RU2558281C1 - Method for determining spectrum of sizes of suspended nanoparticles - Google Patents

Method for determining spectrum of sizes of suspended nanoparticles Download PDF

Info

Publication number
RU2558281C1
RU2558281C1 RU2014108453/28A RU2014108453A RU2558281C1 RU 2558281 C1 RU2558281 C1 RU 2558281C1 RU 2014108453/28 A RU2014108453/28 A RU 2014108453/28A RU 2014108453 A RU2014108453 A RU 2014108453A RU 2558281 C1 RU2558281 C1 RU 2558281C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
sizes
enlarged
substance
range
Prior art date
Application number
RU2014108453/28A
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 RU2014108453/28A priority Critical patent/RU2558281C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2558281C1 publication Critical patent/RU2558281C1/en

Links

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: method for determining a range of sizes of suspended nanoparticles consists in passage of gas (mixture of gases) containing analysed particles, through diffusion batteries of a meshed type and their introduction to supersaturated vapours of a low-volatile enlarging substance. Then, lighting of a flux of particles with a light beam and recording of parameters of light signals shaped by enlarged particles at their flying through the pointed-out area of the flux is performed. In order to improve accuracy of determination of the range of sizes, the main flux is separated into six parallel fluxes. With that, five of them are passed through five diffusion batteries with a different slip, and one of them is passed directly. Then, these fluxes pass through six devices of condensation growth and then to a field of vision of a charge-coupled device matrix and the obtained six areas of images of enlarged fluxes of particles are transmitted to a computer for an analysis of their range of sizes. Unlike known ones, the method allows performing simultaneous processing by means of a computer of six images of enlarged particles, which characterise different dimensional ranges of nanoparticles.
EFFECT: reducing the time required for measurements and improving their accuracy.
1 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 A1, 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 11.29.2007), 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 of 05/20/1998), which consists in the fact that the studied 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 невозможно определить размеры частиц нанометрового диапазона.The disadvantage of this method is that in this way it is impossible 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 три достижении определенного пересыщения:The process of vapor condensation on particles of substances suspended in a gas mixture (condensation nuclei) and fog formation begins three when a certain supersaturation is reached:

S=(p/p0)-1,S = (p / p 0 ) -1,

где р0 - давление насыщенного пара над плоской поверхностью конденсата; p - давление пара над каплей. В состоянии термодинамического равновесия между каплей и газовой средой p определяют как давление шара 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 gas medium, p is defined as the pressure of the ball 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; e - 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 the 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 cells) can be 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". M.: 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.

Известно 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 is known 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 by means of 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 также высокое энергопотребление. Кроме этого данный способ не позволяет определять спектр размеров ядер конденсации.The disadvantage of this method is the use of a wire of gold, platinum or their alloys as a heater, 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.

Известен способ определения микроконцентрации карбонилов 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 known method for determining the microconcentration of metal carbonyls 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 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 невозможность 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 низколетучего укрупняющего вещества, конденсацию паров на ядрах частиц с образованием аэрозоля, концентрацию которого определяют оптическим счетчиком. На этом способе основана также 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 gamma distribution and solving a complex system of nonlinear algebraic equations, since the analysis of the size spectrum of enlarged aerosol particles is carried out 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 способ определения спектра размеров взвешенных наночастиц состоит в пропускании газа (смеси газов), содержащего анализируемые частицы, через диффузионные батареи сетчатого типа, введении их в перенасыщенные пары низколетучего 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 method 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 signal parameters formed by enlarged particles during their passage through the selected region of the flow. To increase 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 received six areas of images of enlarged particle flows are transmitted to a computer for analysis of their size spectrum.

На фиг.1 представлена общая схема устройства для реализации способа.Figure 1 presents a General diagram of a device for implementing the method.

Устройство 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-матрицы 9, аналого-цифрового преобразователя 10, ЭВМ 11. Также устройство содержит входное сопло с каналами подачи 4, диффузионные батареи сетчатого типа 5, устройства конденсационного роста 6 и вакуумный насос (воздуходувку) 12.The device comprises a pulsed radiation source 1, an optical system for illuminator 2, an optical system for imaging microobjects, consisting of lenses 3 and 8 and focusing 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 supply channels 4, diffusion batteries of mesh type 5, condensation growth devices 6 and a vacuum pump (blower) 12.

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 по способу 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. 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. Также ЭВМ управляет устройством конденсационного роста 6 (6.0-6.6) и вакуумным насосом 12.The device according to the method works 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 enlarging devices for six channels 6.1-.6.6 and an additional enlarging device 6.0 in channel 6.1 for the possibility of enlargement of molecular size nanoparticles. Next, six enlarged particle fluxes enter the control region of the CCD 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 matrix the 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. Also, the computer controls the condensation growth device 6 (6.0-6.6) and the vacuum pump 12.

Таким образом, рассмотренный способ в отличие от известных позволяет проводить обработку на ЭВМ одновременно шести изображений укрупненных частиц, характеризующих разные размерные диапазоны наночастиц.Thus, the considered method, 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)

Способ определения спектра размеров взвешенных наночастиц состоит в пропускании газа (смеси газов), содержащего анализируемые частицы, через диффузионные батареи сетчатого типа, введении их в перенасыщенные пары низколетучего укрупняющего вещества, освещении потока частиц световым пучком и регистрации параметров световых сигналов, формируемых укрупненными частицами при их пролете через выделенную область потока, отличающийся тем, что 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, затем эти потоки проходят через шесть устройств конденсационного роста и далее поступают в поле зрения матрицы ПЗС и полученные шесть областей изображений укрупненных потоков частиц передаются в ЭВМ для анализа их спектра размеров. The method 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 registering the parameters of light signals generated by the enlarged particles when they are flying through a selected area of the stream, characterized in that in order to increase the accuracy of determining the size spectrum, the main stream is divided into six parallel flow, 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 matrix and the six image areas of enlarged particle flows are transmitted to a computer for analysis their range of sizes.
RU2014108453/28A 2014-03-04 2014-03-04 Method for determining spectrum of sizes of suspended nanoparticles RU2558281C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014108453/28A RU2558281C1 (en) 2014-03-04 2014-03-04 Method for determining spectrum of sizes of suspended nanoparticles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014108453/28A RU2558281C1 (en) 2014-03-04 2014-03-04 Method for determining spectrum of sizes of suspended nanoparticles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2558281C1 true RU2558281C1 (en) 2015-07-27

Family

ID=53762779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014108453/28A RU2558281C1 (en) 2014-03-04 2014-03-04 Method for determining spectrum of sizes of suspended nanoparticles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2558281C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US6230572B1 (en) * 1998-02-13 2001-05-15 Tsi Incorporated Instrument for measuring and classifying nanometer aerosols
EP1045242A3 (en) * 1999-04-15 2003-08-06 I.F.T. Institut für Troposphärenforschung e.V. Process and device for sizeresolved chemical and physical determination of aerosol particles
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6230572B1 (en) * 1998-02-13 2001-05-15 Tsi Incorporated Instrument for measuring and classifying nanometer aerosols
EP1045242A3 (en) * 1999-04-15 2003-08-06 I.F.T. Institut für Troposphärenforschung e.V. Process and device for sizeresolved chemical and physical determination of aerosol particles
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Bashurova V.S. et al, Determination of atmospheric aerosol size distribution functions from screen diffusion battery data, mathematical aspects,J. Aerosol Sci., v.22, n.3, стр. 373-388, 1991. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US7298486B2 (en) Aerosol mobility size spectrometer
US7724368B2 (en) Condensation particle counter
US6639671B1 (en) Wide-range particle counter
US20090009748A1 (en) Condensation particle counter
CN105861299B (en) Droplet type digital pcr fluorescence detecting system and fluorescence detection device
US7682426B2 (en) Method and device for the detection, characterization and/or elimination of suspended particles
Kangasluoma et al. Review of sub-3 nm condensation particle counters, calibrations, and cluster generation methods
JP2007057532A (en) Measurement of aerosol by dilution and particle count
Lieberherr et al. Assessment of real-time bioaerosol particle counters using reference chamber experiments
Joshi et al. Harmonisation of nanoparticle concentration measurements using GRIMM and TSI scanning mobility particle sizers
Johnson et al. Measuring the bipolar charge distribution of nanoparticles: Review of methodologies and development using the Aerodynamic Aerosol Classifier
CN112033913A (en) Device and method for measuring water content of nano single particles based on surface plasmon resonance imaging
RU2555353C1 (en) Device to determine spectrum of size of suspended nanoparticles
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
Delene et al. Calibration of a photometric cloud condensation nucleus counter designed for deployment on a balloon package
ten Brink et al. A high-flow humidograph for testing the water uptake by ambient aerosol
Wimmer et al. Using DEG-CPCs at upper tropospheric temperatures
RU2340885C2 (en) Method of measuring spectrum of dimensions of condensation nuclei of aerosol particles and device to that end
KR101897232B1 (en) Apparatus of image detector for detecting particulate in liquid
Pinterich et al. The versatile size analyzing nuclei counter (vSANC)
US20230280254A1 (en) Aerosol mobility imaging
CN114295524A (en) Device and method for measuring multi-phase relative humidity and non-dry system aerosol hygroscopicity
Ketkova et al. 3D laser ultramicroscopy: A method for nondestructive characterization of micro-and nanoinclusions in high-purity materials for fiber and power optics

Legal Events

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

Effective date: 20160305