Získání potřebných údajů pomocí měření částic

Získání potřebných dat pomocí částicových měření

Patricia B. Keady, SI Incorporated Shoreview, Minnesota
Vytisknuto z Indoor Environment Connections listopad 2000, Svazek 2, Číslo 1

Partikulární, velké i malé, jsou důležitým faktorem při udržování dobré kvality vnitřního ovzduší. Opatření kontroly, jako je zlepšení úklidu, vylepšení filtrů nebo správný návrh odtahu, jsou obvykle jednoduchými kroky. Výběr správné kontroly však závisí na správných datech pro rozhodování. V současné době je k dispozici mnoho přístrojů, které využívají různé technologie, aby poskytly tyto informace v reálném čase. Otázka zní ?Která technologie je vhodná pro mou aplikaci??

Fotometry, optické počítače částic (OPC) a kondenzátorové počítače částic (CPC) měří vzdušné částice v reálném čase. Každá technologie má jedinečnou citlivost na specifické vlastnosti částic, jako je velikost, hmotnost a index lomu. Tabulka 1 shrnuje základní rozdíly ve výkonu. Zvláštní pozornost věnujte rozsahu velikostí u každé a horní hranici koncentrací počtu mezi OPC a CPC. Tabulka 2 shrnuje typické použití každé měřicí technologie.

Fotometry

Často používané pro průmyslové studie na pracovištích a monitorování emisí jsou fotometry vhodné pro posuzování lidské expozice aerosoly specifických velikostních frakcí v reálném čase. Používají konvenční technologii rozptylu světla k odhadu koncentrací částicové hmoty. Provoz typického fotometru je znázorněn na obrázku 1. Vzorek je nasáván do přístroje pomocí neustále běžícího čerpadla. Velikostní frakce zájmu je aerodynamicky „odříznuta“ od vzdušného proudu na vstupu vzorku pomocí impaktoru nebo cyklónu. Nejzajímavější velikostní třídy jsou dýchatelné, thorakální, PM10, PM2.5 a PM1.0. Velikostně tříděný vzorek prochází zaostřovací tryskou a vstupuje do komory detektoru světla. Laserová dioda vysílá světlo skrze zaostřovací optiku. Jakmile světlo přijde do kontaktu s částicemi, je rozptýleno ve všech směrech. Fotodetektor toto světlo přemění na napětí, které je kalibrováno proti známé koncentraci aerosolu (mg/m3). U některých přístrojů je část vzorku nasávána z hlavního vzdušného proudu, filtrována a znovu zaváděna jako ochranný vzduch. Ochranný vzduch obklopuje vzorek částic, aby chránil optiku přístroje před znečištěním. Fotometry obvykle měří velikostní rozsah částic od 0,1 do 10 μm v průměru s koncentracemi od 0,01 do 100 mg/m3 nebo více. Fotometry nemohou „vidět“ částice menší než 0,1 μm (ultrafine částice), protože jsou příliš malé na to, aby rozptylovaly detekovatelná množství světla. Fotometry měří souhrnný signál od „mraku“ částic a nejsou určeny k detekci jednotlivých částic, i když jsou relativně velké.

Většina fotometrů je kalibrována proti standardnímu testovacímu prachu, běžně označovanému jako Arizona Road Dust. Tato kalibrace je dobrým odhadem pro většinu okolních aerosolů. Protože optická měření závisí na velikosti částic a vlastnostech materiálu, může být někdy vhodné provést vlastní kalibraci, která zlepší přesnost pro konkrétní aerosol.

Optické počítače částic

Optické počítače částic měří velikost částic a početní koncentraci detekcí světla rozptýleného od jednotlivých částic. Tradičně se používaly pro monitorování čistých prostor, ale v poslední době našly uplatnění při testování filtrů, venkovském monitorování životního prostředí a studiích kvality vzduchu uvnitř budov. Jednotlivé částice jsou nasávány skrze zaostřený laserový paprsek a vytvářejí záblesk světla, jak je znázorněno na obrázku 2. Intenzita rozptýleného světla je složitou funkcí průměru, tvaru a indexu lomu částice, stejně jako vlnové délky světla a geometrie optického detektoru. Fotodetektor měří množství světla, které každá částice rozptýlí, a zaznamenává počet pro každou kalibrovanou velikostní kategorii nebo „bin“.

Mezioborový rozsah měření je obvykle od 0,3 do 20 μm v průměru a početní koncentrace je omezená na maximálně 2 000 000 částic/ft3 (70 částic/cm3). OPC jsou kalibrovány s dokonalými homogenními, kulovitými latexovými korálky ze styrenu s známým indexem lomu. Měřená velikost neznámé částice je tedy „ekvivalentní velikost rozptylu světla“ ve srovnání s kalibrační částicí. Skutečná fyzická velikost však může být výrazně odlišná od této.

Kondenzátorové počítače částic

Kondenzátorové počítače částic, někdy označované jako kondenzátorové jádrové počítače, jsou specializované přístroje, které nejprve zvětšují velmi malé částice na opticky detekovatelnou velikost. Vynikají při počítání částic v rozmezí velikostí, které jsou neviditelné pro OPC a fotometry. CPC se používají pro různé aplikace, od testování správného nasazení respirátorů po studie znečištění ovzduší v prostředí a základní výzkum. Jsou zvlášť vhodné pro sledování vnitřních znečišťujících látek až ke zdroji. Jak je znázorněno na obrázku 3, částice jsou neustále nasávány do přístroje a procházejí teplou alkoholovou parou. Směs pak proudí přes kondenzátorovou část, kde se alkoholová pára kondenzuje na částicích a „roste“ je do větších kapek. Tyto jednotlivé kapky pak procházejí ohniskem laserového paprsku, čímž vzniká záblesk světla. Každý záblesk je počítán jako jedna částice.

Obvykle měřený rozsah velikostí je od pod 0,02 do nad 1,0 μm v průměru. Početní koncentrace se pohybuje od nuly do více než 500 000 částic/cm3 (15 000 000 000 částic/ft3). Měření koncentrace nezávisí na velikosti nebo vlastnostech materiálu částice.

Všechny tři typy přístrojů — fotometry, optické počítače částic a kondenzátorové počítače částic — mají své místo při vyšetřování kvality vnitřního ovzduší. Vybrání vhodné technologie pro vaši konkrétní aplikaci vám poskytne data, která potřebujete k pochopení a zlepšení kvality vzduchu ve vašem objektu. Fotometry, které měří koncentraci hmoty, poskytují nezbytná data pro srovnání s normami a směrnicemi kvality ovzduší. OPC poskytují další porozumění počtu částic a velikostním rozsahům středních částic, což pomáhá identifikovat pravděpodobný zdroj a dopad na zdraví. Nakonec CPC nabízejí pohled na ultrajemné částice, které se nyní objevují jako důležitý nový ukazatel kvality vnitřního ovzduší, jež může hrát významnou roli ve zdraví a pohodě obyvatel budov.

TSI Incorporated je celosvětovým dodavatelem inovativních přístrojů pro bezpečnost, pohodlí a zdraví lidí. Zástupci a distributoři TSI po celém světě se zaměřují na pomoc zákazníkům při řešení jedinečných měřicích problémů souvisejících s kvalitou vnitřního ovzduší, ventilací, testováním správného nasazení respirátorů, detekcí plynů a sběrem částic.