Az adatok beszerzése, amire szüksége van, részecskekísérletekkel

Az adatok beszerzése a részecskemérésekkel

Patricia B. Keady, SI Incorporated Shoreview, Minnesota által
Újranyomtatva az Indoor Environment Connections 2000. novemberi számából, 2. kötet, 1. szám

A részecskék, nagyok és kicsik egyaránt, fontos tényezők a jó beltéri levegőminőség fenntartásában. A szabályozási intézkedések, mint például a jobb takarítás, fejlettebb szűrők vagy megfelelő kipufogótervezés, általában egyszerű lépések. Azonban a megfelelő szabályozás kiválasztása attól függ, hogy rendelkezésre állnak-e a helyes adatok a döntéshozatalhoz. Számos műszer, különböző technológiákat alkalmazva, jelenleg elérhető, hogy valós idejű információkat szolgáltasson. A kérdés az: „Melyik technológia a megfelelő az én alkalmazásomhoz?”

A fotométerek, optikai részecskeszámlálók (OPC-k) és kondenzációs részecskeszámlálók (CPC-k) mind mérik a levegőben lévő részecskéket valós időben. Minden technológia egyedi érzékenységgel rendelkezik bizonyos részecsketulajdonságokra, például méretre, tömegre és törésmutatóra. Az 1. táblázat összegzi az alapvető teljesítménybeli különbségeket. Különösen figyelmet érdemel a mérettartomány mindegyik esetében, valamint az OPC-k és CPC-k közötti koncentrációs felső határ. A 2. táblázat összegzi az egyes mérési technológiák tipikus alkalmazásait.

Fotométerek

Gyakran használják ipari munkahelyi vizsgálatokhoz és kibocsátásfigyeléshez, a fotométerek jól alkalmasak az emberi expozíció értékelésére bizonyos méretfrakciójú aeroszolok esetében valós időben. A hagyományos fényszóródási technológiát alkalmazva közelítik meg a részecskemassza-koncentrációkat. Egy tipikus fotométer működése az 1. ábrán látható. A mintát egy folyamatosan működő szivattyú szívja be az eszközbe. Az érdeklődésre számot tartó méretfrakció aerodinamikusan „kivágásra” kerül a levegőáramból a mintabevezetőnél, akár ütköző vagy ciklon segítségével. A legfontosabb méretosztályok a belélegezhető, mellkasi, PM10, PM2.5 és PM1.0. A méret szerint osztályozott minta egy fókuszáló fúvókán keresztül halad, és belép a fotodetektor érzékelőkamrájába. Egy lézerdió fényt bocsát ki fókuszáló optikák segítségével. Amikor a fény találkozik a részecskékkel, minden irányban szóródik. A fotodetektor ezt a fényt feszültséggé alakítja, amelyet egy ismert aeroszol-massza koncentráció (mg/m3) ellenőrzése mellett kalibrálnak. Egyes műszereknél a minta egy részét a fő levegőáramból szívják ki, szűrik, majd visszavezetik burkoló levegőként. A burkoló levegő körülveszi a részecskemintát, hogy megvédje az eszköz optikáját a szennyeződéstől. A fotométerek általában 0,1 és 10 μm közötti részecskeméret-tartományt mérnek, koncentrációjuk pedig 0,01 és 100 mg/m3 vagy több lehet. A fotométerek nem „látnak” 0,1 μm alatti részecskéket (ultrafinom részecskék), mivel ezek túl kicsik ahhoz, hogy észlelhető mennyiségű fényt szórjanak. A fotométerek a részecskék „felhőjéből” összegzett jelet mérik, és nem az egyes részecskék detektálására vannak tervezve, még akkor sem, ha azok viszonylag nagyok.

A legtöbb fotométer kalibrálva van egy standard tesztporral, amit általában Arizona Road Dustnak neveznek. Ez a kalibráció jó közelítést ad a legtöbb környezeti aeroszolra. Mivel az optikai mérések a részecske méretétől és anyagtulajdonságaitól függenek, időnként egy egyedi kalibráció javíthatja a mérés pontosságát egy adott aeroszol esetében.

Optikai részecskeszámlálók

Az optikai részecskeszámlálók a részecskeméretet és a részecskeszám koncentrációt mérik azzal, hogy észlelik a fényt, amit az egyes részecskék szórnak. Hagyományosan tisztatéri monitorozásra használták, de az utóbbi időben alkalmazzák szűrőtesztelésben, kültéri környezeti megfigyelésben és beltéri levegőminőség vizsgálatokban is. Egyes részecskék egy fókuszált lézerfényen haladnak át, és villanás szerű fényt bocsátanak ki, ahogy a 2. ábra mutatja. A szórt fény intenzitása összetett függvénye a részecske átmérőjének, alakjának, törésmutatójának, a fény hullámhosszának és az optikai detektor geometriájának. A fotodetektor mérni tudja, hogy minden részecske mennyi fényt szór, és minden kalibrált méret vagy tartomány szerint számol.

A mérhető mérettartomány általában 0,3 és 20 μm közötti átmérő, a részecskeszám pedig legfeljebb 2 000 000 részecske/ft3 (70 részecske/cm3). Az OPC-ket tökéletesen egységes, gömb alakú polisztirol latex gyöngyökből készült refrakciós indexszel kalibrálják. Ezért egy ismeretlen részecske mérete a „fényszórási ekvivalens méret”, összehasonlítva a kalibrációs részecskével. A tényleges fizikai méret ettől eltérhet.

Kondenzációs részecskeszámlálók

A kondenzációs részecskeszámlálók, néha kondenzációs magkalkulátoroknak nevezve, speciális műszerek, amelyek először nagyon kicsi részecskéket optikailag észlelhető méretűre növelnek. Kiválóak olyan mérettartományok mérésében, amelyek láthatatlanok az OPC-k és a fotométerek számára. CPC-ket különféle alkalmazásokban használják, kezdve a légzésvédő maszkok illeszkedésének tesztelésétől a környezeti levegőszennyezés vizsgálatáig, illetve alapkutatásban. Különösen alkalmasak beltéri szennyező források követésére. Ahogy az a 3. ábrán látható, a részecskéket folyamatosan beszívják az eszközbe, és meleg alkoholgőzön keresztül haladnak. A keverék ezután egy kondenzátor szakaszon megy át, ahol az alkoholgőz kondenzálódik a részecskéken, és „növeli” azokat nagyobb cseppekké. Ezek a cseppek átmennek egy lézerfény fókuszpontján, és villanás szerű fényt bocsátanak ki. Minden ilyen fényvillanás egy részecskét jelent.

A mérhető mérettartomány általában 0,02 μm alattitól 1,0 μm felettiig terjed. A részecskeszám koncentrációja 0-tól több mint 500 000 részecske/cm3-ig terjed (15 milliárd részecske/ft3). A koncentráció mérését nem befolyásolja a részecske mérete vagy anyagtulajdonságai.

Mindhárom típusú műszer — fotométerek, optikai részecskeszámlálók és kondenzációs részecskeszámlálók — helyük van az IAQ vizsgálatokban. A megfelelő technológia kiválasztása az adott alkalmazáshoz biztosítja a szükséges adatokat az épület levegőminőségének megértéséhez és javításához. A fotométerek, amelyek a tömegsűrűséget mérik, megadják az alapvető adatokat az levegőminőségi szabványokkal és irányelvekkel való összehasonlításhoz. Az OPC-k további betekintést nyújtanak a részecskeszám-koncentrációkba és a közepes méretű részecskék tartományába, segítve a forrás és az egészségügyi hatások azonosítását. Végül a CPC-k betekintést adnak az ultrafinom részecskékbe, amelyek mostanra fontos új IAQ-metrikává váltak, és jelentős szerepet játszhatnak az épületlakók egészségében és komfortjában.

TSI Incorporated világszerte szállít innovatív műszereket az emberek biztonsága, kényelme és egészsége érdekében. A TSI képviselői és forgalmazói világszerte arra összpontosítanak, hogy segítsenek ügyfeleiknek megoldani az egyedi mérési problémákat, amelyek az beltéri levegőminőséggel, szellőztetéssel, légzésvédő illeszkedés tesztelésével, gázdetekcióval és részecskeméréssel kapcsolatosak.