气溶胶测量11-19-09.ppt

气溶胶测量原理、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 10.1绪论 10.2惯性分级器 10.3沉降装置和离心机 10.4热力沉降 10.1绪论 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（virtual impactors）和旋风器（cyclone）。 沉降室包括离心分离器和重力沉降装置，但不常用。 热沉降器几乎不用。 10.2惯性分级器 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。 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 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。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采样器以及平面或圆柱形冲击板。 冲击式采样器由一个喷嘴和一个冲击板组成，它可以根据粒度把粒子有效地分为两部分 通常情况下，人们希望确定气溶胶的整个粒径分布，而不仅仅是小于特定粒径的粒子数量。在这种情况下，应使用一系列层叠的冲击级，即是使气流从一级到达另一级，这样就可以在不连续的粒径范围内去除粒子 10.2惯性分级器 常规冲击式采样器 评估冲击板上的沉积粒子的方法 （1）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； （2）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； （3）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； （4）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子数量 10.2惯性分级器 常规冲击式采样器 冲击式采样器存在3个主要问题——粒子反弹、过量采集和级间损失 粒子反弹，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表面 冲击板上粒子超负载沉积的问题更容易解决，因为收集到的粒子数量是采样时间的函数。 级间损失，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，那么就可以修正冲击式采样器的粒径分布数据。 10.2惯性分级器 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 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，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。 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30%~40%，喷嘴的进口应该平滑，而喷嘴应当伸出入喷嘴板约2~3个喷嘴直径，次气流应占总气流的5%~15%。 10.2惯性分级器 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Noll冲击式采样器 10.2惯性分级器 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。 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.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3维的 10.2惯性分级器 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 10.2.4设计仪器时的注意事项 10.2.5冲击式采样器应用举例 10.2.6粒度分布数据分析 10惯性、重力、离心和热收集技术 10.3沉降装置和离心机 10.4热力沉降 大气气溶胶组分的化学分析方法 绪论 范围和目的 质量测量 可萃取的阴阳离子的分析方法 粒子中的