Способ измерения среднего размера аэрозольных частиц и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01N15/00 G01N21/00 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО РАЗМЕРА АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ И УСТРОЙСТВО

I

Изобретение относится к области анализа 1Эродисперсных систем, а именно, к определению среднего размера арозольных частиц, и может быгь использовано при решении задач охраны окружаюптей среды, при исследовании ядер конденсации и субмикронных частиц, в медицине Juni контроля дисперсности частиц в аэрозолетерапии, для анализа аэрозолей, предназначенных для испытания фильтров.

Известны способы измерения размеров индивидуальных аэрозольных частиц путем их предварительной зарядки газовыми ионами и последуюшего измерения электрической подвижности частиц в электрическом поле 1. Как известно, доля заряженных частиц и их электрическая подвижность однозначно связаны с размером частиц 2. Способы, ооюваншяе на измерении электрической подвижности, чрезвычайно сложны и трудое.мки, требуют пре дазион)юй аппаратуры.

Известен способ определения среднего размера частиц путем измерения тока переноса частиц, заряжаемых в результате захвата униполярных газовых ионов 3. По этому способу идя ЕЕО ОСУЩЕСТВЛ1;11ИЯ

исследуемы11 аэрозоль пропускают через зарядное устройство в присутствии внептнего электрического поля с небольпгой напряженностью Е, не более 50 В/см, не искажающего диффузионньпт режим зарядки частиц. Далее поток заряженн,1х частиц пропускают через электрический конденсатор, в котором частицы осаждаются. Доля осаж.даемых частиц X зависит от их подвижности В, скорости газового потока и приложенной разности потенциалов U между об10кладками конденсатора. О величине доли осевших частиц X судят по изменению тока переноса частиц ип,проигеди1их через конденсатор и уловленных на фильтре, соединенном с электрометром. По измеренной зависимости 1, от

15 и при постоянной известной скорости газового потока находят зависимость X от U и далее е помощью теоретических формул или по калибровочной кривой рассчигьшают подвижность частиц В и, соответстне)111о, размер частиц.

М

Данн1лй способ является по технической сущности наиболее близким к изоб 1етению. Указанн1)1Й способ осушест.1янл с помошью устройства д,:1я измерения средне о размера аэрозольиых частиц, содержащего корпус, газовый фильтр, источник униполярн х ионов, патрубок для подачи и вывода исследуемых частиц и воздуха, параллельнь е электроды, один из которых заземлен, а другой подключен к источтжу напряжения, фильтр с проводящими воло нами, соедипенр1ый с электрометром. Недостатком этого способа измерения разм ра частиц является низкий верхний предел измерения размеров частиц, составляющий не более 5-lO HM по радиусу, а также необходимость использования электрического конденсатора, на обкладки которого подают очень вы сокую разность потенциалов, свыще 10 кв, в результате чего при осаждении твердых частиц на обкладках конденсатора возникает коронный разряд, который является причиной погрешности измерения размера частиц. Целью настоящего изобретения является расщирение верхнего диапазона размеров измеряемых аэрозольных частиц вплоть до 5 10 нм по радиусу. .Цель достигается путем измерения отношен токов nepeiioca частиц, заряжаемых поочередно в режиме х1иффузио;пюй и ударной зарядки при постоянном параметре зарядки Ct, определяемом как произведение ионной проводимости газа С на время зарядки частиц t в зарядном устройстве. Отличительи.ыми приз 1аками способа являет ся то, что размер частиц определяют ий отношения токов переноса частиц, заряженных в диффузионном и удар1 ом режимах зарядки, а также то, что величины токов переноса частиц измеряют при фиксировашюм параметре зарядки частиц Ct. Величина заряда, приобретаемого частицей в результате различного механизма захвата ионов в режиме ударной и даффузионной зарядки, имеет различную функциональную зависимость от радиуса частицы, что позволяет при фиксированных значениях параметра зарядки Gt связать ва.диус часгицы с отношением зарядов час тицы,а в случае потока частиц связать средний рат ус частиц с отношением токов переноса частиц, заряжаемых в разных ремшмах зарядки. Далее определив размер частиц по 1 змеренному значе А. П™И J.. по соответствующи формулам можно определить концентрацию аэрозоля. Существо способа заключается в том, что исследуемый аэрозоль пропускают через зарядное устройство, в котором частицы заряжаю уштоляркыми ионами в присутствии внещнего электрического поля, сначала с небольшой напряженностью Е, что соответствует диффузионному мехазшзму зарядки, а затем при Е кв/ т.е. в режиме ударной зарядки, после чего поток аэрозоля пропускают через фильтр, в котором в результате осаждения заряженных частиц возш1кает ток переноса, измеряемый электрометром. По величине отно1иения токов переноса частиц, заряже} Ш)1Х в режиме ударной Оу.п и диффузионной зарядки д п известнь м теоретическим формулам или с помощью калибровочной кривой рассчитьп ают радиус частиц. Измерение и расчет чрезвычайно упрощается, если зарядку по этим двум механизмам захвата ионов ведут при фиксированном параметре зарядки Ct. Изобретенный способ может осуществлен устройством, отличающимся от известного тем, что газовый фильтр герметично охватывает патрубок Ш1Я шдачи частиц, а нижний торец патрубка расположен по церлру между электродами и выступает на.а плоскостью газовогО (|)ильтра. На чертеже схематически изображе ю прешигаемое устройство. Оно содержит прямоугольный корпус 1, пыполненный из изолящюнного материала. В центрсшьиой части корпуса расположены иараллельн.ые электроды 2 и 3. К сеточному э.чектроду 2 с наружной CTOpoifbi присоединен источник униполярных Hoiioii 4, в качестве которого используют прямоуголь}П)Й корои 5, вь полненный из изотгяцконного материала, в которого установлен короиирующий электрод б, соединенньй с источником высокого нанряжеИИЯ 7. В верхней част.и корпуса установлены два патрубка; патрубок 8 вдоль оси симметрии канала /j;i подачи чист)щ и патрубок 9. расположенный перпендикуляр1 о патрубку 8 шя иоддчи воздуха. Воздух поступает п центральную часть корпуса через фильтр 10, который гер.метично охватывает патрубок 8, расноложе) перпендикулярно ему и служит для очистки воздуха и вырав швания профиля скорости фильтровакпого воздуха. Нижний торец патрубка 8 выступает над плоскостью поверхности фильтра 0 на 1-2 диаметра патрубка. В нижней части корпуса установле фильтр 11 с проводящими волокнами, соединенный с эпектро.метром 12, и выходной патрубок 33. Электрод 2 Б)Н1олнен из сетки и заземлен, а электрод 3 соединен с генератором электрических импульсов переменной полярности 14. Величину электрической проводимости в междуэлектродном пространстве канала поддерживают ностоянной путем изменения тока ионов в 4. Отличительные особенности предлагаемого устройства состоят в следующем. Устройство снабжено дополнительным ф и1ьтром 10, который служит для фильтрации воздуха, выравнивания профиля скорости фильтрованного воздуха и герметично охватывает патрубок 8, KOTOpbui расположен вдоль оси симметрии электродов 2. 3, причем 1Шжннй го5рец патрубка выступает над плоскостью фильтра на 1-2 диаметра патрубка. Таким образом, поток исследуемых частиц между электродами обдувают соосио фильтрованным воздухом, что позволяет устразшть потери заряженных частиц. Это обстоятельство особенно важн.о при зарядке частиц с радиусом г) 5 10 нм в присутствии сильного электрического поля, и именно благодаря обдуву удается расширить д апазон измерения частиц до г 510 нм. Для осуществления мгновеьшого измерения дисперсности аэрозоля с быстро меняющимися параметрами nsNiepeHHC размера осуществляют путем деления исследуемого потока аэрозоля на ДВ6 равные части, которые пропускают чере два идентичных измерительных устройства, а в одном из которых из.меряют ток переноса частид, заряженных в диффузионном зарядки, а в другом - в ударном. В обоих устройствах поддерживают одинаковый нараамет зарядки. Пример 1. Поток монодисперс}1ых частиц диэтилгексилсебацината пропускают через зону зарядки зарядного устройства, величину ионной проводимости,в которой поддерж вают равной ,0610(ом.м) . Время пребывания частид в зарядном устройстве ,5 с. Ток переноса частиЦ , заряженных в диффузионном рохиме зарядки при ,005 кВ/см, равен . Ток переноса частицJ, заряжерлшх в ударном режиме зарядки при ,21 кВ/см, равен 9,2 iO А. Отноше П1е токов переноса /-А п , что соответствует среднему радиусу частиц 55 H.VJ. Скорость аэрозол кого газового потока часги.ц О. 10 см /с. Соответственно, концентрация частиц N 1,39-10 частиц/см. Пример 2. Поток монодисперсных частиц дибутилфталата пропускают через зону зарядки зарядного устройства, величину ионнс провоД1{мости в которой поддерживают равной С 2,06-10 (ом.м) . Время пребывания ча тиц в зарядки:-.; устройстве ,5 с. Ток переноса часшдС; 5,П|3- Р 2--™ - в лиффуЗ .онном режиме зарядки при ,.005 кВ/см, равен 10 А. Ток переноса частиц С} ., , заряжеш1ы в ударном режиме зарядки npsi ,21 кВ/см, равен А. Отношение токов переноса частиц 6. что соответiSствует среднему радиусу 10 - нм. Скорость газового потока частиц см 7с. Соответствеюю, концентраизю частиц ,85 10 частиц/см. О р и м е р 3. Поток люнодисперсных частиц дибутилфталата пропускают через зону зарядки зарядного устройс1Ба, велкчиг конно провош мости в которой поддерживают равной С 2,06-Ш Сом.м) . Время пребыва1ШЯ частиц в зарядном устройстве ,5 с. Ток переноса частиц Эд-.п ч заряжегпгых в днффузиощюм режиме зар.ядки при ,005 кВ/см, равен 10 А. Ток перенос-а частггц , заряженных в ударном ремс1гме зарядки.при ,21 кВ/см, равен 2,. Отношеш1е токов нереноса v,r. п 22, что соответствует среднему радиусу частиц 5-10 нм. Скорость газового потока частш; Q 10 . Соответственно, концентрация частиц ,42 - iO частиц/см. Ф -о р г%. у л а ji 3 о б р е т е н и я 1.Способ измерения среднего размера азрозольных частиц nyTCNi их предвгфнтельной зарядки ун1:полкр1-:ыми газовыми ионами, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью увеличения верхж1 о предела из epeния размеров част15ц, при фиксированном параметре зарядки, определяемом как П1эо11зведение ионной проводимости газа на время зарядки, измеряют величину тока, переносимого частицами заряженными поочередно в режиме диффузионной и ударной зарядк, и по отношеттаю этих токов судят о размерах части/ц. 2.Устройство для осуществления способа по П.1, содержгглее коргпС,--газовый фильтр, г.сточник унипо.чярныл ионов, патрубки для подащ н вывода .едуемых частиц ;; воздуха, параллельные электродь, один из которых зазe L eн, а другой аоддключеи к источнику напряжетш, фильтр с гфоводяигамз; } о; окнагл5, соединенный с злектрог--хтром, о т л 5i ч а ю П-1 с е с я тем, что газовый фильтр герметично охватывает патрубок для подачт частид. а нжяа-iH торец ггйтгубка распо:то сен по центру мелСТ} электрода:,iii и выстлПЕот над илоскостьго газового фильтра. iLpnuHTbie во iiHiiNiaHHe Uiiu э;;сиео;изе, 1.Фукс 1.А., Петрянов И.В. Определение размеров и заря;;а частиц в тхт гаках.- Журнал ф оической химии , т. 1У, 1П;.5, с.567-572. 2.Liu B.Y.H., Pji D.Y.H., E-quiisbrium Bipolar Charge Distribution of Clerosois journal of Coiioid ana Interfare Science, V 49, № 2, 1974, p.p. 305-311. 3.Vi/hitby K.T., Liu B.Y.H., Pui D.Y.H,, A Portable Electrical Analy.er for Size Measurs- mant of Submicron Ae osols Jourtial of i;hs Air Pollstion Control Association, 24, № 11, 1974, p. 1067-1072 (прототип).

/