Способ измерения среднего размера аэрозольных частиц

Способ измерения среднего размера аэрозольных частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

З <щ 894480

К АВТОРСКОМУ СВ ВТИЛЬСТВУ (о1) Дополнительное к авт. сеид-ау (22) Заявлено 17Р9.79 (21) 2817645/18-23 (51) М, Kll. с присоединением заявки Йо (23) Приоритет а 01 Н 15/00//

6 01 Н 15/02

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.12.81.Бюллетень Ж 48

Дата опубликования описания 361281 ($$) УДК 543. 275 (овв.e ) (72) Авторы изобретения (54 } СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО РАЗМЕРА

АЭРОЭОЛЬНИХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к анализу аэродисперсных систем, а именно к определению среднего размера частиц, н может быть использовано при решении задач охраны окружающей среды, при исследовании ядер ионденсации и субмикронных частиц, в медицине для контроля дисперсности частиц в аэрозолетерапии, для анализа аэрозолей, предназначенных для испытания фильт- ® рове

Известен способ измерения размеров аэрозольных частиц путем их предварительной зарядки газовыми ионами и последующим измерением зле- 15 ктрической подвижности частиц в электрических анализаторах $1) .

Однако этот способ черезвычайно сложен, требует. прецизионной аппаратуры и может быть использован 29 только в стационарных условиях, Наиболее близок к предлагаемому способ измерения среднего размера частиц, который используется для конструирования переносной измерительной аппаратуры, основанный на определении доли заряженных частиц.

По этому способу аэрозоль пропускают через зону зарядки, облучаемую ионизнрующим излучением, где образу- 30 ются ионы обоих знаков и некоторая доля частиц заряжается положительно или отрицательно, а другая доля частиц остается незаряженной, причем тем большая, чем меньше размер частиц. Далее поток разноименно заряженных и незаряженных частиц пропус" кают через к6нденсатор, на обкладки которого подают разность потенциалов. в результате чего заряженные частицы осаждаются, а прошедшие через конденсатор незаряженные частицы измеряют регистратором, например фотометром. По доле заряженных частиц приближенно с помощью известных теоретических формул или по калибровочной кривой оценивают средний размер частиц(21.

Однако указанным способом измерение частиц возможно лишь в сравнительно узком интервале размеров, а именно Л - 300 нм по радиусу, и, кроме того, на точность измерений существенное влияние оказывает постоянное присутствие в каждом иссле- . дуемом аэрозоле неконтролируемых газообразных примесей, влияющих на спектр биполярных ионов, и следователь но,и на долю заряженных частиц, что

894480 в свою очередь, ведет к большой погрешности при определении среднего размера частиц, которая составляет

20-30% для крупных и свыше 1005 для самых мелких частиц.

Для существующих задач исследования аэрозолей нужен столь же быстрый, но более точный метод измерения частиц, в том числе в диапазоне более мелких размеров.

Цель изобретения - расширение диапазона средних размеров измеряемых аэрозольных частиц от 1,5 до

500 нм по радиусу и увеличение точности измерения частиц.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения среднего раз- 15 мера аэрозольных частиц зарядку частиц ведут, контролируя величину ионной проводимости газа в зоне зарядки и время нахождения частиц в зарядной камере, и по величине их произведения 20 судят о размере частиц.

На чертеже показано зарядное устройство.

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемый поток частиц пропускают через зарядное устройство 1, в зону 2 зарядки которого через сеточный заземленный электрод 3 втягиваются униполярные ионы, образуемые в источники униполярных ионов. Униполярные ионы втягиваются в зону 2 зарядки вследствие небольшой напряженности (порядка 50-100 В/см ) внешнего электрического полн, создаваемого между заземленным сеточным электродом 3 и противоэлектродом 5, причем вектор напряженности электрического поля Е, в зоне 2 зарядки имеет противоположное направление вектору напряженности поля Е в источнике 4 уни- Щ полярных ионов. Время зарядки частиц определяется скоростью течения аэрозоля в зарядном устройстве 1 и его длиной.

Как и в известном способе, в зоне зарядки заряжается определенная доля исследуемых частиц, но в отличие от него в результате захвата униполярных газовых ионов, причем эта доля тем больше, чем больше размер частиц и бОльше параметр ct. другая доля частиц остается незаряженной. Долю за- ряженных частиц определяют, например, как отношение концентрации частиц в протоке на выходе иэ электрического конденсатора 6 при включенной и выключенной разности потенциалов между обкладками конденсатора.

По величине доли униполярно заряженных частиц при фиксированном значении ct по калибровочной кривой или щ расчетным :путем находят средний радиус аэрозольных частиц.

Пример 1. Поток аэрозолей дибутилфталата пропускают через зарядное устройство 1, величина ионной проводимости в котором составляет

-Ф(-1

С = 2 10 Ом м . Время пребывания частиц в зарядном устройстве 1 равно

0 5 с. После прохождения потока частиц через электрический конденсатор отношение концентрации частиц при включенной разности потенциалов, соответствующей напряженности поля Š— 10 HB/ñì, к концентрации частиц при Е = 0 составляет 0,61. Этой величине доли заряженных частиц при с = 10 Ом м /с соответствует сред-!(-1 -( ний радиус частиц г = 500 нм. Погрешность измерения составляет не более 10%, в то время как в известном способе погрешность измерения превышает 25%.

П M e P 2. Поток частиц диэтилгексилсебацината пропускают через зарядное устройствО 1 в котором с

= 9 04 10 (Ом- м время пребывания частиЦ Равно 0 5 с Измеренная доля заряженных частиц составляет 0,5.При

ct = 4,52-10 0 Ом м "/с этой доле соответствует средний радиус частиц

r = 9,2 нм. Погрешность измерения составляет не более 12%, погрешность измерения известным способом превышает 100%.

Пример 3, При исследовании аэрозоля НаСЮ доля заряженных частиц при том же параметре зарядки, как и в примере 2, оказывается равной 0,1, что соответствует среднему радиусу

r = 1,5 нм. Погрешность измерения при этом не превышает 15%. Способом, использующим биполярную зарядку, средний радиус этих частиц нельзя измерить.

Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что при зарядке частиц униполярными ионами в диффузионном Режиме во-первых, расширяется диапазон измерений, например нижний предел среднего размера измеряемых частиц (т.е. чувствительность способа) увеличивается в 10 раэ до 1,5 нм вместо 15 нм по прототипу, а верхний предел возрастает почти в 2 раза.

Во-вторых, исключается влияние всегда присутствующих неконтролируемых газообразных примесей в потоке аэрозоля на точность измерения. Это оказалось возможным благодаря впервые обнаруженному авторами явлению, заключающемуся в том, что во-первых, величина параметра ct однозначно определяет долю заряженных частиц данного радиуса r и, во-вторых, при поддержании в зоне зарядки постоянной величины ct. изменение спектра подвижности и массы газовых ионов не влияет на долю заряженных частиц.

Этот факт пока не нашел теоретического объяснения.

894480

Формула изобретения

Составитель B.Алексеев

Редактор Н. Безродная Техред N. Надь КорректорС. Шекмар

Заказ 11471/б7 Тираж 910 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г Ужгород,ул.Проектная,4

Способ измерения среднего размера аэрозольных частиц, основанный на зарядке частиц униполярными ионами в диффузионном режиме, по величине доли заряженных частиц, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью расширения диапазона размеров измеряемых частиц и повышения точности измерения путем исключения влияния спектра газовых ионов на долю заряженных частиц, зарядку частиц ведут, контролируя величину ионной проводимости газа в зоне зарядки и время нахождения частиц в зарядной камере, и по величине их произведения судят о размере частиц.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Knutson Е. Whitby К Equipment

Measurement of Aегоsol Electric Nobifity Noments.- 7ourna8 of Aегоsol

Science 1975, 9 б, р. 453-481. 2. Keefe P ° Nolan P.Р Rich T.A.

Charge EcylEibr1um in Аегово0-в According to the Boftrmany bow,- Pro» ceeding of the Royal Trish Academy, . Sec.A,1959, б0, Р 27, р. 253-256 (прототип).