Способ измерения среднего размера аэрозольных частиц Советский патент 1981 года по МПК G01N15/00 G01N15/02 

Изобретение относитчзя к анализу, аэродисперсных систем, а именно к определению среднего размера частиц и может быть использовано при petueнии задач охраны окружающей среды, при исследовании ядер ионден ации и субмикронных частиц, в медицине для контроля дисперсности частиц в аэрозолетерапии, для анализа аэрозолей, предназначенных для испытания фильтров. Известен способ измерения размеров аэрозольных частиц путем их предварительной зарядки газовыми ионами и последующим измерением электрической подвижности частиц в электрических анализаторах tlj. Однако этот способ чрезвычайно сложен, требует прецизионной аппаратуры и может быть использован 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 пропуск ют через зону зарядки, облучаемую ионизирующим излучением, где образу1ЮТСЯ ионы обоих знаков и некоторая доля частиц заряжается положительно или отрицательно, а дфугая доля частиц остается незаряженной, причем тем большая, чем меньше размер частиц. Далее поток разноименно заряженных и незаряженных частиц пропускают через конденсатор, на обкладки которого подают разность потенциалов, в результате чего заряженные частицы осаждаются, а прсниедшие черея конденсатор незаряженные частицы измеряют регистратором, например Фотометром. По доле заряженных частиц приближенно с помощью известных теоретических формул или по ка тиброгочной кривой оценивают средний размер частиц 2J. Однако указанным способом измерение частиц возможно лишь в сравнительно узком интервале размеров, а именно 15 - 300, нм по радиусу, и, кроме того, на точность измерений существенное влияние оказывает постоянное присутствие вкаждом иссле- дуемом аэрозоле неконтролируемых газообразных примесей, влияющих Н4 спектр биполярных ионов,и следователь но,и на долю заряженных частиц, что

в свою очередь, ведет к большой погрешности при определении среднего размера частиц, которая составляет 20-30% для крупных и свыше 100% 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 им по радиусу и увеличение точности измерения частиц.

Поставленная цель достигается тем что в способе измерения среднего размера аэрозольных частиц зарядку частиц ведут, контролируя величину ионной проводимости газа в зоне зарядки и время нахождения частиц в зарядной камере, и по величине их произведени 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 поля, создаваемого между заземленным сеточным электродом 3 и противоэлектродом 5, причем вектор напряженности электрического поля Б, в зоне 2 зарядки имеет противоположное направление вектору напряженности поля Е в источнике 4 униполярных ионов. Время зарядки частиц определяется скоростью течения аэрозоля в зарядном устройстве 1 Иего 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 з ряженных частиц определяют, например как отношение концентрации частиц в протоке на выходе из электрического конденсатора б при включенной и выключенной разности потенциалов между обкладками конденсатора.

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

Пример 1. Поток аэрозолей дибутилфталата пропускают через зарядное устройство 1, величина ионной

проводимости в котором составляет С- - Время пребывания частиц в зарядном устройстве 1 равно 0,5 с. После прохождения потока частиц .через электрический конденсатор отношение концентрации частиц при включеннойразности потенциалов, соответствующей напряженности поля Е 10 ив/см, к концентрации частиц при Е О составляет 0,61. Этой величине доли„заряженных частиц при 10 Ом м/с соответствует средний радиус частиц га 500 нм. Погрешность измерения составляет не боее 10%, в то время как в известном способе погрешность измерения превыает 25%.

Пример 2. Поток частиц диэтилгексилсебацината пропускают через зарядное устройство 1, в котором с

, У г 04-10 Ом-м ; время пребывания частиц равно 0,5 с. Измеренная доля заряженных частиц составляет О,5.При ct 4,52-10- ОмWe этой доле соответствует средний радиус частиц

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

Пример 3. При исследовании аэрозоля NaC;E доля заряженных частиц при том же параметре зарядки, как и в примере 2, оказывается равной 0,1, что соответствует среднему радиусу г 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 раз до 1,5 нм вместо 15 нм по прототипу, а верхний предел возрастает почти в 2 раза.

0 Во-вторых, исключается влияние всегда присутствующих неконтролируемых газообразных примесей в потоке аэрозоля на точность измерения. Это оказалось возможным благодаря впервые

5 обнаруженному авторами явлению, заключающемуся в том, что во-первых, величина параметра ct однозначно определяет долю заряженных частиц данного радиуса г и, во-вторых, при подп держании 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.

Формула изобретения

Способ измерения среднего размера аэрозольных частиц, основанный на зарядке частиц униполярными ионами в диффузионном режиме, по величине доли заряженных частиц, отличающийся 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 размэре частиц.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Knutson Е. Whitby К; Equipment Measurement of Aeroeot EB.ectric MobiEity Moments.-7ournaE of AerosoE Science, 1975, 6, p. 453-481.

2.Keefe P.,. Nogan P.3i Rich T.A. Charge E iEibrium in Aerosote According to the BoEtrmany |jOW,-ProT ceeding of the Roya Trish Academy,

;Sec.A,1959, 60, 27, p. 253-256 (прототип) .

X