慮到實驗的可追溯性，本文件建議使用Kim等人（2005）[33]進行粒度分布測量確定的系數(shù)（如圖4.2所示）。圖C.1比較了Hutchins，Harper和Felder（1995），Allen和Raabe（1985）和Kim等人（2005）利用系數(shù)計算的滑移修正系數(shù)。可以看出，在粒度從1nm到10μm的范圍內，前兩種計算方法與推薦系數(shù)計算方法的相對差異在+3%和-1%之間。X—粒度，μm；Y—相對偏差，%；1—Hutchins等，1995；2—Allen和Raabe，1985；3—Kim等，2005年圖C.1 Hutchinsetal.（1995）和AllenandRaabe（1985）與Kimetal.（2005）得到的滑移修正系數(shù)和相對偏差附錄D（資料性數(shù)據(jù)反演概述當圓柱形DEMC在高精度下運行時，可采用以下簡化方法來求解粒度分布函數(shù)n(d)的公式（5）。DEMC傳遞函數(shù)ΩU*設定的給定的DEMC中心電遷移率Z*Z*帶p數(shù)n(d)，fp(d)和W(d，p)替換為它們在dp*處的常數(shù)值，并在積分中將其取為常數(shù)：（D.1）附錄E中N3*是CPC所顯示的數(shù)量濃度。5.4和附錄E中給出了Z*的詳細說明。當使用CPC作為檢測器時，其響應值W與基本電荷的數(shù)量p無關。注：當DMAS測量單分散或準單分散顆粒的粒度分布且在數(shù)據(jù)反演中使用上述近似方法時，獲得的粒度分布寬于實際分布[56]。在對電荷數(shù)（1op[27]和Knutson（1976）[35]。公式（D.1）中的積分被進一步轉換為：

1978）（D.2）p對于將過剩氣流q4再循環(huán)到鞘氣流q1中的D.1中的微分項(dd/dZ)d*,p該函數(shù)表示傳遞函數(shù)Ω在Z*附近的遷移區(qū)間，函數(shù)dp(Z)描述該遷移區(qū)間中流動顆粒的相應直徑，即…………….……………（D.3）p注：在圖D.1中，ΔZ*是傳遞函數(shù)Ω寬度的一半，而Δd*描述的是與遷移間隔2ΔZ*相對應的直徑間隔。p圖D.1 Z*周圍小遷移間隔中粒度dp和傳遞函數(shù)Ω公中的積分項 對應于傳遞函數(shù)下的面積當滿足q4=q1時其形狀為腰三角形，如圖D.1所示。因此有：……………..（D.4）根據(jù)公式（D.3）和（D.4），公式（D.2）演變?yōu)椋骸―.5）p檢測器響應值W(d*,p)可以轉換為：p…………………..（D.6）對于循環(huán)的DMAS，假設CPC的探測流量qCPC等于在DEMC上遷移篩選的氣溶膠流量q3（即CPC的稀釋系數(shù)為1），且因為q4=q1，所以q3=q2。根據(jù)公式（D.5）和（D.6），公式（D.1）演變?yōu)椋骸?.（D.7）p p n(d*)和?d*的乘積給出了進入DEMC的粒度范圍為?p p 根據(jù)?N2(dp*)，公式（D.7）可演變?yōu)椋?/p>

………………….（D.8）…………….（D.9）3當p>1時，項 表示多電荷顆粒對N*的貢獻。3為測量DEMC檢測范圍內的多分散氣溶膠，N3*通常由單電荷顆粒的貢獻決定。當多電荷顆粒對N3*的貢獻可忽略不計時，公式（D.9）可簡化為：p 2…………..（D.10）根據(jù)公式（D.10），假設僅有帶單電荷顆粒，則可得出粒度間隔為?d*qp 2度?N2,OSC(d*p=1)為：…………….（D.11）在僅帶單電荷顆粒的假設下，這種近似方法可簡單地計算出顆粒的粒度分布函數(shù)n。D.2.4中給出了假設僅帶單電荷顆粒，使用公式（D.11）的計算示例。3 2,OSC 但多電荷顆粒的數(shù)量濃度N*是基單電荷顆粒假設計算的N * 高估了實際濃度3 2,OSC 時公的項在公中可被省略D.2.5中給出了糾正此高估值的計算示例。DMAS步進式計算示例概述本節(jié)演示了具有圓柱形DEMC的DMASDEMC流和鞘氣流系統(tǒng)（q2=q3和q1=q4），且CPC作為顆粒檢測器。對此DMAS，假設可應用等腰三角形傳遞函數(shù)?Z/Z=q2/q1=βDEMC（常數(shù)）[見公式（E.9）]。本附錄中的示例用于步進模式下的測量。對于示例中的計算，將下值代入公式D.1中：其中，指數(shù)i從第一個運行到最后一個步進數(shù)據(jù)采集間隔。測量系統(tǒng)表D.1給出了系統(tǒng)流量、DEMC幾何形狀、鞘氣流溫度和壓力等數(shù)值。在本示例中，假設DEMC校正系數(shù)ζ和CPC探測效率為1C