气溶胶测量6_精品文档.ppt

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气溶胶测量气溶胶测量原理、技术及应用原理、技术及应用南开大学环境科学与工程学院2009惯性、重力、离心和热收集技术nn10.1绪论nn10.2惯性分级器nn10.3沉降装置和离心机nn10.4热力沉降10.1绪论nn粒子采样中常用的惯性分离器包括冲击式采样器（impactor）、虚拟冲击式采样器（virtualimpactors）和旋风器（cyclone）。

nn沉降室包括离心分离器和重力沉降装置，但不常用。

nn热沉降器几乎不用。

10.2惯性分级器nn粒子惯性分级器的原理相当简单，即利用粒子的惯性将其分离。

在这些设备中调整风速，如果粒子的惯性大到足以使其穿过气流并逃离气流，那么粒子将被俘获，惯性较小的粒子将留在气流中。

nn一般使用4种惯性分级器，即机体冲击式采样器、常规冲击式采样器、虚拟冲击式采样器和旋风器。

10.2惯性分级器nn常规冲击式采样器常规冲击式采样器载有粒子的气体喷射冲击在一个平板上。

载有粒子的气体喷射冲击在一个平板上。

这种冲击式采样器还包括：

圆形或矩形喷这种冲击式采样器还包括：

圆形或矩形喷嘴冲击式采样器，单喷嘴或多喷嘴冲击式嘴冲击式采样器，单喷嘴或多喷嘴冲击式采样器以及平面或圆柱形冲击板。

采样器以及平面或圆柱形冲击板。

nn冲击式采样器由一个喷嘴冲击式采样器由一个喷嘴和一个冲击板组成，它可和一个冲击板组成，它可以根据粒度把粒子有效地以根据粒度把粒子有效地分为两部分分为两部分nn通常情况下，人们希望确通常情况下，人们希望确定气溶胶的整个粒径分布，定气溶胶的整个粒径分布，而不仅仅是小于特定粒径而不仅仅是小于特定粒径的粒子数量。

在这种情况的粒子数量。

在这种情况下，应使用一系列层叠的下，应使用一系列层叠的冲击级，即是使气流从一冲击级，即是使气流从一级到达另一级，这样就可级到达另一级，这样就可以在不连续的粒径范围内以在不连续的粒径范围内去除粒子去除粒子10.2惯性分级器nn常规冲击式采样器常规冲击式采样器常规冲击式采样器常规冲击式采样器评估冲击板上的沉积粒子的方法评估冲击板上的沉积粒子的方法评估冲击板上的沉积粒子的方法评估冲击板上的沉积粒子的方法（11）将粒子收集在玻璃板、滤膜或金属薄片上，然）将粒子收集在玻璃板、滤膜或金属薄片上，然后用显微镜观察或计数；后用显微镜观察或计数；（22）将粒子收集在金属薄片上，称重金属薄片以确）将粒子收集在金属薄片上，称重金属薄片以确定每级收集到的粒子质量；定每级收集到的粒子质量；（33）将粒子收集在石英晶体上，根据晶体自然频率）将粒子收集在石英晶体上，根据晶体自然频率的变化而确定粒子质量；的变化而确定粒子质量；（44）在粒子通过冲击式采样器之前，对粒子充电，）在粒子通过冲击式采样器之前，对粒子充电，并测量每个冲击板的电流强度以确定收集到的粒并测量每个冲击板的电流强度以确定收集到的粒子数量子数量10.2惯性分级器nn常规冲击式采样器常规冲击式采样器常规冲击式采样器常规冲击式采样器冲击式采样器存在冲击式采样器存在冲击式采样器存在冲击式采样器存在33个主要问题个主要问题个主要问题个主要问题粒子反弹、过量采集粒子反弹、过量采集粒子反弹、过量采集粒子反弹、过量采集和级间损失和级间损失和级间损失和级间损失粒子反弹粒子反弹，因为从一个冲击板上反弹出的粒子将会由切割，因为从一个冲击板上反弹出的粒子将会由切割粒径更小的后级阶段收集或被后备滤膜收集，从而改变粒粒径更小的后级阶段收集或被后备滤膜收集，从而改变粒径分布，而且滞留下来的粒子会阻塞后级阶段的较小喷嘴。

径分布，而且滞留下来的粒子会阻塞后级阶段的较小喷嘴。

解决粒子反弹问题的最合理方法就是在冲击板上使用粘性解决粒子反弹问题的最合理方法就是在冲击板上使用粘性表面表面冲击板上粒子超负载沉积冲击板上粒子超负载沉积的问题更容易解决，因为收集到的问题更容易解决，因为收集到的粒子数量是采样时间的函数。

的粒子数量是采样时间的函数。

级间损失级间损失，与粒径有关因此再次歪曲了粒径分布的测量值，与粒径有关因此再次歪曲了粒径分布的测量值,用实验确定粒径与级间损失之间的函数关系，那么就可以用实验确定粒径与级间损失之间的函数关系，那么就可以修正冲击式采样器的粒径分布数据。

修正冲击式采样器的粒径分布数据。

10.2惯性分级器nn虚拟冲击式采样器虚拟冲击式采样器主要区别在于常规冲击式采样器中的冲击板被虚拟冲击式采样器的探头代替,带有粒子的喷射气流通过喷嘴进入探头并发生分离10.2惯性分级器nn虚拟冲击式采样器虚拟冲击式采样器虚拟冲击式采样器虚拟冲击式采样器虚拟冲击式采样器中，需要考虑的主要问题就是级间粒子虚拟冲击式采样器中，需要考虑的主要问题就是级间粒子损失。

这些损失通常发生在收集探头的上边缘或喷嘴板的损失。

这些损失通常发生在收集探头的上边缘或喷嘴板的背面。

粒径等于冲击式采样器切割点的粒子的损失量最大，背面。

粒径等于冲击式采样器切割点的粒子的损失量最大，而且，如果虚拟冲击式采样器设计不精确或使用不正确，而且，如果虚拟冲击式采样器设计不精确或使用不正确，这些损失可高达这些损失可高达60%60%影响这些损失的主要因素包括：

探头直径与喷嘴直径的比影响这些损失的主要因素包括：

探头直径与喷嘴直径的比值、探头形状、喷嘴轴与探头轴的对准、伸出过喷嘴板的值、探头形状、喷嘴轴与探头轴的对准、伸出过喷嘴板的喷嘴形状、喷射流的雷诺数及次气流的比例。

喷嘴形状、喷射流的雷诺数及次气流的比例。

通常情况下，喷嘴和探头的轴必须对准，探头直径应比喷通常情况下，喷嘴和探头的轴必须对准，探头直径应比喷嘴直径大嘴直径大30%40%30%40%，喷嘴的进口应该平滑，而喷嘴应当，喷嘴的进口应该平滑，而喷嘴应当伸出入喷嘴板约伸出入喷嘴板约2323个喷嘴直径，次气流应占总气流的个喷嘴直径，次气流应占总气流的5%15%5%15%。

10.2惯性分级器nn机体冲击式采样器机体冲击式采样器机体采样器仅使冲击表面（机体）通过空气或相反地使空机体采样器仅使冲击表面（机体）通过空气或相反地使空机体采样器仅使冲击表面（机体）通过空气或相反地使空机体采样器仅使冲击表面（机体）通过空气或相反地使空气通过机体而工作。

研究成功的两类机体采样器是旋转棒气通过机体而工作。

研究成功的两类机体采样器是旋转棒气通过机体而工作。

研究成功的两类机体采样器是旋转棒气通过机体而工作。

研究成功的两类机体采样器是旋转棒采样器和采样器和采样器和采样器和NollNoll冲击式采样器冲击式采样器冲击式采样器冲击式采样器10.2惯性分级器nn旋风采样器旋风采样器旋风采样器旋风采样器在旋风采样器中，喷射的空气毫无约束地冲击在在旋风采样器中，喷射的空气毫无约束地冲击在在旋风采样器中，喷射的空气毫无约束地冲击在在旋风采样器中，喷射的空气毫无约束地冲击在圆柱体内表面，然后在圆柱体中以旋风的形式向圆柱体内表面，然后在圆柱体中以旋风的形式向圆柱体内表面，然后在圆柱体中以旋风的形式向圆柱体内表面，然后在圆柱体中以旋风的形式向下运动并进入一个圆锥区。

在圆锥区中，空气改下运动并进入一个圆锥区。

在圆锥区中，空气改下运动并进入一个圆锥区。

在圆锥区中，空气改下运动并进入一个圆锥区。

在圆锥区中，空气改变方向并围绕旋风器的轴呈螺旋状向上并在圆柱变方向并围绕旋风器的轴呈螺旋状向上并在圆柱变方向并围绕旋风器的轴呈螺旋状向上并在圆柱变方向并围绕旋风器的轴呈螺旋状向上并在圆柱体的上边缘到达逃离管道。

大于切割直径的粒子体的上边缘到达逃离管道。

大于切割直径的粒子体的上边缘到达逃离管道。

大于切割直径的粒子体的上边缘到达逃离管道。

大于切割直径的粒子可以沉降在圆柱体和锥形的内表面。

粒子降落到可以沉降在圆柱体和锥形的内表面。

粒子降落到可以沉降在圆柱体和锥形的内表面。

粒子降落到可以沉降在圆柱体和锥形的内表面。

粒子降落到圆锥的顶点并进入集尘罐。

圆锥的顶点并进入集尘罐。

圆锥的顶点并进入集尘罐。

圆锥的顶点并进入集尘罐。

旋风器的切割直径由流速、入口和出口大小及圆旋风器的切割直径由流速、入口和出口大小及圆旋风器的切割直径由流速、入口和出口大小及圆旋风器的切割直径由流速、入口和出口大小及圆柱体的大小决定柱体的大小决定柱体的大小决定柱体的大小决定.旋风器的严格理论分析要比冲击旋风器的严格理论分析要比冲击旋风器的严格理论分析要比冲击旋风器的严格理论分析要比冲击式采样器困难得多，因为气流是式采样器困难得多，因为气流是式采样器困难得多，因为气流是式采样器困难得多，因为气流是33维的维的维的维的10.2惯性分级器nn测量对策在选择惯性分级器之前，首先必须明确收集粒子的目的。

此外，还要确定采样是否受时间限制。

另一个重要因素是待采集粒子的粒径范围。

最后，选择采样器时还应考虑粒子的分析技术。

10.2惯性分级器nn10.2.4设计仪器时的注意事项设计仪器时的注意事项nn10.2.5冲击式采样器应用举例冲击式采样器应用举例nn10.2.6粒度分布数据分析粒度分布数据分析10惯性、重力、离心和热收集技术惯性、重力、离心和热收集技术nn10.3沉降装置和离心机沉降装置和离心机nn10.4热力沉降热力沉降大气气溶胶组分的化学分析方法nn绪论绪论nn范围和目的范围和目的nn质量测量质量测量nn可萃取的阴阳离子的分析方法可萃取的阴阳离子的分析方法nn粒子中的碳粒子中的碳nn元素分析的非破坏性技术元素分析的非破坏性技术nn元素分析的破坏性技术元素分析的破坏性技术nn连续测量方法连续测量方法nn总结总结11.1绪论nn大气气溶胶是一种悬浮在大气中的液体和固体的复杂混合大气气溶胶是一种悬浮在大气中的液体和固体的复杂混合物。

物。

其形成方式有两种：

直接排入大气（如一次粒子），其形成方式有两种：

直接排入大气（如一次粒子），或在其生命周期内通过化学反应形成（如二次粒子）。

一或在其生命周期内通过化学反应形成（如二次粒子）。

一次粒子的主要成分是与土壤有关的物质（如次粒子的主要成分是与土壤有关的物质（如FeFe、SiSi、CaCa、MgMg）及有机物（如一些花粉或孢子）。

人为二次粒子的）及有机物（如一些花粉或孢子）。

人为二次粒子的前体物包括氮氧化物、硫氧化物和有机物，有机物主要是前体物包括氮氧化物、硫氧化物和有机物，有机物主要是由燃烧产生的。

二次粒子大部分是由硝酸盐、硫酸盐、有由燃烧产生的。

二次粒子大部分是由硝酸盐、硫酸盐、有机碳和元素碳（煤烟）组成。

大气粒子由多种化合物组成，机碳和元素碳（煤烟）组成。

大气粒子由多种化合物组成，因此就需要多种采集和化学分析技术。

因此就需要多种采集和化学分析技术。

nnEPAEPA已经建立了已经建立了33个交织的监测网，用以提供空间、时间和个交织的监测网，用以提供空间、时间和气溶胶组成的不同程度的信息气溶胶组成的不同程度的信息.基础监测网、基础监测网、EPAEPA国家国家PM2.5PM2.5化学组分监测网（化学组分监测网（ChemicalSpeciationNetworkChemicalSpeciationNetwork）、）、超级站点（超级站点（SupersitesSupersites）项目）项目11.1绪论nn化学组分监测网检测化学物质的方法是：

用几种不同类型的滤膜收集PM2.5，然后在实验室中进行化学分析nn用于质量测量的重力测量；用于阴阳离子测量的离子色谱；用于有机碳和元素碳分析的热光转化方法；用于微量和痕量元素分析的能量色散X射线荧光法（ED-XRF）。

种种类类方法方法样样品准品准备备PM2.5PM2.5质量质量重量分析法重量分析法衰减半连续法衰减半连续法惯性微量天平惯性微量天平（TEOM）（TEOM）半连续法（半连续法（TEOMTEOM）CAMMCAMM半连续法半连续法在某一固定的相对湿度、温度和中和电荷内平衡在某一固定的相对湿度、温度和中和电荷内平衡无无在在5050时平衡时平衡用一个用一个NafionNafion干燥器在干燥器在3030下平衡下平衡无无阴离子和阳离子物质阴离子和阳离子物质离子