De gegevens krijgen die je nodig hebt met deeltjesmetingen

De gegevens krijgen die u nodig hebt met deeltjesmetingen

Door Patricia B. Keady, SI Incorporated Shoreview, Minnesota
Geredigeerd uit Indoor Environment Connections november 2000, Volume 2, Nummer 1

Deeltjes, groot en klein, zijn een belangrijke factor bij het handhaven van een goede binnenluchtkwaliteit. Beheersmaatregelen, zoals verbeterd huishoudelijk onderhoud, geüpgradede filters of een goed ontworpen afzuiging, zijn meestal eenvoudige acties. Echter, het kiezen van de juiste controle hangt af van het beschikken over de juiste gegevens voor besluitvorming. Veel instrumenten, die verschillende technologieën gebruiken, zijn momenteel beschikbaar om deze realtime informatie te bieden. De vraag is: ?Welke technologie is geschikt voor mijn toepassing??

Fotometers, optische deeltjesmeters (OPC's) en condensatie-deeltjesmeters (CPC's) meten allemaal deeltjes in de lucht in realtime. Elke technologie heeft een unieke gevoeligheid voor specifieke deeltjeskenmerken zoals grootte, massa en brekingsindex. Tabel 1 somt de basisverschillen in prestaties op. Let vooral op het groottebereik voor elk en de bovengrens van de concentraties tussen OPC's en CPC's. Tabel 2 geeft een overzicht van typische toepassingen voor elke meettechnologie.

Fotometers

Vaak gebruikt voor industriële werkplekstudies en emissiebewaking, zijn fotometers goed geschikt voor het beoordelen van menselijke blootstelling aan aerosolen in specifieke groottefracties in realtime. Ze gebruiken conventionele lichtverspreidingstechnologie om deeltjesmassa-concentraties nauwkeurig te schatten. De werking van een typische fotometer wordt weergegeven in Figuur 1. Een monster wordt in het instrument gezogen door een continu werkende pomp. De groottefracties van interesse worden aerodynamisch ?afgesneden? uit de luchtstroom bij de monsterspoort met behulp van een impactor of een cyclone. De meest interessante groottefracties zijn respirabel, thoracaal, PM10, PM2.5 en PM1.0. Het groottegeclassificeerde monster passeert door een focusneus en komt in de fotodetector-sensorkamer. Een laserdiode zendt licht uit door een focusoptiek. Wanneer het licht in contact komt met de deeltjes, wordt het in alle richtingen verstrooid. Een fotodetector zet dit licht om in een spanning, die is gekalibreerd tegen een bekende aerosol-massa-concentratie (mg/m3). In sommige instrumenten wordt een deel van het monster uit de hoofd-luchtstroom gezogen, gefilterd en opnieuw ingebracht als omhullingslucht. De omhullingslucht omringt het deeltjesmonster om de optiek van het instrument te beschermen tegen vervuiling. Fotometers meten typisch de deeltjesgrootte van 0,1 tot 10 μm in diameter met concentraties van 0,01 tot 100 mg/m3 of meer. Fotometers kunnen geen deeltjes onder 0,1 μm (ultrafijne deeltjes) zien omdat deze te klein zijn om detecteerbare hoeveelheden licht te verstrooien. Fotometers meten het totale signaal van een ?wolk? van deeltjes en zijn niet ontworpen om individuele deeltjes te detecteren, zelfs niet wanneer ze relatief groot zijn.

De meeste fotometers zijn gekalibreerd tegen een standaard teststof, vaak aangeduid als Arizona Road Dust. Deze kalibratie is een goede benadering voor de meeste omgevingsaerosolen. Omdat optische metingen afhankelijk zijn van de deeltjesgrootte en materiaaleigenschappen, kan het voorkomen dat een aangepaste kalibratie de nauwkeurigheid voor een specifiek aerosol verbetert.

Optische deeltjesmeters

Optische deeltjesmeters meten de grootte en het aantal deeltjes door het licht te detecteren dat door individuele deeltjes wordt verstrooid. Ze werden traditioneel gebruikt voor monitoring in cleanrooms, maar vinden tegenwoordig ook toepassing bij filtertesten, milieubewaking buiten en binnen, en studies naar de binnenluchtkwaliteit. Enkelvoudige deeltjes worden door een gefocuste laserstraal gezogen en produceren een flits van licht, zoals geïllustreerd in Figuur 2. De intensiteit van het verstrooide licht is een complexe functie van de diameter, vorm en brekingsindex van het deeltje, evenals de golflengte van het licht en de geometrie van de optische detector. Een fotodetector meet de hoeveelheid licht die elk deeltje verstrooit en registreert een telling voor elk gekalibreerd groottebereik of bakje.

Het gemeten groottebereik ligt typisch tussen 0,3 en 20 μm in diameter, en de aantalconcentratie is beperkt tot maximaal 2.000.000 deeltjes/ft3 (70 deeltjes/cm3). OPC's worden gekalibreerd met perfect uniforme, bolvormige polystyreen latex-kralen van bekende brekingsindex. De gemeten grootte van een onbekend deeltje is daarom de ?lichtverstrooiingsgelijkwaardige grootte? vergeleken met het bekende kalibratie-deeltje. De werkelijke fysieke grootte kan hier sterk van afwijken.

Condensatie-deeltjesmeters

Condensatie-deeltjesmeters, soms aangeduid als condensatie-nucleusmeters, zijn gespecialiseerde instrumenten die heel kleine deeltjes eerst vergroten tot een optisch detecteerbare grootte. Ze blinken uit in het tellen van deeltjes in groottebereiken die onzichtbaar zijn voor OPC's en fotometers. CPC's worden gebruikt voor diverse toepassingen, variërend van het testen van de pasvorm van ademhalingsmaskers tot milieubewaking en basisonderzoek. Ze zijn bijzonder geschikt voor het traceren van binnenluchtverontreinigingen naar hun bron. Zoals weergegeven in Figuur 3 worden deeltjes continu in het instrument gezogen en door een warme alcoholdamp geleid. Het mengsel stroomt vervolgens door een condensorsectie waar de alcoholdamp op de deeltjes condenseert en ze ?groeit? tot grotere druppels. De individuele druppels passeren vervolgens door het brandpunt van een laserstraal, wat een flits van licht produceert. Elke lichtflits wordt geteld als één deeltje.

Het gemeten groottebereik ligt typisch tussen onder 0,02 en boven 1,0 μm in diameter. De aantalconcentratie varieert van nul tot meer dan 500.000 deeltjes/cm3 (15.000.000.000 deeltjes/ft3). De concentratiemeting hangt niet af van de grootte of materiaaleigenschappen van het deeltje.

Alle drie de typen instrumenten—fotometers, optische deeltjesmeters en condensatie-deeltjesmeters—hebben hun plaats in IAQ-onderzoeken. Het afstemmen van de juiste technologie op uw specifieke toepassing zal de gegevens opleveren die u nodig hebt om de luchtkwaliteit in uw gebouw te begrijpen en te verbeteren. Fotometers, die massa-concentratie meten, bieden de benodigde gegevens om te vergelijken met luchtkwaliteitsnormen en richtlijnen. OPC's geven aanvullende inzichten in het aantal deeltjes en de groottebereiken van de middelgrote deeltjes om de waarschijnlijke bron en gezondheidsimpact te identificeren. Tot slot bieden CPC's inzicht in de ultrafijne deeltjes die nu naar voren komen als een belangrijke nieuwe IAQ-metriek die mogelijk een significante rol speelt in de gezondheid en het comfort van gebouwbewoners.

TSI Incorporated is een wereldwijde leverancier van innovatieve instrumenten voor de veiligheid, het comfort en de gezondheid van mensen. De vertegenwoordigers en distributeurs van TSI over de hele wereld richten zich op het helpen van klanten bij het oplossen van unieke meetproblemen gerelateerd aan binnenluchtkwaliteit, ventilatie, fit-testing van ademhalingsmaskers, gasdetectie en deeltjesmonsters.