CN113959780A - 一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，属于气溶胶测量技术领域。所述方法通过对气溶胶样品进行物理粒径分布测量，然后加入参比样品再次进行物理粒径分布测量，之后计算得到检测样品中粒子的理论质量及采集样品的理论质量，并通过粒径分布及理论质量计算得到各物理粒径粒子的采样效率。所述方法可在较低的成本及较短的实验时间内，完成空气动力学粒径范围较为连续的采样器评价。仅需少量的测试粒子，且物理粒径检测范围不受样品粒子物理粒径限制。
Description
技术领域
本发明涉及一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，特别涉及一种使用多分散系气溶胶的气溶胶采样器气体到液体采样效率的评价方法，属于气溶胶测量技术领域。
背景技术
气溶胶是指悬浮在气体介质中的液体或固体粒子，其包含了悬浮的固相或液相及周围的气体介质。气溶胶普遍存在于自然环境中，道路尘、大气云团、焊接烟尘、电厂烟雾、香烟烟雾、气泡破裂产生的微粒都属于气溶胶粒子。近年来，环境保护、公共卫生、大气科学、纳米技术、化工制造、医药卫生等许多领域对气溶胶的测量需求急剧增加。例如大气环境PM10及PM2.5的日常检测，职业环境下有害气溶胶的暴露测量，大气气溶胶对气候变化的影响研究，粉体生产检测、雾化吸入给药的雾化效果评价、空气微生物检测等都需要更为精细的气溶胶测量方法。气溶胶采样作为气溶胶测量的重要组成部分对气溶胶测量评价的效果起着至关重要的作用。故而气溶胶采样设备的采样效率评价及标定是气溶胶精确测量的基础。
气溶胶采样效率的评价方法有两类，一类为气体到气体采样效率，通过检测采样器上下游气溶胶粒子浓度进行比较后确定；另一类为气体到液体采样效率，通过检测采样器上游气溶胶粒子浓度与采样介质中的气溶胶粒子浓度进行比较后确定。气溶胶采样过程中会有部分气溶胶粒子沉积在采样器自身的结构中，并不会进入采样介质，这种现象称为壁损伤。由于气溶胶采样后通常只对采样介质进行分析，如直接使用气体到气体采样效率评价的结果，壁损失的存在可能会高估采样器的真实采样效率，进而低估真实环境中的气溶胶浓度。而使用气体到液体采样效率则可以避免壁损失的影响，从而准确评估气溶胶采样器的真实采样效率。
传统方法使用单分散系气溶胶进行的气溶胶采样器采样效率评价仅能得到某些单一空气动力学粒径粒子的准确采样效率。如要获得较宽空气动力学粒径范围的采样效率则需要数种乃至十几种单分散系气溶胶进行采样效率评价。通常完成一次采样器的完整采样效率评价需要数天乃至数周的时间，且无法得到空气动力学粒径较为连续的采样效率数据，存在诸多不便。而使用多分散系气溶胶可在一次实验中完成较宽空气动力学粒径范围的气溶胶采样效率评价。与使用单分散系气溶胶的评价方法相比，使用多分散系气溶胶的评价方法成本更低，用时更短，空气动力学粒径范围更为连续。
目前已有不少使用多分散系气溶胶进行气体到气体采样效率评价的研究，但使用多分散系气溶胶进行气体到液体采样效率评价很少。与气体到气体采样效率相比，气体到液体采样效率评价引入了参比采样器、需要额外的采样后处理及检测步骤，相较于气体到气体采样效率评价更为复杂，干扰因素也更多。气体到液体采样效率评价中，为保证参比采样器与测试采样器采集气溶胶浓度及粒径分布的一致性，需要使用气溶胶实验舱或气溶胶风洞实现气溶胶的均匀性。相较于气体到气体采样效率评价，需要的设备更多，实验周期也更长。
有研究在采样器评价风洞中使用了多分散系气溶胶进行气体到液体采样效率评价。其通过使用一套粉尘气溶胶发生系统、气溶胶风洞、气溶胶采样器及库尔特计数器进行了5-30μm多分散气溶胶气体到液体采样效率评价的尝试。
上述研究使用的气溶胶风洞是目前世界上最大的气溶胶风洞之一，大体积的风洞意味着用于气溶胶采样器评价的多分散粒子的需求会很大，达2.3kg/天。此种使用大型气溶胶风洞进行采样器评价的方法很难进行大范围的推广与应用。
此外，小孔电阻法原理的库尔特计数器能够获得样品粒子浓度的绝对数值，总物理粒径测量范围在0.2-1600μm。但在气溶胶采样效率评价的物理粒径谱分析上有先天缺陷，其物理粒径测量的量程范围受限于小孔管内径尺寸，只能为其内径的2％-80％；如小孔管内径为30μm时，其极限测量范围为0.6-24μm；当样品中存在物理粒径在30μm以上的粒子时会造成小孔管的堵塞，使得测量失败；而样品中小于0.6μm的粒子将无法检测。为避免小孔管的堵塞及小粒子信号的丢失，实际气溶胶检测过程需要特别注意实验过程中气溶胶粒子物理粒径范围及小孔管内径的选择。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种使用多分散系气溶胶进行气体到液体采样效率评价的方法。所述方法可在较低的成本及较短的实验时间内，完成空气动力学粒径范围较为连续的采样器评价。无需气溶胶风洞，仅需少量的测试粒子，且物理粒径检测范围不受样品粒子物理粒径限制。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，所述方法步骤包括：
使用待评价气溶胶采样器采集多分散系气溶胶样品，得到样品1；使用参比采样器采集多分散系气溶胶样品，得到采集样品2；
将样品1和样品2分别作为采集样品进行如下操作：取部分采集样品作为检测样品进行物理粒径分布测量；向检测样品中加入与检测样品种类相同但物理粒径不同的参比样品，得到混合样品，并对混合样品进行各物理粒径粒子的质量占比测量；根据检测样品、混合样品和参比样品中各物理粒径粒子的质量占比及混合样品中参比样品的实际测量质量计算得到检测样品中粒子的理论质量；根据检测样品中粒子的理论质量、检测样品的实际测量质量、采集样品的实际测量质量计算得到采集样品中粒子的理论质量；
根据待评价气溶胶采样器中检测样品中各物理粒径粒子的质量占比、待评价气溶胶采样器中采集样品中粒子的理论质量、参比采样器中检测样品中各物理粒径粒子的质量占比和参比采样器中采集样品中粒子的理论质量计算得到待评价气溶胶采样器对气溶胶中各物理粒径粒子的采样效率。
进一步的，所述方法步骤还包括：根据气溶胶样品的密度、形状因子和粒子的物理粒径计算气溶胶中各物理粒径对应的空气动力学粒径，得到待评价气溶胶采样器对各空气动力学粒径粒子的采样效率。
进一步的，所述气溶胶样品为不同粒径亚利桑那测试粉尘的混合物。
进一步的，所述参比采样器为滤膜采样器。
进一步的，计算检测样品中粒子的理论质量时：先假设检测样品中粒子的质量取值，然后计算不同质量取值下理论混合样品中各物理粒径粒子的质量占比与实际测量混合样品中各物理粒径粒子的质量占比差值的平方和，取平方和最小时的质量取值为检测样品中粒子的理论质量；其中，理论混合样品中各物理粒径粒子质量占比通过检测样品中各物理粒径粒子质量占比、参比样品中各物理粒径粒子的质量占比、假设的检测样品中粒子的理论质量和混合样品中参比样品的实际测量质量计算得到。
进一步的，理论与实际测量混合样品中各物理粒径粒子的质量占比差值的平方和Var的计算公式如下：
其中，cs1,i为检测样品中物理粒径为i的粒子的质量占比；mS1为检测样品中粒子的理论质量；cs2,i为参比样品中物理粒径为i的粒子的质量占比；mS2为混合样品中参比样品的实际测量质量；cm,i为实际测量的混合样品中物理粒径为i的粒子的质量占比。
进一步的，计算采集样品的理论质量时，通过以下公式计算得到：
其中，mTotal为采集样品中粒子的理论质量；ms1为检测样品中粒子的理论质量；mc1为采集样品的实际测量质量；mc2为检测样品的实际测量质量。
进一步的，计算待评价气溶胶采样器的采样效率时，采用以下公式计算得到：
其中，ηAtoH,i为待评价气溶胶采样器对物理粒径为i粒子的采样效率；ctest,i为待评价气溶胶采样器采集的粒子中物理粒径为i粒子的质量占比；mtest为待评价气溶胶采样器采集的粒子总质量；creference,i为参比采样器采集的粒子中物理粒径为i粒子的质量占比；mreference为参比采样器采集的粒子总质量。
进一步的，计算各物理粒径对应的空气动力学粒径时，采用以下公式计算得到：
其中，Dpa为粒子的空气动力学粒径(μm)；Dpe为粒子的物理粒径(μm)；ρp为粒子的密度(g/cm3)；ρ0为粒子的空气动力学密度(g/cm3)；χ为粒子的形状因子。
有益效果
本发明使用光散射原理的激光粒度仪进行物理粒径谱检测，与小孔电阻法相比，其具有较宽的物理粒径检测范围，实际检测过程中，即使样品粒子物理粒径超出所选镜头测量的检测范围也不会对物理粒径范围内的结果产生影响。光散射及衍射方法通常其只能够获得样品的各物理粒径粒子组成的相对浓度。本发明通过在检测过程中引入新的粒子，对各样品相对浓度的计算得到检测样品的绝对浓度，进而进行采样效率的评价。
附图说明
图1为实施例1中气溶胶发生装置的连接示意图；
图2为实施例1中检测样品1(Sample)、混合样品1(Mix)和参比样品(Reference)的激光粒度检测结果。
图3为实施例1中混合样品1的粒度实测结果(TV)与拟合结果(FV)。
图4为实施例1中检测样品2(Sample)、混合样品2(Mix)和参比样品(Reference)的激光粒度检测结果。
图5为实施例1中混合样品2的粒度实测结果(TV)与拟合结果(FV)。
图6为实施例1中检测样品3(Sample)、混合样品3(Mix)和参比样品(Reference)的激光粒度检测结果。
图7为实施例1中混合样品3的粒度实测结果(TV)与拟合结果(FV)。
图8为实施例1中3种采样器采集的气溶胶离子浓度分布。
图9为实施例1中3种采样器的采样效率结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，所述方法步骤包括：
(1)使用参比采样器采集多分散系气溶胶样品，得到采集样品1；同时使用待评价气溶胶采样器采集多分散系气溶胶样品，得到采集样品2；其中，多分散气溶胶气溶胶样品要求为：①气溶胶颗粒为干燥的不可溶固体颗粒。②不带电荷、颗粒不聚集。③固体颗粒形状因子(dynamic shape factor)已知。④颗粒物密度已知。
(2)取部分采集样品1作为检测样品1进行物理粒径分布测量；取部分采集样品2作为检测样品2进行物理粒径分布测量；
(3)分别向检测样品1和检测样品2中加入与检测样品种类相同但物理粒径不同的参比样品，得到混合样品1和混合样品2；对混合样品1和混合样品2分别进行物理粒径分布测量；
(4)根据检测样品1中各物理粒子的质量占比、混合样品1中各物理粒子的质量占比、参比样品中各物理粒子的质量占比及混合样品1中参比样品的实际测量质量计算得到检测样品1中粒子的理论质量；根据检测样品2中各物理粒子的质量占比、混合样品2各物理粒子的质量占比、参比样品各物理粒子的质量占比及混合样品2中参比样品的实际测量质量计算得到检测样品2中粒子的理论质量；
(5)根据检测样品1中粒子的理论质量、检测样品1的实际测量质量、采集样品1的实际测量质量计算得到采集样品1中粒子的理论质量；根据检测样品2中粒子的理论质量、检测样品2的实际测量质量、采集样品2的实际测量质量计算得到采集样品2中粒子的理论质量；
(6)根据检测样品1中各物理粒子的质量占比、采集样品1中粒子的理论质量、检测样品2中各物理粒子的质量占比和采集样品2中粒子的理论质量计算得到待评价气溶胶采样器对气溶胶中各物理粒径粒子的采样效率。
(7)根据气溶胶密度、形状因子和粒子的物理粒径计算气溶胶中各物理粒径对应的空气动力学粒径，并由此得到待评价气溶胶采样器对各空气动力学粒径粒子的采样效率。
步骤(1)中所述气溶胶样品为亚利桑那测试粉尘。
步骤(1)中所述参比采样器为滤膜采样器。
步骤(4)中，计算检测样品1和检测样品2中粒子的理论质量时：先人为假定检测样品中粒子的质量取值，然后计算该质量取值下理论混合样品中各物理粒径粒子的质量占比。计算此理论与实际测量混合样品中各物理粒径粒子质量占比差值的平方和。取平方和最小时的假定质量取值为检测样品中粒子的理论质量。
理论与实际测量混合样品中各物理粒径粒子质量占比差值的平方和(Var)的计算公式如下：
其中，cs1,i为检测样品中物理粒径为i的粒子所占的质量百分比；mS1为混合样品中检测样品的理论质量；cs2,i为参比样品中物理粒径为i的粒子所占的质量百分比；mS2为混合样品中参比样品的实际测量质量；cm,i为混合样品中物理粒径为i的粒子所占的质量百分比。
步骤(5)中，计算采集样品1和采集样品2的理论质量时，通过以下公式计算得到：
其中，mTotal为采集样品中粒子的理论质量；ms1为检测样品中粒子的理论质量；mc1为采集样品的实际测量质量；mc2为检测样品的实际测量质量。
步骤(6)中，计算待评价气溶胶采样器的采样效率时，采用以下公式计算得到：
其中，ηAtoH,i为待评价气溶胶采样器对物理粒径为i的亚利桑那粉尘粒子的采样效率；ctest,i为测试采样器采集的粒子中物理粒径为i粒子所占的质量百分比；mtest为采集样品2的质量(即测试采样器采集的粒子总质量)；creference,i为参比采样器采集的粒子中物理粒径为i粒子所占的质量百分比；mreference为采集样品1的质量(即参比采样器采集的粒子总质量)。检测样品的物理粒径分布可理解为采集样品的物理粒径分布。
步骤(7)中，计算各亚利桑那测试粉尘物理粒径对应的空气动力学粒径时，采用以下公式计算得到
其中Dpa为粒子的空气动力学粒径(μm)；Dpe为粒子的物理粒径(μm)；ρp为粒子的密度(g/cm3)，亚利桑那测试粉尘的密度为2.5462g/cm3；ρ0为粒子的空气动力学密度(1g/cm3)；χ为粒子的形状因子，亚利桑那测试粉尘的形状因子χ＝1.4。
实施例1
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
亚利桑那测试粉尘(0-3μm、0-10μm、10-20μm)(PTI，Arizona Test DustFractions)；0.2μm孔径47mm硝酸纤维素滤膜(WhatMan，7182)；磁力传导轮刷干粉气溶胶发生器(北京慧荣和科技公司)；静电中和器(TOPAS，EAN-581)；小型生物气溶胶沉降评测舱(北京慧荣和科技公司)；空气动力学粒径谱仪(TSI，APS 3321)；多功能生物气溶胶采样泵(青岛众瑞，ZR-2000)；激光粒度仪(SYMPATEC，HELOS-CUVETTE)。所述小型生物气溶胶沉降评测舱中的气溶胶舱室能够使用较少的多分散粒子(5g/天)满足气溶胶采样器采样效率评价。
一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，所述方法步骤包括：
一、多分散系气溶胶的发生及采样：
(1)如图1所示，准备并连接各实验仪器，磁力旋转轮刷式干粉气溶胶发生器通过管道与静电中和器连接，静电中和器通过管道连接小型生物气溶胶沉降评测舱。空气动力学粒径谱仪、测试采样器(AGI-30/BioSampler)、参比采样器(滤膜采样器)的入口通过采样口连接小型生物气溶胶沉降评测舱。测试采样器与参比采样器的出口连接多功能生物气溶胶采样泵。
(2)将物理粒径分布分别为0-3μm、0-10μm及10-20μm的亚利桑那标准粉尘于200℃烘干48h后自然降至室温，然后以1:1:1的质量比例充分混合。
(3)取适量亚利桑那标准粉尘于磁力传导轮刷式干粉气溶胶发生器的药室中。
(4)使用载气管路连接磁力传导轮刷式干粉气溶胶发生器、静电中和器及小型生物气溶胶沉降评测舱。
(5)开启小型生物气溶胶沉降评测舱净化功能30min，以彻底净化舱内空气，并开启舱内混匀风扇，混匀风扇在实验过程中保持开启状态。
(6)设置静电中和器为恒流模式，供气速率20L/min。
(7)使用加装100倍气溶胶稀释器的空气动力学粒径谱仪实时检测舱内气溶胶浓度。
(8)设置磁力传导轮刷式干粉气溶胶发生器进样速率8mm/min，供气速率15L/min，发生气溶胶1min。发生完毕后关闭气溶胶发生器、静电中和器。
(9)使用装载20mL去离子水的AGI-30采样器、BioSampler采样器及装载47mm硝酸纤维素滤膜的滤膜采样器以12.5L/min的速率采集小型生物气溶胶沉降评测舱内气溶胶10min。
(10)采样结束后，开启小型生物气溶胶沉降评测舱净化功能30min，以彻底净化舱内空气。
(11)净化完成后，开启评测舱舱门，使用75％酒精对舱内进行擦拭。
二、采样后处理：
(2)将硝酸纤维素滤膜采样器中的硝酸纤维素滤膜转移至50mL离心管内，加入20mL洗脱液(质量分数为0.5％的Tween 20)，手动激烈震荡离心管10次并使用涡旋混匀仪震荡30s，重复3次。将20mL洗脱液(质量分数为0.5％的Tween 20)转移至新的50mL离心管，再次加入20mL洗脱液(质量分数为0.5％的Tween 20)于硝酸纤维素滤膜所在的离心管中，手动激烈震荡离心管10次并使用涡旋混匀仪震荡30s，重复3次。将所有洗脱液置于同一支50mL离心管，在离心管中得到采集样品1。称取采集样品1加入前后离心管重量。取部分所述采集样品1作为检测样品1用于激光粒度仪检测。
(1)将AGI-30采样器及BioSampler采样器中的采样液分别转移至50mL离心管内，并使用10mL去离子水润洗采样器2次，将润洗后得到的液体转移至50mL离心管中，在离心管中分别得到采集样品2和采集样品3。称取采集样品2加入前后离心管的重量。取部分所述采集样品2作为检测样品2用于激光粒度仪检测。称取采集样品3加入前后离心管的重量。取部分所述采集样品3作为检测样品3用于激光粒度仪检测。
三、激光粒度仪检测：
(1)开启激光粒度仪，预热30min。
(2)设定镜头为R2镜头，分散系统转子转速2000rpm，检测前100％功率超声处理10s，暂停10s。设定检测时间30s。
(3)样品池使用前进行清洗。
(4)擦干样品池表面水滴，在样品池中装载30mL质量分数为0.5％的Tween20。将样品池组装到激光粒度仪中进行空白测量。
(5)空白测量完成后，向样品池中加入分散均匀的参比样品并测量参比样品(1mL分散均匀且浓度为0.5mg/mL、物理粒径为10-20μm的亚利桑那测试粉尘)的物理粒径分布，重复三次，参比样品的量应使测量的光学浓度维持于10-30％之间。
(6)彻底清洗样品池，并再次擦干样品池表面水滴，在样品池中装载30mL质量分数为0.5％的Tween 20。将样品池组装到激光粒度仪中进行空白测量。
(7)空白测量完成后，向样品池中加入分散均匀的检测样品1并测量检测样品的物理粒径分布，重复三次，检测样品的量应使测量的光学浓度维持于10-30％之间。
(8)向样品池的检测样品1中加入参比样品(1mL分散均匀且浓度为0.5mg/mL、物理粒径为10-20μm的亚利桑那测试粉尘)后，得到混合样品1，再次混合样品1的物理粒径分布，重复三次。
(9)对检测样品2进行物理粒径分布检测，向检测样品2中加入参比样品(1mL分散均匀且浓度为0.5mg/mL、物理粒径为10-20μm的亚利桑那测试粉尘)后，得到混合样品2，再次混合样品2的物理粒径分布。
(10)对检测样品3进行物理粒径分布检测，向检测样品3中加入参比样品(1mL分散均匀且浓度为0.5mg/mL、物理粒径为10-20μm的亚利桑那测试粉尘)后，得到混合样品3，再次混合样品3的物理粒径分布。
(11)将样品检测结果分类保存。
(12)关闭激光粒度仪并清洗样品池。
四、数据分析：
(1)采样样品质量浓度的计算
将检测样品和参比样品两组物理粒径不同的样品混合产生的混合样品具有不同于检测样品和参比样品的物理粒径分布。但混合样品的物理粒径分布是检测样品和参比样品中各物理粒径粒子质量的函数。理论公式如下：
其中cm,i代表混合样品中物理粒径为i粒子所占的质量百分比；cs1,i代表检测样品中物理粒径为i粒子所占的质量百分比；mS1代表混合样品中检测样品的粒子质量；cs2,i代表参比样品中物理粒径为i粒子所占的质量百分比；mS2代表混合样品中参比样品的粒子质量。上述方程中当有且只有唯一未知量mS1时，可求出未知量mS1的唯一解。实际测量过程中随机误差的存在使得不同物理粒径段存在不同的求解结果。首先假定mS1的取值，然后计算该质量取值下混合样品的理论物理粒径分布。计算此理论与实际测量混合样品物理粒径分布中各物理粒径粒子质量占比差值的平方和。取平方和最小时的假定质量取值为检测样品中粒子的理论质量。其中平方和计算公式如下：
采样样品中的粒子质量计算公式如下：
mTotal＝ms1×mc1/mc2
其中mTotal为采样器采集的气溶胶粒子总质量；ms1为上述方法计算得到的检测样品的粒子质量；mc1为采集样品总质量；mc2为检测样品的总质量。
(2)采样器采样效率的计算
孔径为0.2μm的滤膜采样器对物理粒径大于0.2μm粒子的截留效率在99.7％以上。且样品容易洗脱。一般可以认为其采样效率为100％。因此将滤膜采样器作为参比采样器，测试采样器采样效率的计算公式为：
其中ηAtoH,i为测试采样器对物理粒径为i粒子的采样效率；ctest,i为测试采样器采集的粒子中物理粒径为i粒子所占的质量百分比；mtest为测试采样器采集的粒子总质量；creference,i为参比采样器采集的粒子中物理粒径为i粒子所占的质量百分比；mreference为参比采样器采集的粒子总质量。
激光粒度仪测定的为粒子的物理粒径，气溶胶采样效率评价中常使用空气动力学粒径，其转换公式如下：
其中Dpa为粒子的空气动力学粒径(μm)；Dpe为粒子的物理粒径(μm)；ρp为粒子的密度(g/cm3)，亚利桑那测试粉尘的密度为2.5462g/cm3；ρ0为粒子的空气动力学密度(1g/cm3)；χ为粒子的形状因子，亚利桑那测试粉尘的形状因子χ＝1.4。
五、实验结果
使用激光粒度仪对检测样品进行粒径谱测量，数据如图2-7所示，检测样品中粒子的粒径均在0-20μm范围内。且检测样品与参比样品拟合出的混合样品理论粒径谱与实测混合样品的粒径谱吻合度较好。计算理论与实际测量混合样品物理粒径分布中各物理粒径粒子质量占比差值的平方和。取平方和最小时的假定质量取值为检测样品中粒子的理论质量。计算得到的AGI-30采样液、BioSampler采样液及硝酸纤维素滤膜洗脱液中的粒子的理论浓度为1.636mg/mL、1.446mg/mL、1.774mg/mL。
根据3种采样器采集样品的粒径谱数据及粒子浓度数据计算出的气溶胶浓度及AGI-30、BioSampler采样器的采样效率如图8-9所示，AGI-30采样器在空气动力学粒径为0.6-10μm的粒子具有较高的采样效率，对空气动力学粒径大于10μm粒子的采样效率逐渐降低。而BioSampler采样器在空气动力学粒径为0.6-6μm的粒子具有较高的采样效率，对空气动力学粒径大于6μm粒子的采样效率逐渐降低。对空气动力学粒径在3μm以下的粒子，BioSamper采样器具有更高的采样效率，而AGI-30采样器对空气动力学粒径在3μm以上的粒子具有更高的采样效率。
综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，其特征在于：所述方法步骤包括：
使用待评价气溶胶采样器采集多分散系气溶胶样品，得到样品1；使用参比采样器采集多分散系气溶胶样品，得到采集样品2；
将样品1和样品2分别作为采集样品进行如下操作：取部分采集样品作为检测样品进行物理粒径分布测量；向检测样品中加入与检测样品种类相同但物理粒径不同的参比样品，得到混合样品，并对混合样品进行各物理粒径粒子的质量占比测量；根据检测样品、混合样品和参比样品中各物理粒径粒子的质量占比及混合样品中参比样品的实际测量质量计算得到检测样品中粒子的理论质量；根据检测样品中粒子的理论质量、检测样品的实际测量质量、采集样品的实际测量质量计算得到采集样品中粒子的理论质量；
根据待评价气溶胶采样器中检测样品中各物理粒径粒子的质量占比、待评价气溶胶采样器中采集样品中粒子的理论质量、参比采样器中检测样品中各物理粒径粒子的质量占比和参比采样器中采集样品中粒子的理论质量计算得到待评价气溶胶采样器对气溶胶中各物理粒径粒子的采样效率。
2.如权利要求1所述的一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，其特征在于：所述方法步骤还包括：根据气溶胶样品的密度、形状因子和粒子的物理粒径计算气溶胶中各物理粒径对应的空气动力学粒径，得到待评价气溶胶采样器对各空气动力学粒径粒子的采样效率。
3.如权利要求1或2所述的一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，其特征在于：所述气溶胶样品为不同粒径亚利桑那测试粉尘的混合物。
4.如权利要求1或2所述的一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，其特征在于：所述参比采样器为滤膜采样器。
5.如权利要求1或2所述的一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，其特征在于：计算检测样品中粒子的理论质量时：先假设检测样品中粒子的质量取值，然后计算不同质量取值下理论混合样品中各物理粒径粒子的质量占比与实际测量混合样品中各物理粒径粒子的质量占比差值的平方和，取平方和最小时的质量取值为检测样品中粒子的理论质量；其中，理论混合样品中各物理粒径粒子质量占比通过检测样品中各物理粒径粒子质量占比、参比样品中各物理粒径粒子的质量占比、假设的检测样品中粒子的理论质量和混合样品中参比样品的实际测量质量计算得到。
6.如权利要求5所述的一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，其特征在于：理论与实际测量混合样品中各物理粒径粒子的质量占比差值的平方和Var的计算公式如下：
其中，cs1,i为检测样品中物理粒径为i的粒子的质量占比；mS1为检测样品中粒子的理论质量；cs2,i为参比样品中物理粒径为i的粒子的质量占比；mS2为混合样品中参比样品的实际测量质量；cm,i为实际测量的混合样品中物理粒径为i的粒子的质量占比。
7.如权利要求1或2所述的一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，其特征在于：计算采集样品的理论质量时，通过以下公式计算得到：
其中，mTotal为采集样品中粒子的理论质量；ms1为检测样品中粒子的理论质量；mc1为采集样品的实际测量质量；mc2为检测样品的实际测量质量。
8.如权利要求1或2所述的一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，其特征在于：计算待评价气溶胶采样器的采样效率时，采用以下公式计算得到：
其中，ηAtoH,i为待评价气溶胶采样器对物理粒径为i粒子的采样效率；ctest,i为待评价气溶胶采样器采集的粒子中物理粒径为i粒子的质量占比；mtest为待评价气溶胶采样器采集的粒子总质量；creference,i为参比采样器采集的粒子中物理粒径为i粒子的质量占比；mreference为参比采样器采集的粒子总质量。
9.如权利要求2所述的一种评价气溶胶采样器气体到液体采样效率的方法，其特征在于：计算各物理粒径对应的空气动力学粒径时，采用以下公式计算得到：
其中，Dpa为粒子的空气动力学粒径(μm)；Dpe为粒子的物理粒径(μm)；ρp为粒子的密度(g/cm3)；ρ0为粒子的空气动力学密度(g/cm3)；χ为粒子的形状因子。
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