Способ измерения среднего размера аэрозольных частиц

Союз Советскик Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВ ВТИЛЬСТВУ(22) Заявлено 1 ЮЮ 9 (21) 2817645/16-23с присоединением заявки Йо(51)М, КЛ.З 6 01 Н 15/00//6 01 И 15/02 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(54 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО РАЗМЕРА АЭРОЭОЛЬНИХ ЧАСТИЦИзобретение относится к анализу.аэродисперсных систем, а именно копределению среднего размера частиц,н может быть использовано при решении задач охраны окружающей среды,при исследовании ядер ионденсации исубмикронных частиц, в медицине дляконтроля дисперсности частиц в аэрозолетерапии, для анализа аэрозолей,предназначенных для испытания фильт-ровеИзвестен способ измерения разме"ров аэрозольных частиц путем ихпредварительной зарядки газовымиионами и последующим измерением злектрической подвижности частиц в электрических анализаторах 11 .Однако этот способ чрезвычайносложен, требует. прецизионной аппаратуры и может быть использован 20только в стационарных условиях,Наиболее близок к предлагаемомуспособ измерения среднего размерачастиц, который используется дляконструирования переносной измерительной аппаратуры, основанный наопределении доли заряженных частиц.По этому способу аэрозоль пропуска"ют через зону зарядки, облучаемую,ионизирующим излучением, где образу ются ионы обоих знаков и некоторая доля частиц заряжается положительно или отрицательно, а другая доля час тнц остается незаряженной, причем тем большая, чем меньше размер час" тиц. Далее поток разноименно заряженных и незаряженных частиц пропус" кают через к 6 нденсатор, на обкладки которого подают разность потенциалов, в результате чего заряженные частицы осаждаются, а прошедшие че" рез конденсатор незаряженные частицы измеряют регистратором, например фотометром. По доле заряженных частиц приближенно с помощью известных теоретических формул или по калибровочной кривой оценивают средний размер частиц 21. Однако указанным способом измерение частиц возможно лишь в сравнительно узком интервале размеров, а именно 15 " 300, нм по радиусу, и, кроме того, на точность измерений существенное влияние оказывает постоянное присутствие вкаждом исследуемом аэрозоле неконтролируемых газообразных примесей, влияющих на спектр биполярных ионов, и следователь но,и на долю заряженных частиц, чтов свою очередь, ведет к большой погрешности при определении среднего размера частиц, которая составляет 20-30 для крупных и свыше 100 для самых мелких частиц.Для существующих задач исследования аэрозолей нужен столь же быстРыйс но более точный метод измерения частиц, в том числе в диапазоне более мелких размеров.Цель изобретения - расширение диапазона средних размеров измеряемых аэрозольных частиц от 1,5 до 500 нм по радиусу и увеличение точности измерения частиц.Поставленная цель достигается тем,что в способе измерения среднего размера аэрозольных частиц зарядку частиц ведут, контролируя величину ионной проводимости газа в зоне зарядки и время нахождения частиц в заряднойкамере, и по величине их произведения щсудят о размере частиц,На чертеже показано зарядное устройство.Способ осуществляется следующим образом.Исследуемый поток частиц пропускают через зарядное устройство 1, в зону 2 зарядки которого через сеточный заземленный электрод 3 втягиваются униполярные ионы, образуемые в источники униполярных ионов. Униполярные ионы втягиваются в зону 2 зарядки вследствие небольшой напряженности (порядка 50-100 В/см ) внешнего электрического полн, создаваемого между заземленным сеточным электродом 3 и противоэлектродом 5, причем вектор напряженности электрическогополя Е, в зоне 2 зарядки имеет противоположное направление вектору напряженности поля Е в источнике 4 уни- Щполярных ионов. Время зарядки частиц определяется скоростью течения аэрозоля в зарядном устройстве 1 и его длиной.Как и в известном способе, в зоне зарядки заряжается определенная доля исследуемых частиц, но в отличие от него в результате захвата униполярных газовых ионов, причем эта долятем больше, чем больше размер частици бОльше параметр с 1. другая долячастиц остается незаряженной. Долю за-ряженных частиц определяют, например, как отношение концентрации частиц в протоке на выходе иэ электрического конденсатора 6 при вклюЧенной и выключенной разности потенциалов между обкладками конденсатора.По величине доли униполярно заряженных частиц при фиксированном значении с по калибровочной кривой или расчетным :путем находят средний радиус аэрозольных частиц.П р и м е р 1, Поток аэрозолей дибутилфталата пропускают через зарядное устройство 1, величина ионной проводимости в котором составляет С = 2 10 Ом "м . Время пребывания частиц в зарядном устройстве 1 равно 0 5 с. После прохождения потока тиц чечас"через электрический конденсатор отйошение концентрации частиц при включенной разности потенциалов, соответствующей напряженности поля Е - 10 нВ/см, к концентрации частиц при Е = 0 составляет 0,61. Этой величине доли заряженных частиц при с = 10 ц Ом м /с соответствует средний радиус частиц г = 500 нм. Погрешность измерения составляет не более 10, в то время как в известном способе погрешность измерения превышает 25,П р и м е Р 2. Поток частиц диэтилгексилсебацината пропускают через зарядное устройство 1, в котором с - 9,04 10 " Омм; время пребывания частиц равно 0,5 с. Измеренная доля заряженных частиц составляет 0,5.При с = 4,52 10 1 О Ом м "/с этой доле соответствует средний радиус частиц г = 9,2 нм. Погрешность измерения составляет не более 12, погрешность измерения известным способом превышает 100.П р и м е р 3, При исследованииаэрозоля БаСЮ доля заряженных частиц при том же параметре зарядки, как и в примере 2, оказывается равной 0,1, что соответствует среднему радиусу г = 1,5 нм, Погрешность измерения при этом не превышает 15. Способом, использующим биполярную зарядку, средний радиус этих частиц нельзя измерить.Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что при зарядке частиц униполярными ионами в диффузионном Режиме, во-первых, расширяется диапазон измерений, например нижний предел среднего размера измеряемых частиц (т.е. чувствительность способа) увеличивается в 10 раэ до 1,5 нм вместо 15 нм по прототипу, а верхний предел возрастает почти в 2 раза. Во-вторых, исключается влияние всегда присутствующих неконтролируемых газообразных примесей в потоке аэро" золя на точность измерения. Это оказалось возможным благодаря впервые обнаруженному авторами явлению, заключающемуся в том, что во"первых, величина параметра с однозначно определяет долю заряженных частиц данного радиуса г и, во-вторых, при поддержании в зоне зарядки постоянной величины с 1 изменение спектра подвижности и массы газовых ионов не влияет на долю заряженных частиц.Этот факт пока не нашел теоретического объяснения.894480 Формула изобретения Составитель В.Алексеевдактор Н.Безродная Техред М. Нада КорректорС. Шекмар/б 7ВНИИПИпо д5, Моск аказ 11 Т аж 910 По ственного комитета С бретений и открытийРаушская наб., д. исноеР осуди ам из Ж130 илиал ППП "Патент", г Ужгород,ул.Проектная,4 Способ измерения среднего размера аэрозольных частиц, основанный на зарядке частиц униполярными ионами в диффузионном режиме, по величине доли заряженных частиц, о т л ич а ю ш и й с я тем, что, с целью расширения диапазона размеров измеряемых частиц и повышения точности измерения путем исключения влияния спектра газовых ионов на долю заряженных частиц, зарядку частиц ведут, контролируя величину ионной проводимости газа в зоне зарядки и время нахождения частиц в зарядной камере,и по величине их произведения судято размере частиц.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кпцгвоп Е, ИЬ 1 Ьу К; Едц 1 рвеп 1Меавцгеаепг. ой Аеговой ЕВес 1 г 1 с МоЬ 121 у Мотпеп 1 в.- 7 оцгпаВ оГ АеговойЯс 1 епсе, 1975, 9 б, р. 453-481.2. Кееге Р., Но 3 ай Р.Р Н 1 сй Т,А.Сйагде Еср 11 Ьг 1 цщ 1 п АеговоЕ.в Ассогд 1 пд го Юе Во 61 гщапу 1 ою,-Ргосеед 1 пд ой Юе НоуаВ Тг 1 вп Асадевуфф,Вес,А,1959, б 0, Р 27, р. 253-256 (прототип).