气溶胶颗粒密度测量方法研究

摘要

气溶胶是指大气中分散均匀的固体或液体微粒组成的相对稳定的多相体系，比如粉尘、烟、飞灰、雾等都属于气溶胶范畴。无处不在的气溶胶不仅与大气污染、气候变化等密切相关，更对人类的身体健康有着重要影响。除此之外，气溶胶研究对工业、农业、国防等也有重要作用。正因为气溶胶颗粒与人类的生活、生产活动关系密切，气溶胶的研究逐渐引起学者们的关注。其研究可以追溯到十九世纪末，早期的气溶胶分析技术有扫描电子谱、高效液相色谱及离子色谱等。二十世纪七十年代，具有高探测灵敏度及广动态范围的质谱技术被应用到气溶胶的研究领域。传统的质谱分析技术主要有激光微探针和二次离子质谱等，但这些技术存在一定的缺点和局限性。所以时间和空间分辨率极高的在线测量气溶胶质谱方法应运而生，当前应用广泛的是采用激光解吸附电离方式的飞行时间质谱仪。为了充分认识气溶胶粒子在大气环境中的作用，目前的研究对象已不单是气溶胶粒子的粒径和化学组分，更多的学者加入到对气溶胶颗粒其他的性质的探索研究，如颗粒的浓度分布、光学性质、颗粒形状、密度及云凝结核的活性等。本文在前人研究的基础上，采用TSI3940气溶胶发生器联用飞行时间质谱仪的方法，依据气溶胶空气动力学粒径与迁移粒径间的关系对气溶胶颗粒密度测量方法进行探索研究。
　　全文共计四个章节，第一章为背景介绍，简述了气溶胶的概念、来源、颗粒物理化学性质、研究气溶胶颗粒的意义和影响及质谱分析方法，并对颗粒密度的研究现状做了简要介绍。第二章主要是实验装置和实验方法，对实验过程用到的气溶胶飞行时间质谱仪的各个组成系统和功能做了详细说明，简要介绍了两种不同粒径范围的气溶胶发生器，并陈述了测量气溶胶颗粒密度的实验原理及方法。第三章是实验与结果部分，首先着重对气溶胶空气动力学粒径标定进行了实验，采用DOP作为标准粒径的气溶胶颗粒，得到两个粒径段的标定曲线。然后对TSI3940的多电荷现象，仪器对单颗粒的粒径测量精度，以及颗粒散射光信号与颗粒的粒径间的关系进行探讨。最后利用颗粒密度的测量方法对DOP测量以检测系统稳定性，再运用该方法对硫酸铵等三种盐类气溶胶和橄榄油颗粒进行颗粒密度测量。实验结果表明：利用该方法可以测得相当吻合的球形颗粒的密度，因为颗粒的形状因子及相对湿度的存在对计算结果有一定的影响，非球形颗粒测量得到的是有效颗粒密度。尽管如此，颗粒密度的测量对质谱归属也有着重要的作用。第四章主要是对主要工作的总结和未来实验的展望。

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第一章 综述

1 .1 引言

1 .2 气溶胶的物理化学性质

1 .3 气溶胶的作用和影响

1 .4 气溶胶检测方法

1 .5 课题研究现状

第二章 实验装置及功能

2 .1 气溶胶飞行时间质谱仪

2.2振动孔气溶胶粒子发生器TSI 3450

2 .3 空气动力学粒子粒径测量仪3 32 1

2.4亚微米单分散气溶胶发生器TSI 3940

2 .5 实验原理和方法

第三章 气溶胶颗粒密度的测量

3 .1 标定空气动力学粒径

3.2 TSI 3940粒子流的多电荷现象

3 .3 探究单颗粒测径精度

3 .4 颗粒光散射强度与粒径的关系

3 .5 颗粒密度测量

第四章 总结与展望

4 .1 总结

4 .2 展望

参考文献:

校内期间所做的工作

致谢