Сканирующий анализатор подвижности частиц ( SMPS ) — это аналитический прибор , который измеряет размер и численную концентрацию аэрозольных частиц диаметром от 2,5 нм до 1000 нм. [1] Они используют непрерывную, быструю сканирующую технику для обеспечения измерений с высоким разрешением.
Исследуемые частицы могут иметь биологическую или химическую природу. Прибор может использоваться для измерения качества воздуха в помещениях, выхлопных газов транспортных средств, [2] исследований биоаэрозолей , атмосферных исследований и токсикологических испытаний.
Анализируемый воздух прокачивается через ионизирующий источник (или нейтрализатор), который установит известное распределение заряда. Затем воздействие электрического поля в DMA изолирует определенный диаметр частицы, который является функцией напряжения, генерирующего поле (значение напряжения, соответствующее значению диаметра частицы, которая проходит через DMA). Наконец, эти частицы того же диаметра будут подсчитаны оптическим устройством (CPC). [3] Входное отверстие для анализируемого воздуха может быть оснащено ударной головкой.
Головка удара или фракционирующая головка — это устройство, которое использует принципы механики жидкости для улавливания, с помощью инерции, самых крупных частиц, присутствующих в воздухе. Таким образом, входное отверстие для отбора проб SMPS защищено от крупной пыли и насекомых, воздух, который в него попадает, содержит только мелкие частицы, подлежащие количественному определению. [4] Обычно их называют «входом PM10» или «входом PM2.5».
Затем поток воздуха проходит через ионизирующий источник. Отобранный воздух будет подвергаться воздействию высоких концентраций положительных и отрицательных ионов, после определенного количества столкновений распределение заряда будет стабильным и известным. Нейтрализатор также используется для устранения электростатических зарядов с аэрозольных частиц. Распределение заряда от нейтрализатора является сбалансированным распределением заряда, которое следует закону Больцмана. [5]
Затем образец поступает в дифференциальный анализатор подвижности. Воздух и аэрозоль (распределение заряда которого теперь сбалансировано и известно) затем вводятся в канал воздушного потока. Центральный трубчатый электрод и еще один концентрический электрод генерируют электрическое поле в этом пути жидкости. В канале частицы подвергаются воздействию однородного электрического поля и потока воздуха. Затем частицы движутся со скоростью, которая зависит от их электрической подвижности. При заданном напряжении только частицы определенного диаметра будут следовать по этому каналу до тех пор, пока не выйдут; меньшие и большие будут врезаться в электроды. [6]
Воздух теперь содержит только частицы определенного диаметра. Поток вводится в CPC, конденсационный счетчик частиц , который измеряет концентрацию частиц в образце аэрозоля. CPC работает, используя конденсацию паров бутанола на частицах, присутствующих в образце воздуха. Частицы подвергаются воздействию паров бутанола, нагретых до 39 °C. Пары бутанола конденсируются на частицах, увеличивая их размер и, таким образом, облегчая их оптическое обнаружение. Затем частицы подвергаются воздействию лазерного луча, и каждая частица рассеивает свет. Пики интенсивности рассеянного света непрерывно подсчитываются и выражаются в частицах/см 3 .
Результаты, полученные с помощью этого типа устройства, таким образом, включают распределение размеров частиц в воздухе непрерывно. DMA будет генерировать напряжение вперед и назад между своими электродами от 0 до 10 000 В, что соответствует диапазону измерений от 8 нм до 800 или 1000 нм, а CPC будет количественно определять каждый из этих диаметров.