SU894480A1

SU894480A1 - Method of measuring aerosol particle average dimension

Info

Publication number: SU894480A1
Application number: SU792817645A
Authority: SU
Inventors: Александр Александрович Кирш; Александр Васильевич Загнитько
Original assignee: Предприятие П/Я А-7629
Priority date: 1979-09-17
Filing date: 1979-09-17
Publication date: 1981-12-30

Description

Изобретение относитчз к анализу, аэродисперсных систем, а именно к определению среднего размера частиц и может быть использовано при petueнии задач охраны окружающей среды, при исследовании дер ионден ации и субмикронных частиц, в медицине дл контрол дисперсности частиц в аэрозолетерапии , дл анализа аэрозолей, предназначенных дл испытани фильтров . Известен способ измерени размеров аэрозольных частиц путем их предварительной зар дки газовыми ионами и последующим измерением электрической подвижности частиц в электрических анализаторах tlj. Однако этот способ чрезвычайно сложен, требует прецизионной аппаратуры и может быть использован только в стационарных услови х. Наиболее близок к предлагаемому способ измерени среднего размера частиц, который используетс дл конструировани переносной измерительной аппаратуры, основанный на определении доли зар женных частиц. По этому способу аэрозоль пропуск ют через зону зар дки, облучаемую ионизирующим излучением, где образу1ЮТСЯ ионы обоих знаков и некотора дол частиц зар жаетс положительно или отрицательно, а дфуга дол частиц остаетс незар женной, причем тем больша , чем меньше размер частиц . Далее поток разноименно зар женных и незар женных частиц пропускают через конденсатор, на обкладки которого подают разность потенциалов , в результате чего зар женные частицы осаждаютс , а прсниедшие чере конденсатор незар женные частицы измер ют регистратором, например Фотометром. По доле зар женных частиц приближенно с помощью известных теоретических формул или по ка тиброгочной кривой оценивают средний размер частиц 2J. Однако указанным способом измерение частиц возможно лишь в сравнительно узком интервале размеров, а именно 15 - 300, нм по радиусу, и, кроме того, на точность измерений существенное вли ние оказывает посто нное присутствие вкаждом иссле- дуемом аэрозоле неконтролируемых газообразных примесей, вли ющих Н4 спектр бипол рных ионов,и следователь но,и на долю зар женных частиц, чтоThe invention relates to the analysis of aerodisperse systems, namely, the determination of the average particle size and can be used in the petition of environmental protection tasks, in the study of ionization and submicron particles, in medicine to control the dispersion of particles in aerosol therapy, for the analysis of aerosols intended for test filters. A known method of measuring the size of aerosol particles by pre-charging them with gas ions and then measuring the electrical mobility of the particles in electrical analyzers tlj. However, this method is extremely complicated, requires precision equipment, and can only be used in stationary conditions. Closest to the proposed method of measuring the average particle size, which is used to construct portable measuring equipment, based on the determination of the proportion of charged particles. In this method, the aerosol is passed through a charge zone irradiated by ionizing radiation, where ions of both signs are formed and a certain fraction of particles are positively or negatively charged, and the fraction of particles remains uncharged, and the larger the smaller the particle size. Next, a stream of oppositely charged and uncharged particles is passed through a capacitor, on the plates of which a potential difference is applied, as a result of which charged particles are deposited, and the uncharged particles measured through the capacitor are measured by a recorder, for example, a photometer. From the fraction of charged particles, the average particle size 2J is estimated approximately using well-known theoretical formulas or from a catholyological curve. However, in this way, the measurement of particles is possible only in a relatively narrow range of sizes, namely, 15 - 300 nm along the radius, and, moreover, the accuracy of measurements is significantly affected by the constant presence of uncontrollable gaseous impurities affecting H4 in each test aerosol. the spectrum of bipolar ions, and therefore, and to the fraction of charged particles, which

в свою очередь, ведет к большой погрешности при определении среднего размера частиц, котора составл ет 20-30% дл крупных и свыше 100% дл самых мелких частиц.in turn, leads to a large error in determining the average particle size, which is 20-30% for large and over 100% for the smallest particles.

Дл существующих задач исследовани аэрозолей нужен столь же быстрый , но более точный метод измерени частиц, в том числе в диапазоне более мелких размеров.For existing aerosol research tasks, an equally fast, but more accurate method of measuring particles is needed, including in the range of smaller sizes.

Цель изобретени - расширение диапазона средних размеров измер емых аэрозольных частиц от 1,5 до 500 им по радиусу и увеличение точности измерени частиц.The purpose of the invention is to expand the range of average sizes of measured aerosol particles from 1.5 to 500 times the radius and increase the accuracy of particle measurements.

Поставленна цель достигаетс тем что в способе измерени среднего размера аэрозольных частиц зар дку частиц ведут, контролиру величину ионной проводимости газа в зоне зар дки и врем нахождени частиц в зар дной камере, и по величине их произведени суд т о размере частиц.This goal is achieved by the fact that, in the method of measuring the average size of aerosol particles, the particles are charged, they control the ionic conductivity of the gas in the charging zone and the time the particles are in the charging chamber, and the size of the particles is determined by their magnitude.

На чертеже показано-зар дное устройство .The drawing shows a charging device.

Способ осуществл етс следующим образом.The method is carried out as follows.

Исследуемый поток частиц пропускают через зар дное устройство 1, в зону 2 зар дки которого через сеточный заземленный электрод 3 вт гиваютс унипол рные ионы, образуемые в источники унипол рных ионов. Унипол рные ионы вт гиваютс в зону 2 зар дки вследствие небольшой напр женности (пор дка 50-100 В/см ) внешнего электрического пол , создаваемого между заземленным сеточным электродом 3 и противоэлектродом 5, причем вектор напр женности электрического пол Б, в зоне 2 зар дки имеет противоположное направление вектору напр женности пол Е в источнике 4 унипол рных ионов. Врем зар дки частиц определ етс скоростью течени аэрозол в зар дном устройстве 1 Иего длиной.The studied particle flux is passed through the charging device 1, into the charging zone 2 of which, through a grid grounded electrode 3, unipolar ions are formed, which are formed into sources of unipolar ions. The unipolar ions are drawn into the charging zone 2 due to the small intensity (about 50–100 V / cm) of the external electric field created between the grounded grid electrode 3 and the counter electrode 5, the intensity vector of the electric field B being charged The model has the opposite direction to the vector of field strength E in source 4 of unipolar ions. The charge time of the particles is determined by the flow rate of the aerosol in the charging device 1 Its length.

Как и в известном способе, в зоне зар дки зар жаетс определенна дол исследуемых частиц, но в отличие от него в результате -захвата унипол рных газовых ионов, причем эта дол тем больше, чем больше размер частиц и больше параметр ct. Друга дол частиц остаетс незар женной. Долю з р женных частиц определ ют, например как отношение концентрации частиц в протоке на выходе из электрического конденсатора б при включенной и выключенной разности потенциалов между обкладками конденсатора.As in the known method, a certain fraction of the particles under study is charged in the charging zone, but, unlike it, as a result of the capture of unipolar gas ions, this fraction increases with the particle size and the parameter ct. Another portion of the particles remains uncharged. The proportion of particles is determined, for example, as the ratio of the concentration of particles in the duct at the outlet of the electric capacitor b with the potential difference turned on and off between the capacitor plates.

По величине доли унипол рно зар женных частиц при фиксированном значении ct по калибровочной кривой или расчетным путем наход т средний радиус аэрозольных частиц.From the magnitude of the fraction of unipolarly charged particles at a fixed value of ct, the average radius of aerosol particles is determined from the calibration curve or by calculation.

Пример 1. Поток аэрозолей дибутилфталата пропускают через зар дное устройство 1, величина ионнойExample 1. A stream of dibutyl phthalate aerosols is passed through a charging device 1, the ionic value

проводимости в котором составл ет С- - Врем пребывани частиц в зар дном устройстве 1 равно 0,5 с. После прохождени потока частиц .через электрический конденсатор отношение концентрации частиц при включеннойразности потенциалов, соответствующей напр женности пол Е 10 ив/см, к концентрации частиц при Е О составл ет 0,61. Этой величине доли„зар женных частиц при 10 Ом м/с соответствует средний радиус частиц га 500 нм. Погрешность измерени составл ет не боее 10%, в то врем как в известном способе погрешность измерени превыает 25%.the conductivity in which is C- - The residence time of the particles in the charging device 1 is 0.5 s. After the passage of a stream of particles through an electric capacitor, the ratio of the concentration of particles at the included potential difference, corresponding to a field strength of E 10 w / cm, to the concentration of particles at E 0 is 0.61. This value of the fraction of charged particles at 10 Ω m / s corresponds to an average particle radius of 500 nm. The measurement error is not less than 10%, while in the known method the measurement error exceeds 25%.

Пример 2. Поток частиц диэтилгексилсебацината пропускают через зар дное устройство 1, в котором с Example 2. A stream of particles of diethylhexyl sebacate is passed through a charging device 1, in which

, У г 04-10 Ом-м ; врем пребывани частиц равно 0,5 с. Измеренна дол зар женных частиц составл ет О,5.При ct 4,52-10- ОмWe этой доле соответствует средний радиус частиц, G 04-10 ohm; the residence time of the particles is 0.5 s. The measured fraction of the charged particles is O, 5. In ct 4.52-10-OmWe, this fraction corresponds to the average particle radius

2 нм. Погрешность измерени составл ет не более 12%, погрешность измерени известным способом превышает 100%. 2 nm. The measurement error is not more than 12%, the measurement error in a known manner exceeds 100%.

Пример 3. При исследовании аэрозол NaC;E дол зар женных частиц при том же параметре зар дки, как и в примере 2, оказываетс равной 0,1, что соответствует среднему радиусу г 1,5 нм. Погрешность измерени при этом не превышает 15%. Способом, использующим бипол рную зар дку, средний радиус этих частиц нельз измерить .Example 3. In the study of aerosol NaC; E, the length of charged particles with the same charging parameter as in example 2 is 0.1, which corresponds to an average radius of 1.5 nm. The measurement error does not exceed 15%. By using a bipolar charge method, the average radius of these particles cannot be measured.

Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что при зар дке частиц унипол рными ионами в диффузионном режиме, во-первых, расшир етс диапазон измерений, например нижний предел среднего размера измер емых частиц (т.е. чувствительность способа ) увеличиваетс в 10 раз до 1,5 нм вместо 15 нм по прототипу, а верхний предел возрастает почти в 2 раза.The advantage of the proposed method is that when particles are charged with unipolar ions in the diffusion mode, firstly, the range of measurements expands, for example, the lower limit of the average size of the measured particles (i.e., the sensitivity of the method) increases 10 times to 1 , 5 nm instead of 15 nm by the prototype, and the upper limit increases almost 2 times.

0 Во-вторых, исключаетс вли ние всегда присутствующих неконтролируемых газообразных примесей в потоке аэрозол на точность измерени . Это оказалось возможным благодар впервые0 Secondly, the influence of the always present uncontrolled gaseous impurities in the aerosol stream on the measurement accuracy is excluded. This was possible thanks to the first time.

5 обнаруженному авторами влению, заключающемус в том, что во-первых, величина параметра ct однозначно определ ет долю зар женных частиц данного радиуса г и, во-вторых, при подп держании в зоне зар дки посто нной величины ct изменение спектра подвижности и массы газовых ионов не вли ет на долю зар женных частиц. Этот факт пока не нашел теоретического объ снени .5 that the authors found out the fact that, firstly, the value of the parameter ct uniquely determines the fraction of charged particles of a given radius r and, secondly, when the constant value of ct changes in the area of mobility and gas mass ions does not affect the proportion of charged particles. This fact has not yet found a theoretical explanation.

Claims

1.Knutson E. Whitby K; Equipment Measurement of Aeroeot EB.ectric MobiEity Moments. –7ournaE of AerosoE Science, 1975, 6, p. 453-481.

2.Keefe P.,. Nogan P.3i Rich T.A. According to the BoEtrmany | jOW, -ProTeeding for the Roya Trish Academy,

; Sec.A, 1959, 60, 27, p. 253-256 (prototype).

X