EA026528B1 - Способ определения массовой концентрации аэрозоля - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, аналитического приборостроения. Задача изобретения - задачи повышения точности определения концентрации аэрозоля и расширение функциональных возможностей способа за счет определения массовой концентрации аэрозоля в широком диапазоне его физико-химических свойств с разделением на фракции аэрозольных частиц с размерами ≤1, ≤2,5, ≤10 и >10 мкм. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе определения массовой концентрации аэрозоля в исследуемый объем среды последовательно посылают световое излучения на длинах волн 0,532 и 1,064 мкм, определяют коэффициенты направленного светорассеяния для углов 5 и 20°, а массовые концентрации аэрозольных частиц с размерами ≤1, ≤2,5, ≤10 и >10 мкм определяют на основе регрессионных соотношений, связывающих данные концентрации с регистрируемыми коэффициентами направленного светорассеяния.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области охраны окружающей среды, аналитического приборостроения.

В настоящее время вопросы экологии остро стоят перед жителями всех крупных городов и районов с развитой промышленной деятельностью и интенсивным автотранспортным движением. Результаты многочисленных эпидемиологических исследований однозначно указывают на взаимосвязь загрязнения воздуха с уровнем сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний у населения. Серьезную угрозу для здоровья человека представляют взвешенные в воздухе аэрозольные частицы и в первую очередь мелкодисперсные (респирабельные) частицы, способные глубоко проникать в органы дыхательной системы человека и накапливаться в легких (влияя тем самым на поступление вредных веществ в кровь). Согласно Американским и Европейским стандартам по качеству атмосферного воздуха в качестве индикаторов респирабельных частиц используются массовые концентрации РМ_Х частиц с аэродинамическим диаметром х < Х, где Х= 1,0; 2,5 и 10 мкм.

Известны способы дистанционного измерения массовой концентрации аэрозоля с использованием лазерных локаторов (лидаров) [1]. Данные способы могут использоваться для решения задач оперативного мониторинга загрязнений окружающей среды в больших объемах пространства. К недостаткам данных методов следует отнести сложность и высокую стоимость необходимого экспериментального оборудования. Кроме того, эти методы невозможно использовать для контроля загрязнений воздуха в рабочих и жилых помещениях, на территориях промышленных предприятий, в пунктах контроля пыли санитарно-эпидемиологическими станциями и т. д.

Традиционным способом локальным контроля загрязнений атмосферного воздуха взвешенными частицами является способ осаждения частиц на волокнистых фильтрах (гравиметрический способ) [2]. Данный способ обеспечивает прямое измерение массовой концентрации аэрозоля, однако является длительным, высоко трудоемким и требующим высококвалифицированного персонала.

Известен способ локальных измерений концентраций РМ₂.₅ и РМ₁₀, в котором отдельные частицы протягиваются через сфокусированный лазерный луч, и регистрируется свет, рассеянный каждой частицей [3]. Интенсивность светового импульса позволяет оценить некоторый эквивалентный размер частицы, а количество световых импульсов определяет число аэрозольных частиц. Этот способ заложен, например, в коммерчески доступных приборах ΛΕΡΌ ТРАК 9303, ΚΑΝΟΜΑΧ 3887, Иике 983 и АЗ-10. К недостаткам этих приборов следует отнести их высокую стоимость, формируемую, главным образом за счет встроенного вакуумного насоса и сложной оптической схемы. Кроме того, данный способ существенно подвержен влиянию формы и показателя преломления частиц и обладает неприемлемо низкой эффективностью счета частиц с размером <0,3 мкм (вследствие большой вероятности попадания в освещаемый объем нескольких таких частиц).

Известен также способ определения массовой концентрации аэрозоля, включающий посылку светового излучения с длиной волны А, в измерительный объем рассеивающей среды, регистрацию рассеянного аэрозолем света фотоприемником, расположенным под углом θ по отношению к источнику излучения и определение массовой концентрации аэрозоля на основе коэффициента связи между сигналом рассеянного света и массовой концентрацией аэрозоля. Этот способ реализован в таких серийно выпускаемых приборах, как Аэрокон-П (λ = 0,67 мкм θ = 45°), Аэрокон-С (λ = 0,67 мкм θ = 20°), ΚΑΝΟΜΑΧ 3431 (λ = 0,78 мкм θ = 70°), ТМ-4а1а (λ = 0,88 мкм θ = 70°) и т.п. Недостатком способа является влияние на результат измерения физико-химических свойств аэрозолей, что требует калибровки прибора на конкретный тип аэрозолей или ввода опытных поправочных коэффициентов. Это снижает удобство работы и увеличивает погрешность измерений. Кроме того, данный способ не позволяет различать фракции аэрозоля РМ]. РМ₂.₅, РМ₁₀и РМ>ю, в силу принципиальной невозможности разделения их вкладов в регистрируемый сигнал.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ определения массовой концентрации аэрозоля, включающий посылку светового излучения в исследуемый объем среды, регистрацию коэффициента светорассеяния β(θ) под углом θ = 45° на длине волны 0,52 мкм и определение полной массовой концентрации аэрозоля М на основе коэффициента связи между М и β(θ) [4]. Недостатком способа является влияние на результат измерений физико-химических свойств аэрозоля, поскольку значение коэффициента связи не является строго детерминированным, а может изменяться в широких пределах в зависимости от микроструктуры и комплексного показателя преломления аэрозоля. В связи с этим точность и достоверность результатов измерений при использовании данного способа определяется главным образом стабильностью свойств частиц аэрозоля. Кроме того, длина волны зондирующего света и угол регистрации аэрозольного светорассеяния, используемые в данном способе, определяют максимальную чувствительность результатов измерений к массовой концентрации субмикронного аэрозоля [5-7]. Это накладывает принципиальные ограничения на применение данного способа для измерения концентрации мелких и крупных частиц аэрозоля (РМ_Ь РМ₁₀ и РМ>₁₀), поскольку в измерительном сигнале преобладает вклад фракции РМ₂.₅.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи повышения точности определения концентрации аэрозоля и расширение функциональных возможностей способа за счет определения массовой

- 1 026528 концентрации аэрозоля в широком диапазоне его физико-химических свойств с разделением на фракции РМ_Ь РМ₂.₅, РМ₁₀ и РМ>1₀.

Для решения поставленной задачи в способе определения массовой концентрации аэрозоля путем посылки светового излучения в исследуемый объем среды, регистрации коэффициента направленного светорассеяния и определения массовой концентрации аэрозоля на основе ее связи с коэффициентом направленного светорассеяния в исследуемый объем среды последовательно посылают световое излучения на длинах волн λ = 0,355 мкм и λ₂ = 2,14 мкм или λ₁ = 0,532 мкм и λ₂ = 1,064 мкм, определяют коэффициенты направленного светорассеяния для углов θ₁ = 5° и θ₂ = 15° или θ₁ = 5°, θ₂ = 20°, а массовые концентрации аэрозольных частиц с размерами <1, <2,5, <10 и >10 мкм определяют на основе регрессионных соотношений между данными концентрациями и регистрируемыми коэффициентами направленного светорассеяния.

Сущность данного изобретения поясняется с помощью фиг. 1-6.

На фиг. 1 представлены зависимости коэффициентов корреляции между аэрозольным коэффициентом направленного рассеяния β(λ, θ) и массовой концентрацией РМ₁ от угла рассеяния θ, соответствующие λ = 0,355 (1); 0,532 (2); 1,064 мкм (3);

на фиг. 2 представлены зависимости коэффициентов корреляции между аэрозольным коэффициентом направленного рассеяния β(λ, θ) и массовой концентрацией РМ>₁₀ от угла рассеяния θ, соответствующие λ = 1,064 (7); 1,56 (2); 2,14 мкм (3);

на фиг. 3-6 представлены результаты замкнутых численных экспериментов по восстановлению РМ₁, РМ₂.₅, РМ₁₀ и РМ>₁₀ из коэффициентов β(λ, θ) при наложении на β(λ, θ) случайных возмущений в пределах 10%.

Хорошо известно, что вклады частиц разных размеров в суммарную интенсивность рассеянного ими света различаются в зависимости от угла рассеяния θ. Крупные частицы определяют рассеяние под малыми углами (θ < 5°), тогда как в боковом рассеянии (θ = 15-45°) преобладает вклад более мелких частиц. Поэтому, регистрируя свет, рассеянный под разными углами, можно выполнять анализ фракционного состава аэрозоля. Кроме того, точность анализа может быть повышена за счет оптимального выбора длины волны света, поскольку наибольшая эффективность рассеяния света соответствует частицам, размер которых близок к длине волны падающего на них излучения.

В связи с вышесказанным для определения концентраций аэрозольных фракций предлагается использовать следующую схему измерений. В измерительный объем последовательно посылается излучение с длинами волн λ₁ <0,55 и λ₂ >1,0 мкм, информативными относительно мелкодисперсных и грубодисперсных аэрозольных фракций соответственно. Рассеянный свет улавливается фотоэлементами, установленными под углами θι <5° и 15°<θ₂<45° к падающему лучу. По детектируемым сигналам определяются коэффициенты аэрозольного светорассеяния β(λ₁, θ^), где ί = 1, 2 и _) = 1, 2. Массовые концентрации РМ!, РМ₂.₅, РМ₁₀ и РМ>₁₀ рассчитываются путем решения обратной задачи по интерпретации коэффициентов β(λ₁, θ_ί).

В данном случае коэффициенты β(λ₁, 0^,) содержат как спектральную, так и пространственную составляющие информации и не допускают простой одномерной интерпретации, поэтому для удобства их анализа необходимо получить более однородную структуру данных. Значения 1ηβ(λ₁, θ^) можно рассматривать как компоненты вектора измерений Ь. Разложим Ь по системе собственных векторов ν_η (η = 1, ..., 4) его ковариационной матрицы, образующих ортогональный базис. Коэффициенты этого разложения ξ_η (линейно-независимые компоненты) любой случайной реализации Ь находятся по формуле _ ξ„ = ν„-(5-Β), (1) где ·> - средний вектор измерений с компонентами

Для определения массовых концентраций РМ!, РМ₂.₅, РМ₁₀ и РМ>₁₀ можно использовать полиномиальные регрессии вида ^{4 К} I·

1ηΡΜ_Ύ=α_00Λ + 22α„_4ιΑ.·(ξ„) , (2) я=1 А=1 где К - степень полинома; а^х и а_пк,_х - коэффициенты регрессии, получаемые на основе обучающего ансамбля случайных реализаций РМ_х и β(λ₁, θ^).

Набор обучающих данных, необходимый для нахождения векторов ν_η, Ь и коэффициентов регрессии (2), сформирован на основе модели городского (или индустриального) аэрозоля, принятой Всемирной метеорологической организацией (\УМО) [8]. В рассматриваемой модели форма частиц аэрозоля предполагается сферической, а их внутренняя структура - однородной. Это с одной стороны связано с известными трудностями решения задач дифракции электромагнитного излучения на неоднородных и несферических частицах и ограниченной областью применимости получаемых решений. С другой стороны, как будет показано ниже, для определения концентраций рассматриваемых фракций аэрозоля вполне можно ограничиться измерениями интенсивности рассеянного света в области углов θ < 20°, в

- 2 026528 которой индикатриса аэрозольного светорассеяния слабо зависит от структуры и формы рассеивающих частиц [9].

Согласно модели \УМО [8], индустриальный аэрозоль состоит из трех компонент: сажевой (1), водорастворимой (2) и пылевой (3). Каждой компоненте соответствует своя функция распределения объемов частиц по размерам

где индекс £ соответствует различным компонентам аэрозоля; х - диаметр частицы; бУ_£ - доля объема частиц £-й компоненты в диапазоне размеров [1пх, 1пх + б1пх]; х_£ и σ_£ - медианный диаметр и параметр полуширины для каждой моды соответственно; А_£ - нормировочная константа, выбираемая из условия

М - суммарная массовая концентрация всех компонент аэрозоля, μ_£- относительная массовая концентрация частиц £-й компоненты, [х_£, _тш, х_£, _тах] - диапазон размеров частиц £-й компоненты, у_а - средняя плотность аэрозольного вещества, принятая в расчетах равной 1,0 г/см³. Диапазоны вариаций параметров μ£, х_£ и σ_£, принятые в соответствии с результатами работы [10], приведены в табл. 1.

Таблица 1. Диапазоны вариаций микрофизических параметров городского аэрозоля и границы спектра размеров частиц аэрозольных фракций

г	мкм		μ<	Χ/Ιη,ϊη, МКМ	У, тахэ МКМ
1	0,042-0,066	1,8	1	0,002	0,4
2	0,48-0,84	1,61-2,09	μ,(1-Ю)	0,02	5,0
3	12-36	2,5-3,7	μ2(0,1-200)	0,02	30

Параметры х_£ и σ_£ всех компонент аэрозоля варьировались независимо друг от друга. Варьирование концентраций μ_£ выполнялось в следующей последовательности: (μ_£ = 1, μ₂ = μ_£(1-10), 1ημ₃ = 1η(0,1μ₂)1η(200μ₂). Для массовой концентрации аэрозоля М используется диапазон 1-800 мкг/см³, соответствующий широкому диапазону загрязненности воздуха (от фонового уровня до экстремально запыленного). Следует отметить, что диапазон вариаций М не имеет особого значения, поскольку данный параметр линейно входит во все расчетные формулы.

Спектры комплексных показателей преломления (КПП) для компонент индустриального аэрозоля в модели \УМО полагаются фиксированными. Однако для сажевых и пылевых частиц в литературе имеется несколько различных спектральных зависимостей КПП [8, 11-15]. Спектр КПП водорастворимых частиц также может изменяться в зависимости от влажности воздуха. В связи с этим спектры КПП сажевых и пылевых частиц (£= 1 и 3 соответственно) моделировались как линейные комбинации ^тУ =Σρ>”ί,№ ПУ ’ ί { ΐ где ^т>* - КПП вещества частиц из литературных источников [8, 11-15], р₁ - весовые коэффициенты, варьируемые в диапазоне 0-1. КПП водорастворимых частиц т₂(Х) рассчитывался с учетом объемной доли воды (те = 0-1) в их составе, как тет^А) + т^₈(Х)(1 - те), где т„₈ - КПП водорастворимых частиц, соответствующий модели \УМО, т_те - КПП воды.

При заданных спектрах и параметрах функции распределения (3) полидисперсный коэффициент аэрозольного светорассеяния рассчитывается по известным формулам Ми. Массовые концентрации РМ_Х аэрозольных фракций, рассчитываются путем интегрирования функций (3) с учетом ограничений по верхнему размеру частиц

РМ

-τ.Σ ί у

ί/Ιηχ

-<Ппх.

На основе описанной выше модели сформирован ансамбль из 10 случайных реализаций РМ_Х и β(λ, θ), где θ = 1-180°, λ = 0,355; 0,532; 1,064; 1,25: 1,56; 1,67 и 2,14 мкм. Выбранный набор длин волн обусловлен необходимостью проведения нефелометрических измерений аэрозоля в окнах прозрачности атмосферы, соответствующих минимальному поглощению света газовыми составляющими атмосферы [17]. Кроме того, значения λ = 0,355; 0,532; 1,064 мкм соответствуют коммерчески доступным и высокоэффективным лазерным источникам излучения.

С целью оптимизации измерений аэрозольного светорассеяния рассмотрим корреляции между РМ_Х и β(λ, θ). Анализ спектрально-угловой зависимости коэффициента парной корреляции ρ₁(λ, θ) между массовой концентрацией мелкодисперсных частиц РМ_£ и β(λ, θ), представленной на фиг. 1, показывает, что ρ1(λ, ) возрастает с уменьшением λ, причем угол θ, соответствующий максимуму ρ1(λ, θ), составляет 15° при - 0,355 мкм, 20° при λ = 0,532 мкм и 40° при λ = 1,064 мкм. Аналогичный коэффициент корреляции ρ>₁₀(λ, θ) для грубодисперсных частиц (РМ>₁₀), как видно из фиг. 2, напротив быстро убывает с

- 3 026528 уменьшением λ, причем значения θ, соответствующие наибольшей корреляции между РМ>₁₀ и ρ(λ, θ), при этом локализуются во все более узкой области углов вблизи θ = 0°. Такое качественное поведение коэффициентов ρ₁(λ, θ) и ρ>₁₀(λ, θ) является вполне предсказуемым и объясняется зависимостью ξ(λ, θ) от параметра δ = πχ /λ и увеличением вытянутости вперед индикатрисы рассеяния частиц с ростом δ. При этом следует иметь в виду, что углы рассеяния менее 5° не представляют практического интереса по причине технической сложности регистрации рассеянного излучения, а также в связи с существенным влиянием дифракции на оптических элементах излучателя. Однако, как следует из фиг. 2, повысить точность определения РМ>₁₀ по измерениям аэрозольного светорассеяния в области приемлемых для практики углов можно путем увеличения длины волны зондирующего излучения. Так, при увеличении λ с 1,064 до 2,14 мкм коэффициенты корреляции между РМ>₁₀ и β(λ, 5°) увеличивается от 0,80 до 0,97.

Таким образом, для одновременного определения концентраций мелкодисперсных и грубодисперсных частиц аэрозоля необходимо проводить измерения аэрозольного светорассеяния под углами θ₁ = 5^о и 0₂=15°на длинах волн λ₁ = 0,355 мкм и λ₂ = 2,14 мкм, поскольку коэффициенты β(λ₁, θ₂) и β(λ₂, θ₁) практически однозначно связаны с концентрациями РМ₁ и РМ>₁₀. В тоже время коэффициенты β(λ₁, θ₁) и β(λ₂, θ₂) тесно коррелируют с массовыми концентрациями других фракций аэрозоля, а именно с РМ_1-2,₅ = РМ₂.₅-РМ₁ и РМ₂,_5-10 = РМ₁₀-РМ₂.₅. Результаты расчетов коэффициентов корреляции ρ_1-2.₅(λ, θ) и ρ₂._5-10(λ, θ), отвечающих этим фракциям, показывают, что максимумы ρ_1-2.₅ и ρ₂._5-10 примерно соответствуют вышеуказанным значениям λ, и θ_^.При этом очевидно, что совместная обработка всех четырех коэффициентов β(λ, θβ по формулам (1) и (2) позволит повысить точность определения концентрации каждой фракции по сравнению с использованием парных корреляций. Векторы ν„. 1>и коэффициенты регрессии (2), отвечающие оптимальной схеме нефелометрического измерителя РМ_Х, приведены в табл. 2 и 3 (для размерностей величин РМ_Х и β, равных соответственно [мкг/м³] и [км^-1 ср^-1]).

Таблица 2. Средние значения и собственные векторы ковариационной матрицы 1ηβ(λ, θ)

λ, мкм	0	Ιηβ(λ,θ)	VI	ν2	ν3	ν4
0,355	5°	-2,3420	0,5145	-0,3677	-0,4636	0,6206
15°	-3,5399	0,4840	-0,6111	0,4742	-0,4091
2,14	5°	-3,5678	0,4887	0,5801	0,5501	0,3494
15°	-4,9681	0,5120	0,3936	-0,5075	-0,5704

Таблица 3. Коэффициенты а_пк, _Х уравнений регрессии (2)

η, к	X, мкм
Ι,ο	2,5	10	>10
0,0	1,4155	1,9910	2,6219	2,2536
1, 1	0,4790	0,5133	0,5051	0,4657
1,2	0,0000	-0,0002	-0,0002	0,0005
1,3	-0,0002	-0,0001	-0,0001	0,0000
2, 1	-0,6672	-0,5072	0,0089	0,6720
2,2	-0,0099	-0,0366	0,0988	0,0141
2,3	-0,0033	-0,0062	0,0007	0,0024
3, 1	0,6164	-0,3890	-0,0825	1,6109
3,2	-0,0125	0,2876	0,0981	-0,2215
3,3	0,4131	0,0348	0,0729	-0,0783
4, 1	-1,2784	0,1001	-0,1774	1,4384
4, 2	-1,0618	-0,2407	-0,2002	-2,0067
4,3	3,8264	2,9235	2,1516	8,4568

Погрешности определения РМ_Х предлагаемым способом оценивались на основе тестового ансамбля реализаций РМ_Х и β(λ, полученного путем наложения на коэффициенты β(λ, θβ из обучающего ансамбля случайных отклонений в пределах δβ. Для каждой реализации β(λ, θβ из тестового ансамбля проводилось восстановление РМ_Х по формулам (1) и (2). Восстановленные значения массовых концентраций РМ _Х сравнивались с их точными значениями, соответствующими обращаемым коэффициентам β(λ,, θ_ί). После перебора всех реализаций вычислялись абсолютная (АРМ_Х) и относительная (δ РМ_Х) погрешности восстановления РМ_Х, а также коэффициент корреляции между заданными и восстановленными значениями РМ_Хф _Х). Значения РМ _Х, полученные по формулам (1) и (2) при δβ = 10% в зависимости от соответствующих известных значений РМ_Х представлены на фиг. 3-6. Эти результаты дают наглядное представление о точности определения РМХ предлагаемым методом в условиях общей вариативности микрофизических параметров городского аэрозоля. Количественные оценки точности восстановления РМ_Х при δβ = 0 и 10% представлены в табл. 4. Видно, что данные, получаемые на основе рассматриваемых оптических измерений, обладают высокой информативностью относительно всех экологически значимых фракций аэрозоля, а решение обратной задачи по формулам (1) и (2) является устойчивым к погрешностям оптических измерений.

- 4 026528

Таблица 4. Оценки точности определения РМ_Х, соответствующие схеме нефелометрических измерений с λ! = 0,355 мкм, λ₂ = 2,14 мкм, 0! = 5° и θ₂ = 15°, при погрешностях измерения β(λ₁, 0.,), равных δβ

Л, мкм	δβ, %	р'л·	ΔΡΜΛ, мкг/м3	йрм.ь %
1 А	0	0,9883	4,13	10,8
ι	10	0,9823	4,98	13,3
2,5	0	0,9919	4,34	7,9
10	0,9914	4,66	9,2
1 А	0	0,9947	4,58	5,3
ιυ	10	0,9940	5,13	6,1
-^.1 η	0	0,9965	2,96	7,6
-ни	10	0,9835	6,59	14,7

Следует отметить, что в рассмотренной выше схеме нефелометрических измерений РМ_Х в условиях слабозамутненной атмосферы в оптическом сигнале, детектируемом на λ₁ = 0,355 мкм будет проявляться вклад молекулярного рассеяния. В принципе, учет данного обстоятельства не представляет значительных сложностей, однако требует использования дополнительной априорной информации о температуре и давлении воздуха в месте измерений. Во-вторых, в настоящее время эффективные лазерные источники излучения с λ₂ = 2,14 мкм являются дорогостоящими и в странах СНГ их производство не освоено. Большое количество научных работ, посвященных разработке источников лазерного излучения в ИК области спектра с приемлемыми для практики характеристиками, позволяет надеяться на появление в ближайшем времени серийно выпускаемых источников такого рода как в РФ, так и РБ. Однако для того чтобы предлагаемый способ определения РМ_Х можно было уже сейчас использовать на практике, следует рассмотреть возможность его реализации на основе серийно выпускаемой элементной базы, а именно, ΝΦΥΑΟ-лазера (λ₁ = 0,355 мкм; λ₂ = 0,532 мкм и λ₃ = 1,064 мкм), широко используемого в системах лазерной локации загрязнений атмосферы. Учтем также, что влияние молекулярного рассеяния на детектируемые сигналы можно существенно ослабить сдвигом λ1 в сторону больших длин волн (по закону Релея коэффициент молекулярного рассеяния убывает с увеличением λ как λ^-4).

Рассмотрим схему нефелометрических измерений, в которой исследуемый объем воздуха освещается излучением с λ₁ = 0,532 мкм и λ₂ = 1,064 мкм, а рассеянное излучение регистрируется под углами θ_! = 5° и θ₂ = 20° по отношению к зондирующему лучу. Угол θ₂ = 20° соответствует максимальной корреляции между ΡΜι и β(λ, θ) при λ= 0,532 мкм (фиг. 1). Исходя из аналогичной корреляции для РМ>₁₀, угол θ1 следовало бы уменьшить по сравнению с рассмотренным выше случаем, однако, как уже отмечалось, это сопряжено с рядом сложностей технического характера. Оценки точности определения РМ_Х с использованием рассматриваемой схемы измерений, полученные на основании замкнутых численных экспериментов по восстановлению РМ_Х из β(λ₁, θβ, представлены в табл. 5. Видно, что результаты восстановления РМ!, РМ₂.₅ и РМ₁₀ практически не отличаются от аналогичных результатов для оптимальной схемы нефелометрических измерений. Однако точность восстановления РМ_>10 для оптимальных измерений несколько выше.

Таблица 5. Оценки точности определения РМ_Х, соответствующие схеме нефелометрических измерений с λ! = 0,532 мкм, λ₂ = 1,064 мкм, θ! = 5° и θ₂ = 20°

X, МКМ	δβ, %	Рх	АРМу, мкг/м3	δΡΜΎ, %
1,0	0	0,9825	4,86	12,4
10	0,9768	5,75	15,0
	0	0,9888	5,08	9,0
2,3	10	0,9850	5,94	11,0
1 А	0	0,9930	4,96	5,4
	10	0,9918	6,07	7,3
->1 А	0	0,9679	8,83	23,2
-ни	10	0,9414	12,8	31,5

Таким образом, предлагаемый способ является устойчивым к вариациям микроструктуры и комплексного показателя преломления аэрозоля, повышает точность и расширяет функциональные возможности известных способов за счет возможности определения массовой концентрации аэрозоля с разделением на фракции РМ_!, РМ₂.₅, РМ_!0 и РМ>_!0. Способ удовлетворяет современным потребностям санитарно-гигиенических и эпидемиологических служб, а использование в нем ΝΦΥΑΟ-лазера позволяет уже в настоящее время построить автоматизированную сеть непрерывного мониторинга загрязнений городского воздуха с выходом всех данных на центральный пульт управления или в Интернет.

Источники информации, принятые во внимание.

1. В.Е. Зуев, В.В. Кауль, И.В. Самохвалов. Лазерное зондирование индустриальных аэрозолей. Новосибирск: Наука, 1986. С. 94-129.

2. Манойлов В.Е., Неделин П.Н., Лукичев А.Н. и др. Приборы контроля окружающей среды. Москва: Атомиздат, 1980. С. 103 - 106.

3. \Уогкр1асе аето8о1 такк сопсейтайои теакигетеи! иктд ορίίοαΐ раЫс1е соийетк. / Р. Обтиет [е!. а1.]

- 5 026528 // I. ΕπνίΓοπ. Μοηιί. 2012. V. 14, N. 2. Ρ. 420-428.

4. Аникин П.П., Исаков А.А., Кадыгров Е.Н., Миллер Е.А. О волновом характере вариаций массовой концентрации аэрозоля и температуры воздуха. // Тезисы докладов VII Междунар. конференции Естественные и антропогенные аэрозоли, 2010, СПб.: СПбГУ, физический факультет. С. 3.

5. Сотрапзоп οί Ыаск сатЬоп соп!еп1, аегозо1 орЬса1 апб т1сгорЕуз1са1 сЬатас!епзЬсз ιη Мозсо\ апб !Ье Мозсо\\· тедюп. / М.А. 8ν^^^беηкον [е1. а1.] // Е1£!ееп£Ь АРМ 8с1епсе Теат МееЬпд Ртосеебтдз, МагсЬ 14-18, 2005 / Иау!опа ВесЬ, Е1опба, 2005. Р. 140-147.

6. ОрЬса1 сЬатас!епзЬсз о£ а!тозрЬепс аегозо1з / А.Р. Ааддопез [е1. а1.] // А1т. Етаготепк 1981.ν. 15.

N. 10/11. Р. 1891-1909.

7. ОрЬса1 рторегЪез о£ а!тозрЬепс аегозо1з оЫатеб Ьу т зПи апб гето!е теазигетеп!з билпд 2006 Сатра1дп о£ ан циаЬ!у гезеагсЬ т Веутд. / I. 1ипд [е£ а1.] //I. СеорЬуз. Рез. 2009. V. 114. Ώ00Θ02, бот 10.1029/2008ΙΏ010337.

8. Аог1б Ме1еото1од1са1 Огдаш/аНоп. Аог1б СНта1е РезеагсЬ Ргодгатте: А ргеЬттагу с1оиб1езз з!апбагб а!тозрЬеге £ог таб1а!юп сотри!а!юп. Θеηеνа: 8\И/ег1апб, Рерог! ^СР-112, А\1О П)-24. 1986. Р. 3 - 60.

9. \'е1Не1тапп В., Копег! М., νаη бег 2апбе ^.1 81/е б1з!пЬи!юп о£ ттета1 аегозо1: изтд ЬдЬ!зса!!егтд тобе1з т 1азег рагЪс1е з1/тд Арр1. Ор!. 2006. V. 45. N. 23. Р. 6022-6029.

10. РесиПапИез т зрес!га1 ЬеПауюг о£ ориса1 сЬагас!елз!1сз о£ игЬап аегозо1з Ьу 1азег зепзтд ба!а апб тобе1 езЬтаЬопз. / V.V. Вагип [е!. а1.] // Ргос. 8Р1Е. 1999. V. 3983. Р. 279-289.

11. Пришивалко А.П., Бабенко В.А., Кузьмин В.Н. Рассеяние и поглощение света неоднородными и анизатропными сферическими частицами. Минск: Наука и техника, 1984. С. 11-15.

12. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат., 1986. Т.2. С. 77 102.

13. Ивлев Л.С., Довгалюк Ю.А. Физика атмосферных аэрозольных систем. Спб.:НИИХ СпбГУ, 1999. С. 129-150.

14. Креков Г.М., Звенигородский С.Г. Оптическая модель средней атмосферы. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. С. 187.

15. ТЬе ΗIТРАN то1еси1аг зрес!тозсор1с ба!аЬазе апб Ьа\кз (Нйтап А!тозрЬелс А'огкзЮИоп): 1996 ΕΠΙΈΏΝ / Ь.8. Ро!Ьтап [е!. а1.] // I. (Пианк 8рес1гозс. Раб1а!. Тгапз£ег, 1998. V. 60. N. 5. Р. 665-710.

16. Лысенко С.А., Кугейко М.М. Восстановление массовой концентрации пыли в промышленных выбросах из результатов оптического зондирования. // Опт. атмосф. и океана. 2011. Т. 24. № 11. С. 960-968.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Способ определения массовой концентрации аэрозоля путем посылки светового излучения в исследуемый объем среды, регистрации коэффициентов направленного рассеяния света и определения массовой концентрации аэрозоля на основе ее связи с коэффициентом направленного рассеяния света, отличающийся тем, что в исследуемый объем среды последовательно посылают световое излучения на длинах волн λ₁ = 0,355 мкм и λ₂ = 2,14 мкм или на длинах волн λ₁ = 0,532 мкм и λ₂ = 1,064 мкм, определяют коэффициенты направленного рассеяния света соответственно для углов θ₁ = 5° и θ₂ = 15°или θ₁ = 5° и θ₂ = 20°, а массовые концентрации аэрозольных частиц с размерами <1, <2,5, <10 и > 10 мкм определяют на основе регрессионных соотношений между данными концентрациями и регистрируемыми коэффициентами направленного рассеяния света.