RU2680661C2 - Device for measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles and method of measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles - Google Patents
Device for measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles and method of measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680661C2 RU2680661C2 RU2017124315A RU2017124315A RU2680661C2 RU 2680661 C2 RU2680661 C2 RU 2680661C2 RU 2017124315 A RU2017124315 A RU 2017124315A RU 2017124315 A RU2017124315 A RU 2017124315A RU 2680661 C2 RU2680661 C2 RU 2680661C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- aerosol
- spectrum
- sections
- section
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 119
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 34
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract 2
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 claims abstract 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract description 7
- 230000005494 condensation Effects 0.000 abstract description 7
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 11
- 239000003570 air Substances 0.000 description 4
- 241000282485 Vulpes vulpes Species 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M caesium chloride Chemical compound [Cl-].[Cs+] AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 2
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- 238000012387 aerosolization Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 239000005427 atmospheric aerosol Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N epsilon-caprolactam Chemical compound O=C1CCCCCN1 JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000556 factor analysis Methods 0.000 description 1
- 235000020061 kirsch Nutrition 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008774 maternal effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012383 pulmonary drug delivery Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к исследованию дисперсных характеристик аэрозолей различной природы, и может быть использовано в метеорологии, в нанопроизводстве, для контроля нанобезопасности на рабочих местах, для определения ингаляционной дозы при применении аэрозольных форм доставки лекарственных средств и в других сферах человеческой деятельности.The invention relates to the study of the dispersed characteristics of aerosols of various nature, and can be used in meteorology, in nanotechnology, to control nanosafety in the workplace, to determine the inhalation dose when using aerosol forms of drug delivery and in other areas of human activity.
В последние десятилетия в различных областях науки, технике и других видов деятельности значительно возросла потребность в измерении спектров размеров аэрозольных частиц. К таким областям относятся контроль качества окружающего воздуха [1-4], аэрозольные формы доставки лекарственных средств [5, 6], нанотехнологии [7], контроль содержания аэрозольных частиц в воздухе рабочих помещений [8-10] и др.In recent decades, in various fields of science, technology and other activities, the need for measuring the size spectra of aerosol particles has grown significantly. Such areas include ambient air quality control [1-4], aerosol forms of drug delivery [5, 6], nanotechnology [7], control of aerosol particles in the air of workrooms [8-10], etc.
Аэрозольные измерения можно разделить на две категории. Первая категория предполагает отбор образцов с последующим лабораторным анализом (оптическая, силовая, электронная микроскопия [11-13], импакторы [11, 14, 15] и др.). Методы второй категории позволяют получить результаты практически в реальном времени (светорассеяние, аэродинамические спектрометры, методы, основанные на диффузионной сепарации и измерении подвижности в электрическом поле [16, 17]).Aerosol measurements can be divided into two categories. The first category involves sampling followed by laboratory analysis (optical, power, electron microscopy [11-13], impactors [11, 14, 15], etc.). The methods of the second category allow obtaining results in almost real time (light scattering, aerodynamic spectrometers, methods based on diffusion separation and measuring mobility in an electric field [16, 17]).
Среди методов второй категории получили большое распространение анализаторы дифференциальной подвижности [18]. Слабыми сторонами данной методики являются сложность использования в полевых измерениях, высокая цена и необходимость в электрической зарядке частиц. Другим хорошо известным методом измерения спектра размеров аэрозольных частиц, свободным от вышеперечисленных недостатков, является сепарация с помощью диффузионной батареи (ДБ). Диффузионные батареи имеют простую конструкцию и хорошо подходят для использования в полевых измерениях [19], в лабораторных экспериментах [20-22] и для контроля уровня аэрозольной загрязненности на рабочих местах [23, 24]. В данном методе используется зависимость коэффициента осаждения в секциях диффузионной батареи от размера частиц. Чаще всего диффузионные батареи выполнены в виде последовательных секций, заполненных набором капилляров (параллельных аэрозольному протоку) или набором плоских сеток (перпендикулярных потоку). По мере движения аэрозольного потока через батарею, частицы осаждаются на внутренней поверхности капилляров или на поверхности волокон, из которых состоят сетки.Among the methods of the second category, differential mobility analyzers are widely used [18]. The weaknesses of this technique are the complexity of use in field measurements, the high price and the need for electric charging of particles. Another well-known method for measuring the size spectrum of aerosol particles, free from the above disadvantages, is separation using a diffusion battery (DB). Diffusion batteries have a simple design and are well suited for use in field measurements [19], in laboratory experiments [20-22] and for monitoring the level of aerosol pollution at workplaces [23, 24]. This method uses the dependence of the deposition coefficient in sections of a diffusion battery on the particle size. Most often, diffusion batteries are made in the form of successive sections filled with a set of capillaries (parallel to the aerosol duct) or a set of flat grids (perpendicular to the flow). As the aerosol stream moves through the battery, particles are deposited on the inner surface of the capillaries or on the surface of the fibers that make up the mesh.
После опубликования работ [25, 26] диффузионные батареи сетчатого типа стали наиболее популярны. Батареи этого типа просты в изготовлении и компактны. Сетки в случае необходимости легко заменяемы. Число сеток в секции прогрессивно нарастает с увеличением последовательного номера i секции. В ходе работы батареи измеряется счетная концентрация Сi частиц ниже по потоку после каждой секции. Эти концентрации дают вероятность gi прохождения частиц через последовательности секций ("проскоки"), где gi есть отношение счетной концентрации Сi к концентрации С0 на входе в диффузионную батарею. Полученные проскоки, в свою очередь, позволяют рассчитать спектр частиц по размерам. Однако функции осаждения частиц в секциях имеют плавную зависимость от размера, т.е. области размеров, в которых происходит осаждение частиц в разных секциях, перекрываются друг с другом. Поэтому, в принципе, бесконечное количество функций распределения частиц по размерам может удовлетворять одному и тому же набору проскоков. Тем не менее, при правильной обработке данных экспериментальных измерений диффузионной батареи можно рассчитать функцию ƒ(D) распределения частиц по диаметрам D близкую к реальному спектру размеров. Заметим, что далее в данном решении будет рассматриваться функция распределения по диаметрам, нормированная на единицу.After the publication of works [25, 26], diffusion mesh batteries became the most popular. This type of battery is easy to manufacture and compact. Grids can be easily replaced if necessary. The number of grids in a section progressively increases with the increase of the sequential number i of the section. During battery operation, a counted concentration C i of particles is measured downstream after each section. These concentrations give the probability g i of the passage of particles through the sequence of sections (“breakthroughs”), where g i is the ratio of the calculated concentration C i to the concentration C 0 at the entrance to the diffusion battery. The resulting breakthroughs, in turn, make it possible to calculate the particle spectrum by size. However, the particle deposition functions in the sections are smoothly dependent on size, i.e. size regions in which particles are deposited in different sections overlap with each other. Therefore, in principle, an infinite number of particle size distribution functions can satisfy the same set of breakthroughs. Nevertheless, with the correct processing of the data of experimental measurements of the diffusion battery, it is possible to calculate the function ƒ (D) of the particle distribution over the diameters D close to the real size spectrum. Note that later in this solution we will consider the diameter distribution function normalized to unity.
Для того чтобы извлечь спектр размеров, необходимо применить математическую процедуру, называемую инверсия. Для этого необходимо решить интегральные уравнения Фредгольма первого рода, которые в идеальном случае выражаются в видеIn order to extract a range of sizes, it is necessary to apply a mathematical procedure called inversion. For this it is necessary to solve the Fredholm integral equations of the first kind, which in the ideal case are expressed as
где Ki(D) есть ядро диффузионной батареи, т.е. функция, описывающая долю частиц, прошедших через первые i секций, для монодисперсного аэрозоля с диаметром частиц D; а и b - пределы диапазона размеров. Однако экспериментальное измерение проводится с некоторой погрешностью, поэтому уравнение (1) выполняется лишь в пределах экспериментальной точности:where K i (D) is the core of the diffusion battery, i.e. a function that describes the fraction of particles passing through the first i sections for a monodisperse aerosol with a particle diameter D; a and b are the limits of the size range. However, the experimental measurement is carried out with a certain error, therefore, equation (1) is performed only within the experimental accuracy:
где εi - экспериментальные ошибки. Уравнения (2) представляет собой, так называемую некорректную обратную задачу, которая не может быть решена без привлечения дополнительной информации. Как правило, такие обратные задачи решаются численно. Существуют различные численные подходы для решения уравнения (2), такие как линейные и нелинейные итерационные методы [27-29], метод регуляризации Тихонова [30, 31], метод наименьших квадратов [32], метод максимального ожидания [33], матричный факторный анализ [34], метод максимальной энтропии [35-37] и др. Основными недостатками численных методов являются сложность алгоритма и большие вычислительные затраты.where ε i are experimental errors. Equations (2) is a so-called incorrect inverse problem, which cannot be solved without involving additional information. As a rule, such inverse problems are solved numerically. There are various numerical approaches for solving equation (2), such as linear and nonlinear iterative methods [27-29], Tikhonov’s regularization method [30, 31], least squares method [32], maximum expectation method [33], matrix factor analysis [34], the method of maximum entropy [35-37], etc. The main disadvantages of numerical methods are the complexity of the algorithm and high computational costs.
Наиболее близким к заявленному изобретению, является прибор для измерения спектра аэрозольных частиц и способ измерения спектра размеров аэрозольных частиц, разработанный в Институте химической кинетики и горения СО РАН [38, 39, 41]. Основными элементами этого прибора являются диффузионная батарея, конденсационный укрупнитель частиц до оптически регистрируемого размера, оптический счетчик частиц и блок связи с персональным компьютером для управления и обработки данных. При использовании прибора-прототипа восстановление спектра размеров из экспериментально измеренных проскоков диффузионной батареи осуществляется с помощью численного решения обратной задачи.Closest to the claimed invention is a device for measuring the spectrum of aerosol particles and a method for measuring the size spectrum of aerosol particles developed at the Institute of Chemical Kinetics and Combustion SB RAS [38, 39, 41]. The main elements of this device are a diffusion battery, a condensation enlarger of particles up to an optically detectable size, an optical particle counter and a communication unit with a personal computer for controlling and processing data. When using the prototype device, the restoration of the size spectrum from the experimentally measured slots of the diffusion battery is carried out using a numerical solution of the inverse problem.
К недостаткам метода восстановления спектра, используемого в приборе-прототипе, следует отнести численное решение обратной задачи, т.е. системы интегральных уравнений Фредгольма первого рода (уравнение (2)). Проблема заключается в том, что данная задача является некорректной, что, в частности, проявляется в том, что одному набору проскоков соответствует бесконечное множество решений. Кроме того, малые погрешности измерений могут приводить к огромным ошибкам в решении. Для того, чтобы решить данные проблемы, приходится накладывать ограничения на решение, и, что более важно, применять процедуру выбора конечного решения из большого количества математически возможных решений. В результате, процедура восстановления спектра становится ресурсозатратной, и зачастую получаются недостоверные решения.The disadvantages of the spectrum reconstruction method used in the prototype device include the numerical solution of the inverse problem, i.e. systems of Fredholm integral equations of the first kind (equation (2)). The problem is that this task is incorrect, which, in particular, is manifested in the fact that one set of breakthroughs corresponds to an infinite number of solutions. In addition, small measurement errors can lead to huge errors in the solution. In order to solve these problems, it is necessary to impose restrictions on the solution, and, more importantly, apply the procedure for selecting the final solution from a large number of mathematically possible solutions. As a result, the spectrum restoration procedure becomes resource-consuming, and often unreliable solutions are obtained.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерения спектров размеров аэрозольных частиц и упрощение метода расчета. Данное повышение точности достигается реализованной конструкцией диффузионной батареи, позволяющей осуществить такой способ измерения, при котором измеряются спектры размеров фракций аэрозольных частиц, осевших в отдельных секциях, за исключением последней, при прохождении через них аэрозольного потока, а также частиц прошедших через все секции, за исключением последней. При этом, общий спектр исходных частиц является суммой спектров фракций.The task of the invention is to increase the accuracy of measuring the size spectra of aerosol particles and simplify the calculation method. This increase in accuracy is achieved by the implemented design of the diffusion battery, which makes it possible to carry out such a measurement method in which the size spectra of the fractions of aerosol particles deposited in individual sections, with the exception of the latter, are measured when an aerosol stream passes through them, as well as particles passing through all sections, except last one. Moreover, the total spectrum of the starting particles is the sum of the spectra of the fractions.
Техническим результатом данного изобретения является упрощение процедуры измерения функции распределения частиц по размерам и получение более достоверных спектров размеров частиц, по сравнению с ранее использовавшимися способами.The technical result of the present invention is to simplify the procedure for measuring the particle size distribution function and to obtain more reliable particle size spectra compared to previously used methods.
Технический результат достигается предложенным устройством для измерения спектра размеров частиц, включающего диффузионную батарею с несколькими секциями в которых установлены сетки перпендикулярно потоку. Согласно изобретению, сетки в секциях диффузионной батареи распределены так, что количество сеток в каждой секции, за исключением первой, равно суммарному числу сеток во всех предыдущих секциях, расположенных выше по потоку. Другими словами, распределение сеток в секциях выбрано таким образом, чтобы средний диаметр Di фракции частиц, осевших в i-й секции ДБ можно было математически выразить с помощью экспериментально измеренных проскоков по формуле:The technical result is achieved by the proposed device for measuring the particle size spectrum, including a diffusion battery with several sections in which the mesh is installed perpendicular to the flow. According to the invention, the grids in the sections of the diffusion battery are distributed so that the number of grids in each section, except for the first, is equal to the total number of grids in all previous sections located upstream. In other words, the distribution of the grids in the sections is chosen so that the average diameter D i of the fraction of particles deposited in the i-th section of the DB can be mathematically expressed using experimentally measured breakthroughs according to the formula:
где i - последовательный номер секции, ni и ni+1 - количества сеток в секциях с номерами i и i+1, соответственно, gi - доля частиц, прошедших через i-ю секцию без осаждения, μi - эффективность осаждения на одиночном волокне в пакете, содержащем ni+ni+1, сеток, для частиц, содержащихся в потоке после i-й секции, h - толщина сетки, r - радиус волокна сетки, α - отношение объема, занимаемого волокнами, к полному объему сетки, , U0 - линейная скорость аэрозольного потока.where i is the serial number of the section, n i and n i + 1 are the number of grids in the sections with numbers i and i + 1, respectively, g i is the fraction of particles passing through the i-th section without deposition, μ i is the deposition efficiency on single fiber in a packet containing n i + n i + 1 , nets, for particles contained in the stream after the i-th section, h is the thickness of the mesh, r is the radius of the mesh fiber, α is the ratio of the volume occupied by the fibers to the total volume of the mesh, , U 0 is the linear velocity of the aerosol stream.
Технический результат достигается также за счет того, что устанавливается однозначное соответствие между измеренными проскоками и спектрами фракций, что приводит к устойчивости решения, т.е. случайные экспериментальные погрешности измерения диффузионной батареи не приводят к существенному разбросу восстановленного спектра размеров, поскольку экспериментальные проскоки ДБ однозначно определяют среднюю эффективность осаждения на отдельных волокнах сетки для фракций частиц по формулеThe technical result is also achieved due to the fact that an unambiguous correspondence is established between the measured breakthroughs and the spectra of fractions, which leads to the stability of the solution, i.e. random experimental errors in measuring the diffusion battery do not lead to a significant spread in the reconstructed size spectrum, since the experimental breakthroughs of discrete breathers uniquely determine the average deposition efficiency on individual fibers of the network for particle fractions by the formula
где i - последовательный номер секции ДБ или фракции частиц, - эффективность осаждения частиц i-й фракции на отдельном волокне i-й секции, ni, и ni+1 - количества сеток в секциях с номерами i и i+1, соответственно, gi - доля частиц, прошедших через i-ю секцию, μi - эффективность осаждения на одиночном волокне в пакете, содержащем ni +ni+1 сеток, для частиц, содержащихся в потоке после i-й секции, , h - толщина сетки, r - радиус волокна сетки, α - отношение объема, занимаемого волокнами, к полному объему сетки, , U0 - линейная скорость аэрозольного потока; далее из величины однозначно определяют средний диаметр Di частиц i-й фракции по формулам веерной модели фильтров Кирша-Стечкиной-Фукса, долю hi частиц i-й фракции определяют по формуле hi=gi-gi+1, спектр частиц i-й фракции аппроксимируют любой функцией мономодального распределения, включая логнормальное распределение, Гауссово распределение, причем Di и hi являются параметрами мономодального распределения, далее спектр исходного аэрозоля определяется как сумма спектров фракций.where i is the serial number of the DB section or particle fraction, - the efficiency of deposition of particles of the i-th fraction on a separate fiber of the i-th section, n i , and n i + 1 - the number of grids in sections with numbers i and i + 1, respectively, g i - the proportion of particles passing through the i-th section, μ i is the deposition efficiency on a single fiber in a packet containing n i + n i + 1 nets for particles contained in the stream after the i-th section, , h is the thickness of the mesh, r is the radius of the fiber of the mesh, α is the ratio of the volume occupied by the fibers to the total volume of the mesh, , U 0 is the linear velocity of the aerosol stream; further from uniquely determine the average diameter D i of particles of the ith fraction according to the formulas of the Kirsch-Stechkina-Fuchs fan model, the fraction h i of particles of the i-fraction is determined by the formula h i = g i -g i + 1 , the spectrum of particles of the i-fraction they are approximated by any monomodal distribution function, including the lognormal distribution, the Gaussian distribution, where D i and h i are the parameters of the monomodal distribution, then the spectrum of the initial aerosol is determined as the sum of the spectra of the fractions.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:
на фиг. 1 - блок-схема прибора для измерения спектра размеров частиц: 1 - сетчатая диффузионная батарея, 2 - конденсационный укрупнитель частиц до оптически регистрируемого размера, 3 - оптический счетчик частиц, 4 - блок связи с персональным компьютером;in FIG. 1 - block diagram of a device for measuring the particle size spectrum: 1 - mesh diffusion battery, 2 - condensation enlarger of particles to an optically recorded size, 3 - optical particle counter, 4 - communication unit with a personal computer;
на фиг. 2 - эффективность осаждения аэрозольных частиц на одиночном волокне в зависимости от диаметра частиц;in FIG. 2 - the efficiency of deposition of aerosol particles on a single fiber depending on the diameter of the particles;
на фиг. 3 - сравнение функций распределения частиц по диаметрам, измеренных с помощью диффузионной батареи (сплошные линии) со спектрами размеров, измеренных с помощью просвечивающей электронной микроскопии (а, б, в) и седиментации в гравитационном поле (г) (гистограммы).in FIG. 3 - comparison of particle diameter distribution functions measured with a diffusion battery (solid lines) with size spectra measured with transmission electron microscopy (a, b, c) and sedimentation in a gravitational field (d) (histograms).
Суть изобретения сводится к следующему. Основными элементами устройства (фиг. 1) для измерения спектра размеров аэрозольных частиц являются сетчатая диффузионная батарея 1, конденсационный укрупнитель частиц до оптически регистрируемого размера 2, оптический счетчик частиц 3 и блок связи с персональным компьютером 4 для управления и обработки данных. Диффузионная батарея состоит из последовательных секций, заполненных сетками, поглощающими аэрозольные частицы по механизму диффузии, захвату, инерции и др. Сетки установлены перпендикулярно аэрозольному потоку. Отличительными признаками устройства является то, что число сеток в каждой секции равно суммарному числу сеток в предыдущих секциях, расположенных выше по потоку. В данном изобретении в качестве примера рассматривается сетчатая батарея из девяти цилиндрических секций, число сеток в которых возрастает с номером секции следующим образом: 2, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256. Внутренний диаметр канала секций составляет 50 мм. Использовались капроновые плетеные сетки с диаметром волокна 50 мкм, шагом 172 мкм, отношение объема, занимаемого волокнами, к полному объему сетки α=0.231. Объемная скорость аэрозольного потока через батарею составляла 1 л/мин. Счетная концентрация аэрозоля Сi измеренная после i-й секции зависит от общего числа N1,i=n1+n2+…+ni, сеток, через которые прошел аэрозольный поток, где n1, …, ni числа сеток в секциях 1, …, i, соответственно. Для аэрозоля, все частицы которого имеют один и тот же диаметр D доля частиц, прошедших через последовательность секций 1, …, i, составляет [25, 26, 41-46]The essence of the invention is as follows. The main elements of the device (Fig. 1) for measuring the size spectrum of aerosol particles are a
где μ - эффективность осаждения частиц на отдельном волокне, расположенным перпендикулярно аэрозольному потоку, , h - толщина сетки, r - радиус волокна сетки. Батарея, рассматриваемая в данном изобретении, предназначена для работы в нанометровом и субмикронном диапазонах. Для частиц в этой области размеров, осаждение на волокна в основном определяется тремя механизмами - диффузией, захватом и инерцией. Зависимость эффективности осаждения на одиночном волокне от диаметра частицы можно рассчитать в рамках теории веерных фильтров Кирша, Стечкиной и Фукса [42-45]. На фиг. 2 для монодисперсных частиц приведена эта зависимость для параметров батареи, рассмотренной в данном изобретении. Видно, что функция μ(D) имеет минимум при D≈1100 нм, что означает, что однозначное соответствие между диаметром и эффективностью осаждения имеет место при размерах частиц D<1100 нм. Другими словами, данная диффузионная батарея имеет динамический диапазон размеров 3<D<1100 нм (при размерах меньших 3 нм эффективность укрупнения частиц в конденсационном укрупнителе становится существенно меньше единицы).where μ is the efficiency of the deposition of particles on a separate fiber located perpendicular to the aerosol stream, , h is the thickness of the mesh, r is the radius of the fiber of the mesh. The battery considered in this invention is designed to operate in the nanometer and submicron ranges. For particles in this size range, fiber deposition is mainly determined by three mechanisms — diffusion, capture, and inertia. The dependence of the deposition efficiency on a single fiber on the particle diameter can be calculated in the framework of the theory of Kirsh, Stechkina, and Fuchs fan filters [42–45]. In FIG. 2 for monodisperse particles, this relationship is shown for the parameters of the battery discussed in this invention. It can be seen that the function μ (D) has a minimum at D≈1100 nm, which means that an unambiguous correspondence between the diameter and the deposition efficiency takes place at particle sizes D <1100 nm. In other words, this diffusion battery has a dynamic range of sizes 3 <D <1100 nm (for sizes smaller than 3 nm, the particle enlargement efficiency in a condensation enlarger becomes significantly less than unity).
Для того, чтобы получить аналитические выражения для расчета спектра размеров ƒ(D) исходных аэрозольных частиц его можно представить в видеIn order to obtain analytical expressions for calculating the size spectrum ƒ (D) of the initial aerosol particles, it can be represented as
где m - число секций ДБ, ϕ1(D), ϕ2(D), …, ϕm-1(D) - спектры размеров фракций частиц, осевших соответственно в секциях 1, 2, …, m-1 при прохождении через них аэрозольного потока, a ϕm(D) - спектр последней фракции, т.е. частиц, вышедших из секции m-1. Величины h1, h2, …, hm-1 представляют собой доли частиц осажденных в секциях 1, 2, …, m-1, соответственно, и hm - доля частиц, вышедших из секции m-1. Данные величины связаны с проскоками следующим образом h1=1-g1, h2=g1-g2, h3=g2-g3, …, hm-1=gm-2-gm-1, hm=gm-1. Таким образом, найдя функции ϕi(D), мы получим общий спектр размеров.where m is the number of DB sections, ϕ 1 (D), ϕ 2 (D), ..., ϕ m-1 (D) are the spectra of the sizes of fractions of particles settled respectively in
Число сеток в секции монотонно увеличивается с ростом номера секции. Поэтому при прохождении аэрозольного потока через батарею в начальных секциях осаждаются преимущественно частицы малого размера, в последующих секциях оседают все более крупные частицы. Поэтому средний диаметр частиц, описываемых функциями ϕi(D), монотонно возрастает с увеличением номера i. Для того, чтобы найти решение ƒ(D) в виде (4) мы аппроксимируем каждую функцию ϕi(D) логнормальным распределениемThe number of grids in a section increases monotonically with increasing section number. Therefore, when an aerosol stream passes through a battery, primarily small particles are deposited in the initial sections, and larger particles settle in subsequent sections. Therefore, the average particle diameter described by the functions ϕ i (D) monotonously increases with increasing number i. In order to find the solution ƒ (D) in the form (4), we approximate each function ϕ i (D) by the lognormal distribution
где Di - средний геометрический диаметр и σ - стандартное геометрическое отклонение. В нашем случае удобно рассматривать функции ϕi с величиной σ=1.35. Данное значение стандартного геометрического отклонения приводит к тому, что, с одной стороны, функции ϕi(D) достаточно узкие и их суперпозиция позволяет описать любую реальную функцию распределения любого аэрозоля естественного или антропогенного происхождения, а с другой стороны, функции ϕi(D) достаточно широкие для того, чтобы получить гладкий конечный спектр для ограниченного числа секций диффузионной батареи. Таким образом, для того, чтобы найти решение ƒ(D) нужно только найти средние диаметры Di для фракций частиц, отсекаемых секциями диффузионной батареи. Аппроксимация исходной функции распределения частиц по размеру суммой логнормальных функций (уравнение (5)) является простым и ресурсонезатратным способом определения спектра размеров частиц. Полученный спектр хорошо воспроизводит структуру исходного распределения и позволяет точно определить средний размер частиц. Средние диаметры Di можно найти из проскоков, измеренных с помощью диффузионной батареи.where D i is the geometric mean diameter and σ is the standard geometric deviation. In our case, it is convenient to consider the functions ϕ i with the value σ = 1.35. This value of the standard geometric deviation leads to the fact that, on the one hand, the functions ϕ i (D) are quite narrow and their superposition allows us to describe any real distribution function of any aerosol of natural or anthropogenic origin, and on the other hand, the functions ϕ i (D) wide enough to produce a smooth final spectrum for a limited number of sections of a diffusion battery. Thus, in order to find the solution ƒ (D), it is only necessary to find the average diameters D i for fractions of particles cut off by sections of the diffusion battery. The approximation of the initial particle size distribution function by the sum of the lognormal functions (equation (5)) is a simple and resource-free way to determine the particle size spectrum. The resulting spectrum reproduces well the structure of the initial distribution and allows you to accurately determine the average particle size. The average diameters D i can be found from the gaps measured with a diffusion battery.
Способ определения средних диаметров Di осуществляется следующим образом. Эффективность осаждения μ на одиночном волокне связана с диаметром частиц аналитическими формулами в рамках теории веерных фильтров Кирша, Стечкиной, Фукса [42-45] (см. также фиг. 2), следовательно, величина μ может рассматриваться как мера размера частиц. Будет удобным для фракции частиц, осевших в i-й секции ДБ, ввести среднюю эффективность осаждения на одиночном волокне. Для частиц, выходящих из j-й секции, мы также можем ввести среднюю эффективность μj(N) осаждения на одиночном волокне в пакете из N сеток. Так, например, величина μk-1(nk) является средней эффективностью осаждения на одиночном волокне в k-й секции, заполненной nk сетками, для аэрозоля, вышедшего из секции k-1 (или для входного аэрозоля в случае k=1). Как видно из уравнения (3), эту величину можно выразить следующим образомThe method of determining the average diameters D i as follows. The efficiency of deposition of μ on a single fiber is related to the particle diameter by analytical formulas in the framework of the theory of Kirsh, Stechkina, Fuchs fan filters [42–45] (see also Fig. 2), therefore, μ can be considered as a measure of particle size. It will be convenient for the fraction of particles settled in the i-th section of the DB to introduce an average efficiency single fiber deposition. For particles emerging from the jth section, we can also introduce the average efficiency μ j (N) of deposition on a single fiber in a packet of N grids. So, for example, μ k-1 (n k ) is the average deposition efficiency on a single fiber in the kth section filled with n k nets for an aerosol leaving section k-1 (or for the input aerosol in the case k = 1 ) As can be seen from equation (3), this value can be expressed as follows
Для последовательности секций с общим числом сеток средняя эффективность осаждения на волокне для частиц, прошедших через предыдущие секций запишется в видеFor section sequence with the total number of grids average fiber deposition efficiency for particles passing through previous sections will be written as
Определим теперь средний диаметр D1 для первой фракции, т.е. для частиц осевших в первой секции. Все частицы, составляющие исходный спектр могут быть разбиты на две группы: первая группа - прошедшие через первую секцию частицы, доля которых составляет g1, и вторая группа - осажденные на сетках первой секции частицы, доля которыхWe now determine the average diameter D 1 for the first fraction, i.e. for particles settled in the first section. All particles that make up the initial spectrum can be divided into two groups: the first group - particles passing through the first section, whose share is g 1 , and the second group - particles deposited on the grids of the first section, whose share
Эти две группы можно рассматривать как два независимых ансамбля частиц, каждый из которых описывается своей функцией распределения по размерам. Если мы выделим из всего исходного аэрозоля только первую группу частиц и пропустим их через первую секцию батареи, то доля этих частиц, прошедших через первую секцию составит величину g1exp(-χμ1(n1)n1). Если же мы выделим только вторую группу, то доля этих частиц, прошедших через первую секцию составит . Поэтому суммарно мы можем записать:These two groups can be considered as two independent ensembles of particles, each of which is described by its size distribution function. If we select only the first group of particles from the entire source aerosol and pass them through the first section of the battery, then the fraction of these particles passing through the first section will be g 1 exp (-χμ 1 (n 1 ) n 1 ). If we select only the second group, then the fraction of these particles passing through the first section will be . Therefore, in total, we can write:
В нашем случае n1=n2=2, поэтому μ1(n1)=μ1(n2). Тогда, как следует из уравнения (6)In our case, n 1 = n 2 = 2, therefore μ 1 (n 1 ) = μ 1 (n 2 ). Then, as follows from equation (6)
и мы получаем из уравнений (8-10)and we get from equations (8-10)
Средняя эффективность осаждения на волокне связана с эквивалентным диаметром частиц через уравнения теории веерных фильтров Кирша, Стечкиной, Фукса [42-45] (фиг. 2). Данный эквивалентный диаметр примерно равен искомому среднему геометрическому диаметру D1. Таким образом, подставляя из уравнения (11) в уравнения теории веерных фильтров и решая их численно, или графически, подставляя значения вместо μ на фиг. 2, получаем D1.Average fiber deposition efficiency connected with the equivalent particle diameter through the equations of the theory of fan filters Kirsch, Stechkina, Fuchs [42-45] (Fig. 2). This equivalent diameter is approximately equal to the desired geometric mean diameter D 1 . Thus substituting from equation (11) to equations of the theory of fan filters and solving them numerically or graphically, substituting the values instead of μ in FIG. 2, we obtain D 1 .
В общем случае, для 1<i<m-1 для аэрозоля, проходящего через две смежные секции i и i+1 можно записать выражение, аналогичное уравнению (9):In the general case, for 1 <i <m-1 for an aerosol passing through two adjacent sections i and i + 1, one can write an expression similar to equation (9):
Как следует из уравнения (3),As follows from equation (3),
и мы получаем из уравнений (12, 13)and we get from equations (12, 13)
Величину μi(Ni,i+1) в правой части уравнения (14) нельзя напрямую определить из измеренных проскоков диффузионной батареи. Однако учитывая тот факт, что μi(N) является монотонной функцией N, можно найти приблизительное значение μi(Ni,i+1) c помощью простой интерполяции. Другими словами, для аэрозоля, выходящего из i-й секции, эквивалентная эффективность μi(Ni,i+1) осаждения на одиночном волокне в пакете, содержащем ni+ni+1 сеток, можно оценить, как среднее арифметическое эффективностей осаждения на волокне в пакетах из ni+1 и (ni+1 + ni+2) сеток. Тогда для 1<i<m-2 имеем:The value μ i (N i, i + 1 ) in the right-hand side of equation (14) cannot be directly determined from the measured breakthroughs of the diffusion battery. However, given the fact that μ i (N) is a monotonic function of N, we can find the approximate value of μ i (N i, i + 1 ) using simple interpolation. In other words, for an aerosol leaving the ith section, the equivalent deposition efficiency μ i (N i, i + 1 ) on a single fiber in a packet containing n i + n i + 1 nets can be estimated as the arithmetic mean of the deposition efficiencies on fiber in packets of n i + 1 and (n i + 1 + n i + 2 ) nets. Then for 1 <i <m-2 we have:
Для i=m-1 с хорошей точностью можно считать, чтоFor i = m-1, with good accuracy, we can assume that
Подставляя уравнения (15, 16) в (14), и, далее, используя однозначное соответствие между эффективностью осаждения на волокне и диаметром частиц (фиг. 2) получаем из величины (уравнение (14)) в рамках теории веерных фильтров средний диаметр Di.Substituting equations (15, 16) into (14), and, further, using the unique correspondence between the deposition efficiency on the fiber and the particle diameter (Fig. 2), we obtain from the quantity (equation (14)) in the framework of the theory of fan filters, the average diameter D i .
Для i=m величина определяется выражениемFor i = m, the quantity defined by the expression
что позволяет получить Dm. Таким образом, зная средние диаметры Di, получаем функцию распределения по диаметрам ƒ(D) с помощью уравнений (4) и (5).which allows to obtain D m . Thus, knowing the average diameters D i , we obtain the diameter distribution function ƒ (D) using equations (4) and (5).
Для частиц диаметром D<200 нм осаждение на сетки обусловлено только диффузионным механизмом. Для диффузии в воздухе при температуре 293 K и атмосферном давлении средние диаметры Di можно рассчитать из экспериментальных проскоков диффузионной батареи по формулам:For particles with a diameter of D <200 nm, deposition on the grids is due only to the diffusion mechanism. For diffusion in air at a temperature of 293 K and atmospheric pressure, the average diameters D i can be calculated from the experimental breakthroughs of the diffusion battery according to the formulas:
где и μi(Ni,i+1) рассчитывается по формулам (15, 16).Where and μ i (N i, i + 1 ) is calculated by the formulas (15, 16).
Для демонстрации точности формул (11, 14, 17) было проведено сравнение функции распределения по диаметрам, измеренной с помощью диффузионной батареи со спектрами размеров, измеренными другими физическими методами. Генерация аэрозоля для измерений осуществлялась с помощью термоконденсационного генератора. Суть термоконденсационного метода заключалась в нагреве исходной субстанции (материнской фазы) в потоке фильтрованного воздуха. В результате поток насыщался паром материнского вещества. Далее поток с насыщенным паром подавался в зону охлаждения, где пар становился пересыщенным. В результате осуществлялось аэрозолеобразование за счет гомогенной нуклеации. Анализ размеров частиц для сравнения с измерениями диффузионной батареи осуществлялся с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) JEM-100SX или метода седиментации в гравитационном поле [47, 48].To demonstrate the accuracy of formulas (11, 14, 17), the diameter distribution function measured using a diffusion battery was compared with size spectra measured by other physical methods. The aerosol for measurements was generated using a thermocondensation generator. The essence of the thermal condensation method was to heat the initial substance (maternal phase) in a stream of filtered air. As a result, the stream was saturated with the vapor of the mother substance. Then, a saturated steam stream was fed into the cooling zone, where the steam became supersaturated. As a result, aerosolization was achieved due to homogeneous nucleation. Particle sizes were analyzed for comparison with diffusion battery measurements using a JEM-100SX transmission electron microscope (TEM) or a gravitational field sedimentation method [47, 48].
На фиг. 3 проведено сравнение спектров размеров частиц Ag, CsCl, NaCl и дибутилфталата, полученных с помощью диффузионной батареи (сплошная линия) и методами ПЭМ/седиментации (гистограммы). Средние арифметические диаметры, полученные различными методами, приведены в таблице 1.In FIG. Figure 3 compares the particle size spectra of Ag, CsCl, NaCl and dibutyl phthalate obtained using a diffusion battery (solid line) and TEM / sedimentation methods (histograms). Arithmetic average diameters obtained by various methods are shown in table 1.
Как видно из таблицы средние диаметры, полученные с помощью диффузионной батареи в пределах экспериментальной погрешности совпадают с величинами, полученными другими физическими методами, что подтверждает справедливость разработанного метода определения спектра размеров с помощью измерения спектра фракций.As can be seen from the table, the average diameters obtained using a diffusion battery within the experimental error coincide with the values obtained by other physical methods, which confirms the validity of the developed method for determining the size spectrum by measuring the spectrum of fractions.
Источники информации:Information sources:
1. Межгосударственный стандарт. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов, ГОСТ 17.2.3.01-86, Москва, Стандартинформ, 2005.1. Interstate standard. Protection of Nature. Atmosphere. Rules of air quality control of settlements, GOST 17.2.3.01-86, Moscow, Standardinform, 2005.
2. Handbook of Air Pollution Analysis, Edited by Roy M. Harrison and Roger Perry, CHAPMAN and HALL, New York, 1986.2. Handbook of Air Pollution Analysis, Edited by Roy M. Harrison and Roger Perry, CHAPMAN and HALL, New York, 1986.
3. S. Manzoor and U. Kulshrestha, Atmospheric Aerosols: Air Quality and Climate Change Perspectives, Current World Environment, 2015, 10(3), 738-7463. S. Manzoor and U. Kulshrestha, Atmospheric Aerosols: Air Quality and Climate Change Perspectives, Current World Environment, 2015, 10 (3), 738-746
4. S. Fuzzi, U. Baltensperger, K. Carslaw, S. Decesari, H. Denier van der Gon, M.C. Facchini, D. Fowler, I. Koren, B. Langford, U. Lohmann, E. Nemitz, S. Pandis, I. Riipinen, Y. Rudich, M. Schaap, J.G. Slowik, D.V. Spracklen, E. Vignati, M. Wild, M. Williams, and S. Gilardoni, Particulate matter, air quality and climate: lessons learned and future needs, Atmos. Chem. Phys., 2015, 15, 8217-8299.4. S. Fuzzi, U. Baltensperger, K. Carslaw, S. Decesari, H. Denier van der Gon, M.C. Facchini, D. Fowler, I. Koren, B. Langford, U. Lohmann, E. Nemitz, S. Pandis, I. Riipinen, Y. Rudich, M. Schaap, J.G. Slowik, D.V. Spracklen, E. Vignati, M. Wild, M. Williams, and S. Gilardoni, Particulate matter, air quality and climate: lessons learned and future needs, Atmos. Chem. Phys., 2015, 15, 8217-8299.
5. Controlled Pulmonary Drug Delivery, H. D.C. Smyth and A.J. Hickey (Editors), Springer, New York, 2011.5. Controlled Pulmonary Drug Delivery, H. D.C. Smyth and A.J. Hickey (Editors), Springer, New York, 2011.
6. Pulmonary Drug Delivery. Advances and Challenges, A. Nokhodchi and G.P. Martin (Editors), Wiley, London, 2015.6. Pulmonary Drug Delivery. Advances and Challenges, A. Nokhodchi and G.P. Martin (Editors), Wiley, London, 2015.
7. G. Biskos, V. Vons, C. U. Y. and A. Schmidt-Ott, Generation and Sizing of Particles for Aerosol-Based Nanotechnology, KONA Powder and Particle Journal, 2008, No. 28, 13-35.7. G. Biskos, V. Vons, C. U. Y. and A. Schmidt-Ott, Generation and Sizing of Particles for Aerosol-Based Nanotechnology, KONA Powder and Particle Journal, 2008, No. 28, 13-35.
8. J.C. Volkwein, A.D. Maynard, M. Harper, Workplace aerosol measurement, in book: AEROSOL MEASUREMENT. Principles, Techniques, and Applications, P. Kulkarni, P.A. Baron, K. Willeke (Editors), Willey, New Jersey, 2011, 571-590.8. J.C. Volkwein, A.D. Maynard, M. Harper, Workplace aerosol measurement, in book: AEROSOL MEASUREMENT. Principles, Techniques, and Applications, P. Kulkarni, P.A. Baron, K. Willeke (Editors), Willey, New Jersey, 2011, 571-590.
9. ГН 2.2.5.1313-03 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны".9. GN 2.2.5.1313-03 "Maximum permissible concentrations (MPC) of harmful substances in the air of the working zone."
10. ГН 1.2.2633-10 "Гигиенические нормативы содержания приоритетных наноматериалов в объектах окружающей среды".10. GN 1.2.2633-10 "Hygienic standards for the content of priority nanomaterials in environmental objects."
11. S.S. Amaral, J.A. de Carvalho, М. А. М. Costa, С. Pinheiro, An Overview of Particulate Matter Measurement Instruments, Atmosphere 2015, 6, 1327-1345.11. S.S. Amaral, J.A. de Carvalho, M.A. M. Costa, S. Pinheiro, An Overview of Particulate Matter Measurement Instruments,
12. W.C. Hinds, Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles, John Wiley & Sons, New-York, 1999.12. W.C. Hinds, Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles, John Wiley & Sons, New York, 1999.
13. J.A. Last, P. Russell, P.F. Nealey, and C.J. Murphy, The Applications of Atomic Force Microscopy to Vision Science, Investigative Ophthalmology & Visual Science, 2010, 51, 6083-6094.13. J.A. Last, P. Russell, P.F. Nealey, and C.J. Murphy, The Applications of Atomic Force Microscopy to Vision Science, Investigative Ophthalmology & Visual Science, 2010, 51, 6083-6094.
14. J.P. Mitchell, and M.W. Nagel, Cascade Impactors for the Size Characterization of Aerosols from Medical Inhalers: Their Uses and Limitations, Journal of Aerosol Medicine, 2003, 16, 341-37714. J.P. Mitchell, and M.W. Nagel, Cascade Impactors for the Size Characterization of Aerosols from Medical Inhalers: Their Uses and Limitations, Journal of Aerosol Medicine, 2003, 16, 341-377
15. J.S. Kang, K.S. Lee, K.H. Lee, H.J. Sung & S.S. Kim, Characterization of a Microscale Cascade Impactor, Aerosol Science and Technology, 2012, 46: 966-972.15. J.S. Kang, K.S. Lee, K.H. Lee, H.J. Sung & S.S. Kim, Characterization of a Microscale Cascade Impactor, Aerosol Science and Technology, 2012, 46: 966-972.
16. Aerosol Measurement. Principles, Techniques, and Applications, P. Kulkarni, P.A. Baron, K. Willeke (Editors), Willey, New Jersey, 2011.16. Aerosol Measurement. Principles, Techniques, and Applications, P. Kulkarni, P.A. Baron, K. Willeke (Editors), Willey, New Jersey, 2011.
17. P.H. McMurry, A review of atmospheric aerosol measurements, Atmospheric Environment, 2000, 34 1959-1999.17. P.H. McMurry, A review of atmospheric aerosol measurements, Atmospheric Environment, 2000, 34 1959-1999.
18. P. Intra and N. Tippayawong, An overview of differential mobility analyzers for size classification of nanometer-sized aerosol particles, Songklanakarin J. Sci. Technol., 2008, 30 (2), 243-256.18. P. Intra and N. Tippayawong, An overview of differential mobility analyzers for size classification of nanometer-sized aerosol particles, Songklanakarin J. Sci. Technol., 2008, 30 (2), 243-256.
19. S. Dubtsov, T. Ovchinnikova, S. Valiulin, X. Chen, H.E. Manninen, P.P. Aalto, T. Petaja, Laboratory verification of Aerosol Diffusion Spectrometer and the application to ambient measurements of new particle formation, Journal of Aerosol Science, 2017,105, 10-23.19. S. Dubtsov, T. Ovchinnikova, S. Valiulin, X. Chen, H.E. Manninen, P.P. Aalto, T. Petaja, Laboratory verification of Aerosol Diffusion Spectrometer and the application to ambient measurements of new particle formation, Journal of Aerosol Science, 2017, 105, 10-23.
20. A.A. Onischuk, S.V. Vosel, О.V. Borovkova, A.M. Baklanov, V.V. Karasev, and S. di Stasio, Experimental study of homogeneous nucleation from the bismuth supersaturated vapor: Evaluation of the surface tension of critical nucleus, The Journal of Chemical Physics 2012, 136, 224506 (1-18)20. A.A. Onischuk, S.V. Vosel, O.V. Borovkova, A.M. Baklanov, V.V. Karasev, and S. di Stasio, Experimental study of homogeneous nucleation from the bismuth supersaturated vapor: Evaluation of the surface tension of critical nucleus, The Journal of Chemical Physics 2012, 136, 224506 (1-18)
21. A.A. Onischuk, S.V. Valiulin, S.V. Vosel, V.V. Karasev, V.D. Zelik, A.M. Baklanov, Surface tension of sulfur nanoparticles as determined from homogeneous nucleation experiments, Journal of Aerosol Science 2016, 97 1-21.21. A.A. Onischuk, S.V. Valiulin, S.V. Vosel, V.V. Karasev, V.D. Zelik, A.M. Baklanov, Surface tension of sulfur nanoparticles as determined from homogeneous nucleation experiments, Journal of Aerosol Science 2016, 97 1-21.
22. A.A. Onischuk, T.G. Tolstikova, S.V. , A.M. Baklanov, S.V. Valiulin, M.V. Khvostov, I.V. Sorokina, G.G. Dultseva, N.A. Zhukova Ibuprofen, indomethacin and diclofenac sodium nanoaerosol: Generation, inhalation delivery and biological effects in mice and rats, Journal of Aerosol Science 2016, 100 164-177.22.AA Onischuk, TG Tolstikova, SV , AM Baklanov, SV Valiulin, MV Khvostov, IV Sorokina, GG Dultseva, NA Zhukova Ibuprofen, indomethacin and diclofenac sodium nanoaerosol: Generation, inhalation delivery and biological effects in mice and rats, Journal of
23. D.J.H. Vosburgh, T. Klein, M. Sheehan, T.R. Anthony and Т. M. Peters, Design and Evaluation of a Personal Diffusion Battery, 2013, 47:4, 435-44323. D.J.H. Vosburgh, T. Klein, M. Sheehan, T.R. Anthony and T. M. Peters, Design and Evaluation of a Personal Diffusion Battery, 2013, 47: 4, 435-443
24. B. Gorbunov, N.D. Priest, R.B. Muir, P.R. Jackson and H. Gnewuch, A Novel Size-Selective Airborne Particle Size Fractionating Instrument for Health Risk Evaluation, Ann. Occup. Hyg., 2009, 53(3) 225-237.24. B. Gorbunov, N.D. Priest, R.B. Muir, P.R. Jackson and H. Gnewuch, A Novel Size-Selective Airborne Particle Size Fractionating Instrument for Health Risk Evaluation, Ann. Occup. Hyg., 2009, 53 (3) 225-237.
25. S. Cheng and H.C. Yeh, Theory of a screen-type diffusion battery, J. Aerosol Sci. 1980, 11, 313-320.25. S. Cheng and H.C. Yeh, Theory of a screen-type diffusion battery, J. Aerosol Sci. 1980, 11, 313-320.
26. Y.S. Cheng, H.C. Yeh, K.J. Brinsko, Use of Wire Screens as a Fan Model Filter, Aerosol Science and Technology, 1985, 4:2, 165-174.26. Y.S. Cheng, H.C. Yeh, K.J. Brinsko, Use of Wire Screens as a Fan Model Filter, Aerosol Science and Technology, 1985, 4: 2, 165-174.
27. S. Twomey, Comparison of Constrained Linear Inversion and an Iterative Nonlinear Algorithm Applied to the Indirect Estimation of Particle Size Distributions, Journal of Computational Physics 1975, 18, 188-200.27. S. Twomey, Comparison of Constrained Linear Inversion and an Iterative Nonlinear Algorithm Applied to the Indirect Estimation of Particle Size Distributions, Journal of Computational Physics 1975, 18, 188-200.
28. F. Ferri, A. Bassini, and E. Paganini, Modified version of the Chahine algorithm to invert spectral extinction data for particle sizing, APPLIED OPTICS, 1995, 34, No. 25, 5829-5839.28. F. Ferri, A. Bassini, and E. Paganini, Modified version of the Chahine algorithm to invert spectral extinction data for particle sizing, APPLIED OPTICS, 1995, 34, No. 25, 5829-5839.
29. A. Reineking and J. Porstendorfer, High-volume screen diffusion batteries and α-spectroscopy for measurement of the radon daughter activity size distributions in the environment, J. Aerosol Sci., 1986, 17, 873-879.29. A. Reineking and J. Porstendorfer, High-volume screen diffusion batteries and α-spectroscopy for measurement of the radon daughter activity size distributions in the environment, J. Aerosol Sci., 1986, 17, 873-879.
30 Y.S. Bashurova, V. Dreiling, Т.V. Hodger, R. Jaenicke, K.P. Koutsenogii, P.K. Koutsenogii, M. Kraemer, V.I. Makarov, V.A. Obolkin, Y.L. Potjomkin and A.Y. Pusep, Measurements of Atmospheric Condensation Nuclei Size Distributions in Siberia. J. Aerosol Sci., 1992, 23, 191-199.30 Y.S. Bashurova, V. Dreiling, T.V. Hodger, R. Jaenicke, K.P. Koutsenogii, P.K. Koutsenogii, M. Kraemer, V.I. Makarov, V.A. Obolkin, Y.L. Potjomkin and A.Y. Pusep, Measurements of Atmospheric Condensation Nuclei Size Distributions in Siberia. J. Aerosol Sci., 1992, 23, 191-199.
31 Y. Wang and Ch. Yangm, Regularizing active set method for retrieval of the atmospheric aerosol particle size distribution function, J. Opt. Soc. Am. A, 2008, 25, 348-356.31 Y. Wang and Ch. Yangm, Regularizing active set method for retrieval of the atmospheric aerosol particle size distribution function, J. Opt. Soc. Am. A, 2008, 25, 348-356.
32. A. Voutilainen, V. Kolehmainen, F. Stratmann, and J.P. Kaipio, Computational Methods for the Estimation of the Aerosol Size Distributions, in Book: Mathematical Modeling. Problems, Methods, Applications, Edited by L.A. Uvarova and A.V. Latyshev, Springer Science+Business Media, Lle, 2001, New York, Page 219-230.32. A. Voutilainen, V. Kolehmainen, F. Stratmann, and J.P. Kaipio, Computational Methods for the Estimation of the Aerosol Size Distributions, in Book: Mathematical Modeling. Problems, Methods, Applications, Edited by L.A. Uvarova and A.V. Latyshev, Springer Science + Business Media, Lle, 2001, New York, Page 219-230.
33. E.F. Maher, N.M. Laird, EM Algorithm Reconstruction Of Particle Size Distributions From Diffusion Battery Data, J. Aerosol Sci., 1985, Vol. 16, No. 6, pp. 557-570.33. E.F. Maher, N.M. Laird, EM Algorithm Reconstruction Of Particle Size Distributions From Diffusion Battery Data, J. Aerosol Sci., 1985, Vol. 16, No. 6, pp. 557-570.
34. P. Paatero, U. Tapper, P. Aalto and M. Kulmala, Matrix Factorization Methods for Analysing Diffusion Battery Data, J. Aerosol Sci., 1991, Vol. 22, Suppl. 1. pp. S273-S276.34. P. Paatero, U. Tapper, P. Aalto and M. Kulmala, Matrix Factorization Methods for Analysing Diffusion Battery Data, J. Aerosol Sci., 1991, Vol. 22, Suppl. 1. pp. S273-S276.
35. S. Eremenko and A. Ankilov, Conversion of the diffusion battery data to particle size distribution: Multiple Solutions Averaging algorithm (MSA), J. Aerosol Sci., (1995) Vol. 26. Suppl 1, 749-750.35. S. Eremenko and A. Ankilov, Conversion of the diffusion battery data to particle size distribution: Multiple Solutions Averaging algorithm (MSA), J. Aerosol Sci., (1995) Vol. 26.
36. Y. Gulak, E. Jayjock, F. Muzzio, A. Bauer & P. McGlynn, Inversion of Andersen Cascade Impactor Data using the Maximum Entropy Method, Aerosol Science and Technology, 2010, 44:1,29-37.36. Y. Gulak, E. Jayjock, F. Muzzio, A. Bauer & P. McGlynn, Inversion of Andersen Cascade Impactor Data using the Maximum Entropy Method, Aerosol Science and Technology, 2010, 44: 1.29-37.
37. E. Yee, On the interpretation of diffusion battery data, J. Aerosol Sci., 1989, 20, 797-811.37. E. Yee, On the interpretation of diffusion battery data, J. Aerosol Sci., 1989, 20, 797-811.
38. Ankilov, A., Baklanov, A., Colhoun, M., Enderle, K.-H., Gras, J., Junlanov, Yu, Kaller, D., Lindner, A., Lushnikov, A., Mavliev, R., McGovern, F., Mirme, A., , Т.C, Podzimek, J., Preining, O., Reischl, G.P., Rudolf, R., Sem, G.J., Szymanski, W. W., Tamm, E., Vrtala, A.E., Wagner, P.E., Winklmayr, W., & Zagaynov, V. (2002). Intercomparison of number concentration measurements by various aerosol particle counters. Atmospheric Research, 62, 177-207.38. Ankilov, A., Baklanov, A., Colhoun, M., Enderle, K.-H., Gras, J., Junlanov, Yu, Kaller, D., Lindner, A., Lushnikov, A., Mavliev , R., McGovern, F., Mirme, A., , T.C., Podzimek, J., Preining, O., Reischl, GP, Rudolf, R., Sem, GJ, Szymanski, WW, Tamm, E., Vrtala, AE, Wagner, PE, Winklmayr, W., & Zagaynov, V. (2002). Intercomparison of number concentration measurements by various aerosol particle counters. Atmospheric Research, 62, 177-207.
39. Ankilov, A., Baklanov, A., Mavliev, R., & Eremenko, S. (1991). Comparison of the Novosibirsk automated diffusion battery with the Vienna electro mobility spectrometer. Journal of Aerosol Science, 22, S325-S328.39. Ankilov, A., Baklanov, A., Mavliev, R., & Eremenko, S. (1991). Comparison of the Novosibirsk automated diffusion battery with the Vienna electro mobility spectrometer. Journal of Aerosol Science, 22, S325-S328.
40. V.S. Bashurova, K.P. Koutsenogii, A.Y. Pusep, N.V. Shokhirev (1991) Determination of atmospheric aerosol size distribution functions from screen diffusion battery data: mathematical aspects. J. Aerosol Sci. 22, 373-388.40. V.S. Bashurova, K.P. Koutsenogii, A.Y. Pusep, N.V. Shokhirev (1991) Determination of atmospheric aerosol size distribution functions from screen diffusion battery data: mathematical aspects. J. Aerosol Sci. 22, 373-388.
41. Y.S. Cheng, J.A. Keating and G.M. Kanapilly, Theory and calibration of a screen-type diffusion battery, J Aerosol Sci., 1980, 11, 549-556.41. Y.S. Cheng, J.A. Keating and G.M. Kanapilly, Theory and calibration of a screen-type diffusion battery, J Aerosol Sci., 1980, 11, 549-556.
42. Kirsch, A.A., Stechkina, I.B., & Fuchs, N.A. (1975). Studies on fibrous aerosol filters-experimental determination of fibrous filters efficiency in the range of maximum particle penetration. Colloid J. USSR, 1969, 31(2), 227-232.42. Kirsch, A.A., Stechkina, I.B., & Fuchs, N.A. (1975). Studies on fibrous aerosol filters-experimental determination of fibrous filters efficiency in the range of maximum particle penetration. Colloid J. USSR, 1969, 31 (2), 227-232.
43. Stechkina I.В., Kirsch A.A., Fuchs N.A., Studies on fibrous aerosol filters-IV Calculation of aerosol deposition in model filters in the range of maximum penetration, Ann. Occup. Hyg., 1969, 12, 1-8.43. Stechkina I.V., Kirsch A.A., Fuchs N.A., Studies on fibrous aerosol filters-IV Calculation of aerosol deposition in model filters in the range of maximum penetration, Ann. Occup. Hyg., 1969, 12, 1-8.
44. Kirsch, A.A., Stechkina, I.B. Inertial deposition of aerosol particles in model filters at low Reynolds numbers, Journal of Aerosol Science, 1977, 8, 301-307.44. Kirsch, A.A., Stechkina, I.B. Inertial deposition of aerosol particles in model filters at low Reynolds numbers, Journal of Aerosol Science, 1977, 8, 301-307.
45. A.A. Kirsch & P.V. Chechuev, Diffusion Deposition of Aerosol in Fibrous Filters at Intermediate Peclet Numbers, Aerosol Science and Technology, 1985, 4:1, 11-16.45. A.A. Kirsch & P.V. Chechuev, Diffusion Deposition of Aerosol in Fibrous Filters at Intermediate Peclet Numbers, Aerosol Science and Technology, 1985, 4: 1, 11-16.
46. V.A. Kirsh D.A. Pripachkin, A.K. Budyka, Inertial deposition of aerosol particles from laminar flows in fibrous filters, Colloid Journal, 2010, 72(2), 211-215.46. V.A. Kirsh D.A. Pripachkin, A.K. Budyka, Inertial deposition of aerosol particles from laminar flows in fibrous filters, Colloid Journal, 2010, 72 (2), 211-215.
47. P.C. Reist, Aerosol science and technology, (McGraw-Hill Inc., USA, 1993).47. P.C. Reist, Aerosol science and technology, (McGraw-Hill Inc., USA, 1993).
48. Аэрозоли-пыли, дымы и туманы, Ред. П.Л. Фукс, Химия, Ленинград, 1972.48. Dust aerosols, fumes and mists, Ed. P.L. Fuchs, Chemistry, Leningrad, 1972.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017124315A RU2680661C2 (en) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Device for measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles and method of measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017124315A RU2680661C2 (en) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Device for measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles and method of measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017124315A RU2017124315A (en) | 2019-01-09 |
RU2017124315A3 RU2017124315A3 (en) | 2019-01-09 |
RU2680661C2 true RU2680661C2 (en) | 2019-02-25 |
Family
ID=64977446
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017124315A RU2680661C2 (en) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Device for measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles and method of measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2680661C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115356075B (en) * | 2022-08-26 | 2024-08-16 | 西北核技术研究所 | Method for measuring wind tunnel dry deposition speed of atmosphere boundary layer environment |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4463595A (en) * | 1983-02-16 | 1984-08-07 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Parallel flow diffusion battery |
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 |
RU2555353C1 (en) * | 2014-03-04 | 2015-07-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Device to determine spectrum of size of suspended nanoparticles |
RU2558281C1 (en) * | 2014-03-04 | 2015-07-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Method for determining spectrum of sizes of suspended nanoparticles |
-
2017
- 2017-07-07 RU RU2017124315A patent/RU2680661C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4463595A (en) * | 1983-02-16 | 1984-08-07 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Parallel flow diffusion battery |
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 |
RU2555353C1 (en) * | 2014-03-04 | 2015-07-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Device to determine spectrum of size of suspended nanoparticles |
RU2558281C1 (en) * | 2014-03-04 | 2015-07-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Method for determining spectrum of sizes of suspended nanoparticles |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГОСТ Р 8.755-2011, ДИСПЕРСНЫЙ СОСТАВ ГАЗОВЫХ СРЕД. Определение размеров наночастиц методом диффузионной спектрометрии. П.4-6. Романов П. С., Пантелова Х.М, "Возможности применения диффузионной аэрозольной спектрометрии для определения среднего размера частиц нанодисперсных порошков", Территория науки, номер 2, 2016, С.47-52. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017124315A (en) | 2019-01-09 |
RU2017124315A3 (en) | 2019-01-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Johnson et al. | Measuring aerosol size distributions with the aerodynamic aerosol classifier | |
Amaral et al. | An overview of particulate matter measurement instruments | |
Rosenberg et al. | Particle sizing calibration with refractive index correction for light scattering optical particle counters and impacts upon PCASP and CDP data collected during the Fennec campaign | |
JP2016526671A (en) | Method and apparatus for dilution of aerosol | |
Dick et al. | Optical shape fraction measurements of submicrometre laboratory and atmospheric aerosols | |
Johnson et al. | Measuring the bipolar charge distribution of nanoparticles: Review of methodologies and development using the Aerodynamic Aerosol Classifier | |
Leith et al. | Development of a transfer function for a personal, thermophoretic nanoparticle sampler | |
Onischuk et al. | Aerosol diffusion battery: The retrieval of particle size distribution with the help of analytical formulas | |
Montgomery et al. | Structural change of aerosol particle aggregates with exposure to elevated relative humidity | |
Wang et al. | Rapid measurement of sub-micrometer aerosol size distribution using a fast integrated mobility spectrometer | |
US9222856B2 (en) | Measurement of particle morphology using filtration | |
Gensdarmes | Methods of detection and characterization | |
Fierz et al. | Theoretical and experimental evaluation of a portable electrostatic TEM sampler | |
Chen et al. | Light scattering intensity field imaging sensor for in situ aerosol analysis | |
Flagan | Differential mobility analysis of aerosols: a tutorial | |
Kaur et al. | Laboratory evaluation of the Alphasense OPC-N3, and the Plantower PMS5003 and PMS6003 sensors | |
Tan | Laboratory evaluation of low to medium cost particle sensors | |
RU2680661C2 (en) | Device for measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles and method of measuring the spectrum of dimensions of aerosol particles | |
Brostrøm et al. | Improving the foundation for particulate matter risk assessment by individual nanoparticle statistics from electron microscopy analysis | |
Chicea et al. | An advanced sensor for particles in gases using dynamic light scattering in air as solvent | |
Lee et al. | Comparison of experimental and theoretical heterogeneous nucleation on ultrafine carbon particles | |
Park et al. | A granular bed for use in a nanoparticle respiratory deposition sampler | |
Yang et al. | An integrated system for automated measurement of airborne pollen based on electrostatic enrichment and image analysis with machine vision | |
RU2340885C2 (en) | Method of measuring spectrum of dimensions of condensation nuclei of aerosol particles and device to that end | |
Onischuk et al. | Aerosol diffusion battery: Analytical inversion from noisy penetration data |