RU2555353C1 - Device to determine spectrum of size of suspended nanoparticles - Google Patents

Device to determine spectrum of size of suspended nanoparticles Download PDF

Info

Publication number
RU2555353C1
RU2555353C1 RU2014108452/15A RU2014108452A RU2555353C1 RU 2555353 C1 RU2555353 C1 RU 2555353C1 RU 2014108452/15 A RU2014108452/15 A RU 2014108452/15A RU 2014108452 A RU2014108452 A RU 2014108452A RU 2555353 C1 RU2555353 C1 RU 2555353C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
size
particles
images
growth
spectrum
Prior art date
Application number
RU2014108452/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Семенов
Юрий Борисович Ханжонков
Юрий Георгиевич Асцатуров
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту)
Priority to RU2014108452/15A priority Critical patent/RU2555353C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2555353C1 publication Critical patent/RU2555353C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: device is used to determine spectrum of size of suspended particles in gases, comprising the following components installed along the analysed gas flow: an inlet nozzle with supply channels; diffusion batteries of meshed type for passage of aerosol particles of certain size; an aggregating device of condenser growth; a counting volume; a vacuum pump; temperature sensors, a heater, a cooler and a microcontroller for control of heating and cooling processes in the aggregating device of condenser growth; an optical system comprising a pulse source of radiation, a lighter and lenses for focusing of optical radiation in the field of counting volume of particle flow and generation of images on a CCD array; an analogue-digital converter and a PC for control of the microcontroller of thermostatting, the vacuum pump and processing of six images of aggregated particles for analysis of the spectrum of their size. The device makes it possible to process simultaneously six images of aggregated particles on a PC, which characterise various size ranges of nanoparticles.
EFFECT: invention makes it possible to reduce time of measurements and to increase their accuracy.
3 dwg

Description

Изобретение относится к аналитическим измерительным системам, связанным с определением микропримесей, в первую очередь аэрозольных и наночастиц, в различных газах и их смесях, в том числе в воздушной атмосфере. Оно может найти применение во многих областях науки и техники, в частности при решении различного рода экологических задач, в создании сверхчистых производственных помещений, при контроле дисперсной фазы для адресной доставки лекарственных средств в органы дыхания.The invention relates to analytical measuring systems associated with the determination of microimpurities, primarily aerosol and nanoparticles, in various gases and their mixtures, including in the air. It can find application in many fields of science and technology, in particular in solving various environmental problems, in creating ultra-clean production facilities, in controlling the dispersed phase for targeted delivery of drugs to the respiratory system.

Известно устройство анализа изображений частиц (Пат. US 2007 0273878 А1, G01N 21/00 от 29.11.2007), содержащее: осветительный блок, блок для захвата изображения и блок обработки изображения. Работа устройства заключается в освещении частиц, захвате полученного изображения и обработке полученных изображений с помощью порогового устройства для анализа извлеченных частиц и получения их морфологических особенностей.A device for analyzing particle images is known (US Pat. US 2007 0273878 A1, G01N 21/00 of November 29, 2007), comprising: a lighting unit, an image capturing unit and an image processing unit. The operation of the device is to illuminate the particles, capture the obtained image and process the obtained images using a threshold device for analyzing the extracted particles and obtaining their morphological features.

Недостаток данного устройства состоит в том, что оно не позволяет проводить измерения наночастиц.The disadvantage of this device is that it does not allow measurements of nanoparticles.

Известен способ исследования микрообъектов (Пат. RU 2154815, G01N 15/02 от 20.05.1998). который состоит в том, что исследуемые микрообъекты облучают пучком излучения, максимальный линейный размер объема когерентности которого в зоне облучения микрообъектов не превышает 30% от среднего расстояния между частицами в пространстве. С помощью оптической системы формируют изображения исследуемых микрообъектов и после считывания измеряют их геометрические параметры на уровне сигнала, зависящем от когерентности освещения и апертурного угла оптической системы формирования изображения.A known method for the study of microobjects (Pat. RU 2154815, G01N 15/02 from 05.20.1998). which consists in the fact that the investigated microobjects are irradiated with a radiation beam, the maximum linear size of the coherence volume of which in the irradiation zone of microobjects does not exceed 30% of the average distance between particles in space. Using an optical system, images of the studied microobjects are formed and, after reading, their geometric parameters are measured at the signal level, which depends on the coherence of the illumination and the aperture angle of the optical imaging system.

Недостаток данного способа состоит в том. что данным способом не возможно определить размеры частиц нано-метрового диапазона.The disadvantage of this method is that. that this method is not possible to determine the particle size of the nanometer range.

В основе методов измерения концентрации дисперсного состава аэрозольных частиц наноразмеров лежит укрупнение частиц за счет их конденсационного роста в среде пересыщенного пара (например, водяного) и измерение концентрации и размеров выросших капель с помощью обычных оптико-электронных методов.The methods for measuring the concentration of the dispersed composition of aerosol particles of nanosize are based on the enlargement of particles due to their condensation growth in a medium of supersaturated vapor (for example, water) and measurement of the concentration and size of grown droplets using conventional optical-electronic methods.

Процесс конденсации пара на взвешенных в газовой смеси частицах веществ (ядра конденсации) и образования тумана начинается при достижении определенного пересыщения:The process of vapor condensation on particles of substances suspended in a gas mixture (condensation core) and fog formation begins when a certain supersaturation is reached:

S=(p/p0)-l,S = (p / p 0 ) -l,

где р0 - давление насыщенного пара над плоской поверхностью конденсата; p - давление пара над каплей. В состоянии термодинамического равновесия между каплей и газовой средой р определяют как давление пара в газовой смеси.where p 0 is the saturated vapor pressure above the flat surface of the condensate; p is the vapor pressure above the drop. In a state of thermodynamic equilibrium between a drop and a gaseous medium, p is defined as the vapor pressure in the gas mixture.

При достаточно больших пересыщениях связь радиуса капли r и действующего пересыщения S выражается уравнением Кельвина с поправкой Томсона на электрический заряд ядра:For sufficiently large supersaturations, the relation between the drop radius r and the effective supersaturation S is expressed by the Kelvin equation with Thomson correction for the electric charge of the nucleus:

Figure 00000001
Figure 00000001

где σ и ρж - поверхностное натяжение и плотность конденсата; k - постоянная Больцмана; Т - температура газа; m - масса молекулы пара; е - электрический заряд.where σ and ρ W - surface tension and density of the condensate; k is the Boltzmann constant; T is the gas temperature; m is the mass of the vapor molecule; e is an electric charge.

Пользуясь формулой (1), нетрудно оценить, какое пересыщение необходимо создать, чтобы капли выросли до граничного размера, который способен зафиксировать оптический прибор.Using formula (1), it is easy to estimate what supersaturation is necessary to create so that the droplets grow to the boundary size that the optical device can fix.

При достаточно больших пересыщениях (S>3) водяного пара в воздухе центрами конденсации могут быть легкие аэроионы (r<10-7 см, е=1,6·10-19 Кл). Все ядра, начиная от r<0.1 мкм вплоть до размеров ионов, называют в литературе ядрами Айткена.With sufficiently large supersaturations (S> 3) of water vapor in the air, light air ions (r <10 -7 cm, e = 1.6 · 10 -19 C) can be the centers of condensation. All nuclei, starting from r <0.1 μm up to the size of ions, are called Aitken nuclei in the literature.

Частицы, проявляющиеся при малых пересыщениях S<0,1 в воздухе, называют облачными ядрами конденсации, т.е. ядрами, на которых образуются капли облаков и туманов.Particles that appear at small supersaturations S <0.1 in air are called cloud condensation nuclei, i.e. nuclei on which droplets of clouds and fogs form.

Первая конструкция счетчиков ядер конденсации описана в 1888 г. Айткеном и затем усовершенствована Шольцем в 1932 г. В этих приборах выросшие в пересыщенном водяным паром воздухе капельки сосчитываются визуально после их седиментации на стеклянной подложке (Беляев С.П., Никифорова Н.К., Смирнов В.В. и др. "Оптико-электронные методы изучения аэрозолей", М.: Энергоиздат, 1981, с.102).The first design of condensation nucleus counters was described in 1888 by Aitken and then improved by Scholz in 1932. In these devices, droplets grown in air saturated with water vapor are counted visually after they are sedimented on a glass substrate (Belyaev S.P., Nikiforova N.K., Smirnov V.V. et al. "Optoelectronic Methods for Studying Aerosols", Moscow: Energoizdat, 1981, p. 102).

Недостатком первых конструкций счетчиков ядер конденсации является отсутствие автоматического контроля.The disadvantage of the first designs of condensation core counters is the lack of automatic control.

Известен способ анализа примесей в газах, основанный на образовании аэрозольных частиц на отдельных молекулах (А.С. 188132, G01N 15/00 от 23.06.1961). На первом этапе для укрупнения самых мелких ядер в газ вводят пересыщенный пар какого-либо весьма малолетучего вещества, например диоктилсебацината. На втором этапе, добавляя при комнатной температуре перенасыщенные пары более летучего вещества, например диизобутилфталата, превращают растущие ядра конденсации в частицы достаточного устойчивого монодисперсного аэрозоля, удобного для нефелометрических или ультрамикроскопических измерений.A known method for the analysis of impurities in gases, based on the formation of aerosol particles on individual molecules (AS 188132, G01N 15/00 from 06/23/1961). At the first stage, to enlarge the smallest nuclei, supersaturated steam of some very non-volatile substance, for example dioctylsebacinate, is introduced into the gas. At the second stage, adding supersaturated vapors of a more volatile substance, for example, diisobutyl phthalate, at room temperature, transform the growing condensation nuclei into particles of a sufficiently stable monodisperse aerosol suitable for nephelometric or ultramicroscopic measurements.

Недостатки данного способа заключаются в его эксплуатационных неудобствах. В нем считалось обязательным последовательное воздействие пересыщенного пара сначала проявляющего вещества, потом укрупняющего. Соответственно требуются два однотипных устройства. В первом устройстве вспомогательный малый поток газа контактирует с нагретым веществом проявителя и смешивается с основным потоком газа комнатной температуры, содержащим ядра конденсации. Во втором устройстве другой вспомогательный малый поток контактирует с нагретым веществом укрупнителя и смешивается с основным потоком, поступающим из первого устройства с образованными в нем частицами ультрадисперсного аэрозоля укрупнителя.The disadvantages of this method are its operational inconvenience. In it, the sequential effect of a supersaturated steam, first showing the substance, then enlarging, was considered obligatory. Accordingly, two devices of the same type are required. In the first device, an auxiliary small gas stream is contacted with a heated developer substance and mixed with a main room-temperature gas stream containing condensation nuclei. In the second device, another auxiliary small stream is in contact with the heated substance of the enlarger and mixed with the main stream coming from the first device with the particles of ultrafine aerosol of the enlarger formed in it.

Другой эксплуатационный недостаток способа заключается в том, что насыщенные пары во вспомогательных потоках, соприкасаясь с диафрагмой смесителей, частично конденсируются на ней и окисляются на воздухе. Окисленный конденсат представляет собой вязкое, а иногда твердое вещество, которое постепенно забивает отверстие диафрагмы, изменяя режим работы способа.Another operational disadvantage of this method is that saturated vapors in auxiliary flows, in contact with the diaphragm of the mixers, partially condense on it and oxidize in air. The oxidized condensate is a viscous and sometimes solid substance that gradually clogs the aperture, changing the mode of operation of the method.

Для устранения указанных недостатков известны различные способы и устройства образования молекулярных ядер конденсации (МоЯК).To eliminate these drawbacks, various methods and devices for the formation of molecular condensation nuclei (MOX) are known.

Устройство для создания дозированного пересыщения пара веществ в потоке газа (А.С. 1741105 G05D 11/00, B01F 3/02, B01F 15/04 от 15.06.1992), которое содержит соединенные с помощью металлической капиллярной трубки испарительную и смесительную части. В корпусе испарительной части имеется электронагреватель и гильза с носителем испаряемого вещества, предназначенные для насыщения малого потока газа паром вещества при повышенной температуре. Смесительная часть состоит из трубки с соплом для основного разбавляющего потока с ядрами конденсации.A device for creating a metered supersaturation of a vapor of substances in a gas stream (A.S. 1741105 G05D 11/00, B01F 3/02, B01F 15/04 of 06/15/1992), which contains the evaporation and mixing parts connected using a metal capillary tube. In the case of the evaporating part there is an electric heater and a sleeve with a carrier of the evaporated substance, designed to saturate a small gas flow with vapor of the substance at elevated temperature. The mixing part consists of a tube with a nozzle for the main dilution stream with condensation nuclei.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции и большие массогабаритные характеристики и энергопотребление соответствующей аппаратуры.The disadvantage of this device is the design complexity and large weight and size characteristics and power consumption of the corresponding equipment.

Известен способ определения малых примесей в газе (пат. 2253857 G01N 15/00 от 01.03.2004), который включает образование молекулярных ядер конденсации (МоЯК) в потоке газа из примесей или с их участием, испарение проявляющих и укрупняющих МоЯК веществ путем их дозированного нагрева в потоках газа, образование аэрозольных частиц и измерение их концентрации, определяющей концентрацию примесей. Нагретые потоки газа с испаренными веществами объединяют в общий поток, создают пересыщение смеси паров веществ и образуют аэрозольные частицы совместной конденсацией на МоЯК паров смеси проявляющих и укрупняющих веществ.A known method for the determination of small impurities in a gas (US Pat. 2253857 G01N 15/00 dated 03/01/2004), which includes the formation of molecular condensation nuclei (MCN) in a gas stream from impurities or with their participation, the evaporation of developing and enlarging MCN substances by dosing heating in gas flows, the formation of aerosol particles and the measurement of their concentration, which determines the concentration of impurities. Heated gas streams with vaporized substances are combined into a common stream, create a supersaturation of a mixture of vapor of substances and form aerosol particles by the joint condensation of mixtures of developing and enlarging substances on the SSC.

Недостаток данного способа заключается в применении в качестве нагревателя проволоки из золота, платины или их сплавов, а так же высокое энергопотребление. Кроме этого данный способ не позволяет определять спектр размеров ядер конденсации.The disadvantage of this method is the use as a heater of wire made of gold, platinum or their alloys, as well as high energy consumption. In addition, this method does not allow to determine the size spectrum of condensation nuclei.

Известен способ укрупнения ядер конденсации и устройство для его осуществления (Пат. 2061219, G01N 15/00 от 27.05.1996), в котором пересыщенный пар укрупняющего вещества получают путем пропускания потока с ядрами в зазор между двумя эквидистантными поверхностями с заданной разностью температур, одна из которых (имеющая более высокую температуру) покрыта укрупняющим веществом. Способ реализуется с помощью устройства, содержащего камеру для создания пересыщения, снабженную охладителем, внутри которой установлен испаритель с электронагревателем. Камера может быть выполнена, например, в форме трубки, а испаритель цилиндрической формы расположен по ее оси.A known method of enlargement of condensation nuclei and a device for its implementation (Pat. 2061219, G01N 15/00 of 05/27/1996), in which supersaturated steam of enlarging substance is obtained by passing a stream with nuclei into the gap between two equidistant surfaces with a given temperature difference, one of which (having a higher temperature) is coated with an enlarging substance. The method is implemented using a device containing a chamber for creating a supersaturation, equipped with a cooler, inside of which an evaporator with an electric heater is installed. The camera can be made, for example, in the form of a tube, and the evaporator is cylindrical in shape located along its axis.

Недостатком способа является невозможность определять для измеряемых ядер конденсации (наночастиц) спектры их размеров.The disadvantage of this method is the inability to determine the spectra of condensation nuclei (nanoparticles) spectra of their sizes.

Способ определения микроконцентрации карбонитов металлов в потоке воздуха (Пат. 2356029 G01N 15/06 от 20.05.2009). который включает превращение молекул карбонила в молекулярные ядра конденсации, последующее проявление и укрупнение ядер в пересыщенных парах проявляющего и укрупняющего детектирующих веществ в конденсационных устройствах и нефелометрическое измерение светорассеяния полученного аэрозоля. При этом превращение молекул карбонила в молекулярные ядра конденсации осуществляют путем пропускания анализируемого потока через нагретую часть трубки проявляющего конденсационного устройства с нанесенным на ее внутренние стенки проявляющим веществом. Проявление ядер осуществляют в пересыщенном паре проявляющего вещества при дальнейшем прохождении потока через охлажденную часть той же трубки.A method for determining the microconcentration of metal carbonites in an air stream (Pat. 2356029 G01N 15/06 from 05/20/2009). which includes the conversion of carbonyl molecules into molecular condensation nuclei, the subsequent manifestation and enlargement of nuclei in supersaturated vapors of developing and enlarging detecting substances in condensation devices, and the nephelometric measurement of light scattering of the resulting aerosol. In this case, the conversion of carbonyl molecules into molecular condensation nuclei is carried out by passing the analyzed stream through the heated part of the tube of the developing condensation device with the developing substance deposited on its inner walls. The manifestation of the nuclei is carried out in a supersaturated pair of the developing substance with the further passage of the stream through the cooled part of the same tube.

Недостатком данного способа является не возможность определения размерного спектра измеряемых микроконцентраций.The disadvantage of this method is the inability to determine the size spectrum of the measured microconcentrations.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ измерения спектра размеров ядер конденсации аэрозольных частиц и устройство для его реализации (Пат. 2340885, G01N 15/02 от 26.10.2006), включающий пропускание газа (или смеси газов), содержащего анализируемые частицы, через диффузионные батареи сетчатого типа, введение их в пересыщенные пары низко летучего укрупняющего вещества, конденсацию паров на ядрах частиц с образованием аэрозоля, концентрацию которого определяют оптическим счетчиком. На этом способе основана так же работа диффузионного аэрозольного спектрометра Модели 2702, выпускаемого ООО «АэроНаноТех» (г. Москва).The closest in technical essence to the proposed method is a method of measuring the size spectrum of the nuclei of condensation of aerosol particles and a device for its implementation (Pat. 2340885, G01N 15/02 from 10.26.2006), including the transmission of gas (or gas mixture) containing the analyzed particles, through grid-type diffusion batteries, introducing them into supersaturated vapors of a low volatile coarsening substance, vapor condensation on the nuclei of particles with the formation of an aerosol, the concentration of which is determined by an optical counter. The operation of a Model 2702 diffusion aerosol spectrometer manufactured by AeroNanoTech LLC (Moscow) is also based on this method.

Недостаток данного способа и основанного на нем спектрометра состоит в том, что расчет спектра размеров частиц осуществляется косвенно с использованием гамма распределения и решения сложной системы нелинейных алгебраических уравнений, так как анализ спектра размеров укрупненных аэрозольных частиц производится, путем последовательного измерения проскоков частиц через пять диффузионных батарей сетчатого типа и канал без батарей (нулевой канал).The disadvantage of this method and the spectrometer based on it is that the calculation of the particle size spectrum is carried out indirectly using the gamma distribution and solving a complex system of nonlinear algebraic equations, since the analysis of the size spectrum of aggregated aerosol particles is performed by sequentially measuring particle breakthroughs through five diffusion batteries mesh type and battery-free channel (zero channel).

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в снижении времени измерений и повышении их точности.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to reduce the measurement time and increase their accuracy.

Этот результат достигается тем, что устройство определения спектра размеров взвешенных наночастиц состоит в пропускании газа (смеси газов), содержащего анализируемые частицы, через диффузионные батареи сетчатого типа, введение их в перенасыщенные пары низко летучего укрупняющего вещества, освещении потока частиц световым пучком и регистрации параметров световых сигналов, формируемых укрупненными частицами при их пролете через выделенную область потока. Для повышения точности определения спектра размеров основной поток разделяется на шесть параллельных потоков, пять из которых пропускаются через пять диффузионных батарей с различным проскоком, а один напрямую, далее эти потоки проходят через шесть устройств конденсационного роста и затем поступают в поле зрения матрицы ПЗС, и полученные шесть областей изображений укрупненных потоков частиц передаются в ЭВМ для анализа их спектра размеров.This result is achieved by the fact that the device for determining the size spectrum of suspended nanoparticles consists in passing a gas (gas mixture) containing the analyzed particles through diffusion batteries of a mesh type, introducing them into supersaturated vapors of a low volatile enlarging substance, illuminating the particle flux with a light beam and recording light parameters signals generated by enlarged particles during their passage through the selected region of the stream. To improve the accuracy of determining the size spectrum, the main stream is divided into six parallel streams, five of which are passed through five diffusion batteries with different slipthroughs, and one directly, then these flows pass through six condensation growth devices and then enter the field of view of the CCD, and six areas of images of enlarged particle flows are transmitted to a computer for analysis of their size spectrum.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства. На фиг.2 показана конструкция устройства конденсационого роста. На фиг.3 показана конструкция одного канала устройства конденсационого роста.Figure 1 presents a block diagram of a device. Figure 2 shows the design of the device of condensation growth. Figure 3 shows the design of one channel of the condensation growth device.

Предлагаемое устройство по фиг.1 содержит импульсный источник излучения 1. оптическую систему осветителя 2, оптическую систему формирования изображений микрообъектов, состоящую из объективов 3 и 8 и фокусирующих оптическое излучение в области счетного объема потока частиц 7, ПЗС матрицу 9, аналого-цифровой преобразователь 10, компьютер 11. Так же устройство содержит входное сопло с каналами подачи 4, диффузионные батареи сетчатого типа 5, устройства конденсационного роста 6, вакуумный насос (воздуходувку) 12, температурные датчики 13 и 14, нагреватель (нихромовая проволока) 15 и охладитель (элементы Пельтье) 16, микроконтроллер управления термостатирования 17.The proposed device of figure 1 contains a pulsed radiation source 1. The optical system of the illuminator 2, the optical imaging system of micro-objects, consisting of lenses 3 and 8 and focusing the optical radiation in the region of the counted volume of particle flow 7, CCD matrix 9, analog-to-digital converter 10 , computer 11. The device also contains an inlet nozzle with feed channels 4, diffusion mesh batteries 5, condensation growth devices 6, a vacuum pump (blower) 12, temperature sensors 13 and 14, heating spruce (nichrome wire) 15 and a cooler (Peltier elements) 16, 17 thermostatic control microcontroller.

Оптическая система осветителя 2 включает систему линз, реализующих, например, любой из известных методов освещения микрообъектов (освещение по Келлеру, методы темного и светлого поля, критическое освещение и т.д.).The optical system of illuminator 2 includes a lens system that implements, for example, any of the known methods for illuminating microobjects (Keller illumination, dark and bright field methods, critical illumination, etc.).

Устройство работает следующим образом. Анализируемый поток воздуха или другого газа, содержащего аэрозольные частицы, через входное сопло с каналами подачи 4 пропускается через пять диффузионных батарей 5.1-5.5, представляющих собой ряд сеточек, пропускающих аэрозольные частицы выше определенного размера. Для того, чтобы определить концентрацию частиц, прошедших через диффузионные батареи, их необходимо укрупнить до размера, при котором их можно регистрировать ПЗС-матрицей в счетном объеме 7. Это достигается конденсацией паров дибутилфталата на ядрах частиц с образованием аэрозоля в укрупняющем устройстве 6, состоящем из укрупняющих устройств для шести каналов 6.1-6.6 и дополнительного укрупняющего устройства 6.0 в канале 6.1 для возможности укрупнения наночастиц молекулярного размера.The device operates as follows. The analyzed flow of air or other gas containing aerosol particles through an inlet nozzle with supply channels 4 is passed through five diffusion batteries 5.1-5.5, which are a series of grids passing aerosol particles above a certain size. In order to determine the concentration of particles passing through diffusion batteries, they must be enlarged to a size at which they can be detected by a CCD matrix in a countable volume of 7. This is achieved by condensation of the dibutyl phthalate vapor on the particle nuclei with the formation of an aerosol in the enlarging device 6, consisting of enlargement devices for six channels 6.1-6.6 and an additional enlargement device 6.0 in channel 6.1 for the possibility of enlargement of molecular size nanoparticles.

Укрупнение происходит в каждом канале 6.0-6.6 путем нагревания верхней плоскости нагревателем 15 (нихромовая проводка) и охлаждения нижней плоскости охладителем 16 (элементы Пельтье). Управление процессами нагревания и охлаждения обеспечивается микроконтроллером управления термостатирования 17, информация о температуре в который поступает с датчиков температуры 13 и 14.The enlargement takes place in each channel 6.0-6.6 by heating the upper plane with heater 15 (nichrome wiring) and cooling the lower plane with cooler 16 (Peltier elements). The control of the heating and cooling processes is provided by the thermostat control microcontroller 17, information on the temperature of which comes from temperature sensors 13 and 14.

Далее шесть укрупненных потоков частиц поступают в область контроля ПЗС матрицы 9, формирование изображений на которую обеспечивает оптическая система, содержащая импульсный источник излучения 1, осветитель 2, объективы 3 и 8, фокусирующие оптическое излучение в области счетного объема потока частиц 7. С матрицы ПЗС изображение поступает в аналого-цифровой преобразователь 10 и далее в ЭВМ 11. ЭВМ осуществляет цифровую обработку полученных шести областей, характеризующих пять каналов прохождения отсортированных диффузионными батареями и напрямую (через нулевую батарею) укрупненных частиц с целью определения спектра размеров наночастиц. Так же ЭВМ управляет микроконтроллером управления термостатирования 17 и вакуумным насосом 12.Next, six enlarged particle fluxes enter the CCD control area of matrix 9, which is formed by an optical system containing a pulsed radiation source 1, illuminator 2, lenses 3 and 8, focusing optical radiation in the region of the counted volume of particle flow 7. From the CCD image enters the analog-to-digital Converter 10 and then to the computer 11. The computer digitally processes the six areas obtained, characterizing the five transmission channels sorted by diffusion batteries and direct (through the zero battery) enlarged particles in order to determine the size spectrum of nanoparticles. The computer also controls the temperature control microcontroller 17 and the vacuum pump 12.

На фиг.2 показана конструкция шести каналов устройства конденсационого роста 6.0-6.6.Figure 2 shows the design of the six channels of the condensation growth device 6.0-6.6.

На фиг.3 показана конструкция одного канала устройства конденсационого роста, которое содержит нагреватель 15, охладитель 16, а так же испаритель 18, пропитанный укрупняющим веществом (дибутилфталат).Figure 3 shows the design of one channel of the condensation growth device, which contains a heater 15, a cooler 16, as well as an evaporator 18, impregnated with a coarsening substance (dibutyl phthalate).

Таким образом, рассмотренное устройство, в отличие от известных, позволяет проводить обработку на ЭВМ одновременно шести изображений укрупненных частиц, характеризующих разные размерные диапазоны наночастиц.Thus, the considered device, in contrast to the known ones, allows processing on a computer simultaneously six images of enlarged particles characterizing different size ranges of nanoparticles.

Claims (1)

Устройство для определения спектра размеров взвешенных наночастиц в газах, содержащее размещенные по ходу анализируемого потока газа входное сопло с каналами подачи; диффузионные батареи сетчатого типа для пропускания аэрозольных частиц определенного размера; укрупняющее устройство конденсаторного роста; счетный объем; вакуумный насос; температурные датчики, нагреватель, охладитель и микроконтроллер для управления процессами нагревания и охлаждения в укрупняющем устройстве конденсаторного роста; оптическую систему, включающую импульсный источник излучения, осветитель и объективы для фокусировки оптического излучения в области счетного объема потока частиц и формирования изображений на матрице ПЗС; аналогово-цифровой преобразователь и ЭВМ для управления микроконтроллером термостатирования, ваккумным насосом и обработки шести изображений укрупненных частиц для анализа спектра их размеров. A device for determining the size spectrum of suspended nanoparticles in gases, comprising an inlet nozzle with supply channels located along the analyzed gas stream; mesh-type diffusion batteries for passing aerosol particles of a certain size; condenser growth enlarging device; counting volume; Vacuum pump; temperature sensors, heater, cooler and microcontroller for controlling heating and cooling processes in a condenser growth enlarging device; an optical system including a pulsed radiation source, a illuminator, and lenses for focusing optical radiation in the region of the counted volume of the particle stream and forming images on a CCD; an analog-to-digital converter and a computer for controlling the thermostat microcontroller, a vacuum pump and processing six images of enlarged particles for analyzing the spectrum of their sizes.
RU2014108452/15A 2014-03-04 2014-03-04 Device to determine spectrum of size of suspended nanoparticles RU2555353C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014108452/15A RU2555353C1 (en) 2014-03-04 2014-03-04 Device to determine spectrum of size of suspended nanoparticles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014108452/15A RU2555353C1 (en) 2014-03-04 2014-03-04 Device to determine spectrum of size of suspended nanoparticles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2555353C1 true RU2555353C1 (en) 2015-07-10

Family

ID=53538364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014108452/15A RU2555353C1 (en) 2014-03-04 2014-03-04 Device to determine spectrum of size of suspended nanoparticles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2555353C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU168751U1 (en) * 2016-01-26 2017-02-17 Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") DEVICE FOR DETERMINING THE POWER OF IONIZING RADIATION SOURCES
RU2680661C2 (en) * 2017-07-07 2019-02-25 Общество с ограниченной ответственностью "Аэрозольные приборы" Device for measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles and method of measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000171384A (en) * 1998-09-29 2000-06-23 Horiba Ltd Particle diameter distribution measuring device and particle diameter distribution measuring method
RU2340885C2 (en) * 2006-10-26 2008-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я. Карпова" Method of measuring spectrum of dimensions of condensation nuclei of aerosol particles and device to that end
EP2525215A1 (en) * 2010-01-08 2012-11-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Particle detection device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000171384A (en) * 1998-09-29 2000-06-23 Horiba Ltd Particle diameter distribution measuring device and particle diameter distribution measuring method
RU2340885C2 (en) * 2006-10-26 2008-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я. Карпова" Method of measuring spectrum of dimensions of condensation nuclei of aerosol particles and device to that end
EP2525215A1 (en) * 2010-01-08 2012-11-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Particle detection device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛУПАНОВА Т.Н., Измерение размеров наночастиц методом динамического рассеяния света, центр коллективного пользования ИБГ РАН, методическое пособие, МОСКВА " 2013, с. 3-12 . Национальный стандарт Российской Федерации, Ультрадисперсные аэрозоли, аэрозоли наночастиц и наноструктурированных частиц. ГОСТ Р 54597-2011/ISO/TR 27628:2007, Москва, Стандартинформ, 2012 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU168751U1 (en) * 2016-01-26 2017-02-17 Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") DEVICE FOR DETERMINING THE POWER OF IONIZING RADIATION SOURCES
RU2680661C2 (en) * 2017-07-07 2019-02-25 Общество с ограниченной ответственностью "Аэрозольные приборы" Device for measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles and method of measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7605910B2 (en) Particle measuring system and method
US8072598B2 (en) Condensation particle counter
US7724368B2 (en) Condensation particle counter
US7298486B2 (en) Aerosol mobility size spectrometer
US6639671B1 (en) Wide-range particle counter
US4790650A (en) Condensation nucleus counter
US20070242261A1 (en) Aerosol measurement by dilution and particle counting
Kangasluoma et al. Review of sub-3 nm condensation particle counters, calibrations, and cluster generation methods
Joshi et al. Harmonisation of nanoparticle concentration measurements using GRIMM and TSI scanning mobility particle sizers
RU2555353C1 (en) Device to determine spectrum of size of suspended nanoparticles
Liu et al. Water-based condensation particle counters for environmental monitoring of ultrafine particles
Onischuk et al. Aerosol diffusion battery: The retrieval of particle size distribution with the help of analytical formulas
RU2558281C1 (en) Method for determining spectrum of sizes of suspended nanoparticles
ten Brink et al. A high-flow humidograph for testing the water uptake by ambient aerosol
Hakala et al. VH-TDMA: A description and verification of an instrument to measure aerosol particle hygroscopicity and volatility
US20230280254A1 (en) Aerosol mobility imaging
CN114295524A (en) Device and method for measuring multi-phase relative humidity and non-dry system aerosol hygroscopicity
RU2569926C1 (en) Determination of drop sizes in aerosol
Frank et al. Characterization of a static thermal-gradient CCN counter
US10942106B2 (en) Particle characterization apparatus and method
KR20180074250A (en) Apparatus of image detector for detecting particulate in liquid
Yang et al. An integrated system for automated measurement of airborne pollen based on electrostatic enrichment and image analysis with machine vision
RU2801784C1 (en) Method for control of content of mechanical impurities in aerosols and liquids and device of optical cell for its implementation
Saghafifar et al. Characterization of a modified expansion condensation particle counter for detection of nanometer-sized particles
WO2019048321A2 (en) Measuring device for determining materials in real time by means of fluorescence lifetime measurement in the frequency range

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160305