气溶胶测量笔记

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1、1.4.5总悬浮颗粒物（TSP）能悬浮在空气中空气动力学当量直径100微米是大气质量评价中的一个通用的重要污染指标总悬浮颗粒物的浓度以M空气中总悬浮颗粒物的毫克数表示，用标准大容量 颗粒采样器在采样效率接近100%滤膜上采集已知体积的颗粒物，恒温恒湿条件 下，称量采样前后采样膜质量来确定采集到的颗粒物质量，再除以采样体积，得 到颗粒物的质量浓度。在一般大气压条件下，热迁移力或热迁移速度取决于粒度，即意味着较小的粒子 会先沉降下来。所以当粒度超过2微米时，热沉降器的收集效率受到影响。过滤采样：使气体通过一种介质使其中的粉尘与气溶胶分开。方法：Soxhlet过滤器可溶性采样滤膜糖滤膜萘滤膜（采样后

2、加热时萘挥发）四氯酚欧 结晶可溶性滤膜1.4.6样品分离淘析器和气溶胶离心机前者：利用重力，根据粒子沉降速度与气流速度的差异，依据粒度将其分离。后者利用离心力1.4.7 CNC凝结核子计数器：即膨胀技术器的前身，后来人们开始使用光电膨胀型仪器。以至于后来在 综合电学实验室内研发自动光电凝结核子技术器。1.4.8超显微镜光学粒子计数器由丁达尔现象受到启发，即在可见先以下的粒子是可以被观察、计数和测量的。除了超倍显 微镜以外，浊度计、丁达尔仪和光学粒子计数器的发明也基于此。利用粒子散射出的光进行 观察。1.4.9矿物和化学气溶胶的分析矿物粉尘：成分是石英和其它硅酸盐类以及重金属。方法：比重计、滴定

3、法、色度计、光度计、极谱记录仪和X射线衍射。X成为国际标准方 法。1.5纤维气溶胶的测定石棉，是第一个纤维气溶胶的来源，它可以扩散进入工作场所空气和大气环境中。20世纪 60年代确定了它与肺癌之间的效应关系，吸入到人体的石棉粉尘可以致癌。最早的测量方法：样品停留在滤膜上，在真空条件下镀金使其具有导电性，在扫描电镜（SEM）下可以测量直径大于等于0.1微米的纤维。后来的TEM （透射电子显微镜）是唯 一能给出细小石棉纤维清晰图像的仪器。但人们对纤维气溶胶测量方法的研究不仅限于此，从20世纪70年代中期起，开始对直读测 量方法有了兴趣。2桥联科学及其在气溶胶测量中的应用2.1绪论本书旨在详尽介绍气

4、溶胶测量的基本原理，使科学家和从业者能够根据这些原理确定需要测 量的气溶胶特性，并对其结果进行解释。在科学与应用上起到桥梁的作用。2.2与气溶胶研究最接近的领域是：粉末和喷雾研究。2.4计算机语言现在的电子表格如Excel和Quattro Pro （CRL）都有广泛的库功能，使用者可在短时间内执行 复杂的计算。气溶胶的行为在很大程度上取决于空气运动及其特性。不同系统中的空气运动、湍流、粒子 轨迹和热传导等能用统计流体动力学（CFD）软件计算出来。气溶胶计算器是一种方便的工具，它可以快速计算气溶胶动力学中的大量参数，并能提高人 们对气溶胶行为的理解，这些行为反映了特定条件下的重要机制。3气溶胶基

5、本理论3.1绪论气溶胶：长时间悬浮在气体环境中、能观察或测量到的液体或固体粒子的集合。其包括的种 类繁多。气溶胶按其来源可分为一次气溶胶（以微粒形式直接从发生源进入大气）和 二次气溶胶（在大气中由一次污染物转化而生成）两种。它们可以来自被风扬起的细 灰和微尘、海水溅沫蒸发而成的盐粒、火山爆发的散落物以及森林燃烧的天然源，也 可以来自化石和非化石燃料的燃烧、交通运输以及各种工业排放的烟尘等人为源。目 前，用光散射的方法描述粒子的有用信息。本章主要是介绍某些气溶胶的一般性质，为后几 章气溶胶的测量做准备。3.2可利用和不可利用的气溶胶近年来，人们开始致力于研究各种天然或人为气溶胶对全球气候变暖的影

6、响。Eg:生产高速集成电路时，利用气溶胶粒子来降低污染物浓度，以保证工作环境的清洁。利 用气溶胶还生产了高技术材料，如陶瓷粉、超导材料和光纤。3.3气溶胶的单位及相关公式的应用微米单位，因为气溶胶粒子的粒径范围大约为10-910-4m。10-6 m对人体呼吸系统危害最大。气溶胶浓度，表示单位气体体积中某物质的质量，用国际标准单位表示为 kg/m3,气溶胶数量个/m3表示。气体和粒子的性质通常指的是常温常压（NTP）下的 性质，NTP表示101kPa,293K=20 C=68 Fmppf（百万个/英寸）表示浓度是并不常用。3.4描述空气粒子的常见术语下列术语通常用于描述粒子的外观或来源，但并不是

7、严格的科学定义。气溶胶(aerosol)：长时间悬浮在空气中能被观察和测量的液体和固体粒子。生物气溶胶(bioaerosol)：来自于生物源的气溶胶，包括悬浮在空气中的病毒、花粉 粒、细菌和菌类抱子及其碎片。云(cloud)：悬浮在空气中的高密度粒子。有明显的边界。当气溶胶浓度足够大时， 气溶胶密度比纯气体密度大1%，这样就形成了云。粉尘(dust)：母体物质通过粉碎或其他机械碎裂方式而形成的固体粒子。通常，这些粒子具有不规则形状，粒径大于 0.5微米。雾(fog或mist):液态气溶胶粒子，过饱和蒸气凝结而成，或通过液体的物理剪切作 用如喷雾、喷射或沸腾而形成。与烟类似。烟尘(fume)：由

8、浓缩蒸气凝结而成。烟尘的粒径比粉尘的小，常在燃烧或高温过程 中产生。霾(haze)： 一种降低能见度的气溶胶。粒子状物质(particulate)：用来表示性质与粒子相似的物质，但称之为粒子又不恰当。烟雾(smog)：由固体和液体粒子组成的气溶胶，全部或部分由阳光作用于水蒸气而 产生的。飞沫(spray):由液体机械粉碎或静电粉碎而形成的气溶胶粒子。描述粒子形状及其来源的术语有很多，常见的包括以下几个。凝聚体(agglomerate)：通过范德华力和表面张力而聚集在一起的一组粒子。聚合体(aggregate)： 一个多相粒子。“多相”即每个组分的形状、大小、化学成分各 不相同。絮凝物(floc

9、culate)：松散地结合在一起的一组粒子，通常由静电力结合，容易被空 气中的剪应力破坏。一次粒子(primary particle)：以固体或液体的形式进入空气中的粒子。相对二次粒 子而言的。二次粒子(secondaryparticle )：空气中的气体向粒子转变而形成的。有时用这个术语 描述凝聚粒子或再分散粒子。3.5粒子形状及粒度粒度决定了悬浮在空气中的粒子行为特征。如在地球表面，比气体分子稍大的粒子才 做布朗运动，可见大粒子主要受重力和惯性力的影响。除了理想球体粒子外，通常把 复杂形状粒子的测量参数降为两个，如宽度、长度或直径。粒度参数粒子直径的可测指标，即当量直径。3.6可悬浮粒子气

10、溶胶测量技术基于粒子和气体分子的轨道不同。气体性质的改变通常会影响粒子轨 道。大气湍流模式和湍流程度决定了气溶胶的沉降和分散机制。水平淘析器是一种常用仪 器，它利用水平气流选择特定粒度的粒子。避免湍流，才会起到良好效果。3.7检测粒子形状由于计算机的强大功能，成像分析法可以更直接描述粒子形状。观察到的粒子形状反 映了它的形成经历。如，烟气粒子开始由蒸气凝结成小球，小球非常小，迅速扩散并 凝结成有分支的链。3.9粒子作用力粒子在电场中的迁移取决于粒度，多数气溶粒度分光计进行粒度识别时都发现了这一 事实。3.9.1粒子吸附力与空气分子相比，气溶胶粒子相互吸附而形成凝聚体。范德华力，正负电荷的吸引（

11、如， 棉绒粒子可以吸附在衣服上）。3.9.2分离力及粒子反弹离心力（旋转体，与粒子质量或体积有关）、振动（与直径的立方有关）、气流（与暴 露面积有关），而大部分吸附力与粒子直径成线性相关，故大粒子比小粒子更易分离。3.9.3外加力如重力，粒子会沿力的方向运动，反作用力是空气阻力。粒子越大，沉降越快。由于 利用重力实现测量的可行性高，因此它是定义空气动力学定义的基础。4气体与粒子运动4. 1绪论气溶胶包含两部分，气体或气体混合物（如空气）及气体中的悬浮粒子。粒子运动很 大程度书取决于悬浮气体的运动和固有性质。5粒子的物理化学变化5.1简介气溶胶是不稳定的，其密度和粒子特征随时间而变化。这些过程都

12、涉及到粒子的质量 传递，其原因可能是粒子与周围气体间的分子传递，如凝结、蒸发、成核现象、吸附、 吸收和化学反应，也有可能是粒子间的相互质量传递，如凝结。成核现象或核凝结指蒸气形成粒子的初始过程。吸附是蒸气分子附着在固体表面的过程。吸收式指蒸气分子从气相转移到液相。凝结：当纯净水滴处于超饱和环境下时，即其饱和度大于开尔文公式的计算值，蒸气 将凝结在液滴表面，是液滴增大。核化现象（同类成核、异类成核）：同类成核，没有凝结核，自动成核，这就要求有极高的饱和度；异类成核，最常见的形成机制，取决于亚微米级粒子，它们被称为凝结核或凝结点。蒸发：与生长过程很相似。凝聚（简单单分散凝聚、多分散凝聚、动力学凝聚

13、）：气溶胶粒子相互碰撞而引起的 气溶胶的生长过程。热凝聚，布朗运动引起；动力凝聚，外力引起。反应（反应、吸收、吸附）6气溶胶的粒度分布特征6.1粒度的基本概念与粒度分布6.1.1粒度的定义粒度是描述气溶胶粒子的最基本参数，必须悬浮在气体中才能被称为气溶胶。这些粒 子按粒度分为5个级别。球形粒子的粒度可以用几何直径表示；任意形状和密度的粒子的粒度可以用当量直径 表示。表示粒子直径的定义还有很多，这主要取决于测定方法。6. 1.2粒度分布单分散性，是因为粒子的粒度很少一致。通常粒度分散范围小于10%20%的气溶胶被认为是单分散性的；粒度变动范围较广的气溶胶被认为是多分散性的。单和多共同 组成了整个

14、粒度分布。第二部分技术8气溶胶的采样与输送8.1绪论一个气溶胶采样系统包括：1、从周围环境中将气溶胶插入采样口中2、样品输入即把气溶胶样品送入测量设备或储存室管道装置3、样品储存区。储存区与测量装置之间由另一组采样和输送系统连接。在各种机制中，惯性、重力作用、扩散机制会使粒子向器壁的方向运动，故应该量化 进行校正测量值，将粒径锁定在某个范围，大于或小于此范围的都视为不具代表性。 较大粒子受重力和惯性力的作用，很难被采集；而扩散系数大、粒径小的粒子很容易 吸附在采样器壁上。影响气溶胶样品代表性的潜在因素：1、吸入速率（采集）2、粒子沉积（输送或储存）3、外界气溶胶的极端性和多样性（非均质）4、凝

15、聚（输送）5、蒸发（输送）6、已沉积的气溶胶粒子又进入样品气流7、局部高度沉积限制或阻塞气流8、 在采样口及输送管路中粒子浓度的非均匀性。（跟3有相似之处）损失和沉积机制影响了采集和输送的样品的代表性。原理上，这些机制源于重力、惯 性和扩散作用。采集和输送较大粒子的代表性样品更加困难，因为它们的惯性较大， 所以这些粒子更不容易受采样气流的影响。为保证气溶胶采样及输送过程中的效率， 系统。应该在流量和粒子的粒径范围方面校准采样8.1.2样品提取某粒度的粒子的吸入效率定义为：进入入口的这一粒度的粒子浓度与采集外界环境中 这种粒子的浓度之比。传输效率：吸入的该粒度的粒子传输到采样系统其它部分的比例。入口效率：提取效率与传输效率之积，也是通过采样系统入口进入采样系统传输部分的气溶胶浓度与外界浓度的比值。8.1.3样品输送输送路线可能包括：弯管、斜板、流量压缩元件及其他气流部件，气流可能是层流或 湍流。粒子在输送过程中发生沉积，这将改变到达测量仪器的其同脚特征。8.1.5总结表示吸入速率、传输速率和输送速率的关系式，可以评价采样系统的性能或设计采样 系统。8. 2采样外界大气采样应当处理静止采样和气流采样两种情况。通常使用一个内置有粒径切割 器的采样口。