利用aps分析大气气溶胶数浓度和质量浓度

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第24卷第5期中国科学院研究生院学报Vo1．24No．52007年9月JournaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciencesSeptember2007文章编号：1002．1175(2007)05．0710．04简报利用APS分析大气气溶胶数浓度和质量浓度王蓓刘建国刘增东黄书华(中国科学院安徽光学精密机械研究所，中国科学院环境光学与技术重点实验室，合肥230031)(2007年1月19日收稿；2007年6月12日收修改稿)WangB，LiuJG，

2、LiuZD，eta1．AnalysisofaerosolnumberconcentrationandmSSSconcentrationusingAPS．JournaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences，2007，24(s)：710—713摘要利用自行研制的空气动力学粒谱仪(APS：aerodynamicparticlesizer)和颗粒物质量监测器振荡天平(taperedelementoscillatingmicrobalance，TEOM)测量了合肥市郊大气气溶胶的粒子数浓度与质量浓

3、度．在对二者进行相关性分析的基础上，运用多元回归方法，得出了利用粒子数浓度谱获取颗粒物(PM。)质量浓度谱的经验公式；同时分析了合肥市初夏PM的质量浓度在PM。的质量浓度中所占比例，以及PM。的数浓度和质量浓度的日变化特征，以期对合肥市大气污染总量控制方案及对策提供科学依据．关键词数浓度，质量浓度，数浓度谱，空气动力学粒径中图分类号X131．11引言由于大气气溶胶粒子的数浓度和质量浓度均与人们的健康密切相关，是近年来气溶胶研究中最重要的2个参数，因此，人们期望能够发展一种既可以测量大气气溶胶粒子的数浓度又可以测量其质量浓度的仪器．然而目前测量大气

4、气溶胶参数的仪器功能比较单一，至今还没有一台仪器能够既测量气溶胶粒子数浓度，又可以测其质量浓度．某些国外仪器虽然能同时给出气溶胶粒子数浓度和质量浓度的数据(如MSP公司的Model1000XP宽范围粒径谱仪)，但都是将颗粒物母体密度当做1的情况下，由测得的数浓度根据经验公式推出质量浓度，这种做法仅能给出质量浓度的变化趋势．本课题组近期在国家863计划支持下，研制了一台实时测量大气气溶胶空气动力学直径的数浓度谱仪器——空气动力学粒谱仪(aerodynamicparticlesizer，APS)，且发展了一种在不需要估算颗粒物母体密度的情况下，由气溶

5、胶粒子的数浓度计算出质量浓度的经验方法，实现了一种仪器的多种用途．2仪器和实验2006年5月15日至2006年6月20日在合肥对大气气溶胶进行了测量．测量地点位于合肥市西郊董铺岛．岛上车流量较小，空气质量相对较干净．使用的仪器主要有本单位受国家863计划支持自行研制并通过验收的空气动力学粒谱仪*国家高技术研究发展计划(863)项目(2002AA641020)和中国科学院知识创新工程重要方向项目(KJCX2．SWH08)资助CE-mail：wangbei@aiofm．ac．ca维普资讯http://www.cqvip.com第5期王蓓，等：利用AP

6、S分析大气气溶胶数浓度和质量浓度7ll(aerodynamicpartielesizer，APS)和颗粒物质量监测器振荡天平(taperedelementoscillatingmicrobalance，TEOM)．APS是一种利用气溶胶粒子的空气动力学原理和光学特性来测量粒子空气动力学直径的仪器．其主要依据是Prather等人提出的双束激光的空气动力学粒径测量方法．1980年，Dahneke第一次提出了气溶胶粒子的飞行速度与其粒径大小有关的观点．气溶胶粒子束在发生绝热超声膨胀过程中，由于粒子的惯性不同，气溶胶粒子将获得一个速度分布(一般在百米每秒

7、数量级)，较小的粒子获得较大的速度，而较大的粒子则获得较小的速度．利用这个性质，先用已知粒径的标准粒子得到粒子飞行速度与粒径大小之间的关系的定标曲线，有了此定标曲线，以后只要测出待测气溶胶粒子的飞行速度即可得到该粒子粒径的大小．仪器原理如图1所示．气溶胶粒子从外喷口流出后，被2束连续激光照射．这2束激光相距一定距离，且垂直照射在粒子的飞行轴线上，粒子与激光束碰撞产生的散射光先后经过同一椭球面反射镜会聚到雪崩二极管(APD：avalanchephotodiode)上，APD产生的电信号经过放大整形，输入我们设计的时标电路．通过该电路可以得到气溶胶粒

8、子在这2束激光间的飞行时间，从而获得粒子的数浓度谱．通过自行研制的APS，可以测量空气动力学直径在0．5～2Om之间的气溶胶粒子数浓度．