【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，清華大學環(huán)境學院蔣靖坤教授研究組合作研發(fā)出一種通用冷凝粒子計數(shù)器(CPC)。該儀器既可以使用醇，也可以使用水作為工作液體，實現(xiàn)了對氣溶膠粒子的高效檢測。新儀器已在北京、上海、深圳等城市大氣環(huán)境站和黑龍江龍鳳山、云南香格里拉、新疆阿克達拉等區(qū)域大氣本底站開展了應(yīng)用。
 

　　CPC在顆粒物飛行過程中將過飽和蒸汽冷凝在其表面，使之長大成為微米級液滴，并在線通過光學檢測器實現(xiàn)顆粒物計數(shù)。該儀器廣泛適用于環(huán)境監(jiān)測、機動車尾氣檢測、凈化過濾、工業(yè)環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。CPC產(chǎn)生蒸氣的工作液體通常有正丁醇、異丙醇、水等。由于醇和水理化性質(zhì)不同，現(xiàn)有CPC針對不同工作液體使用了不同的結(jié)構(gòu)，分別形成了醇基CPC和水基CPC。醇基CPC易使疏水顆粒物長大，目前使用較為廣泛，但會釋放醇蒸氣，易引入雜質(zhì)氣體。水基CPC易使親水顆粒物長大，在環(huán)境暴露監(jiān)測、半導體無塵室和無塵工藝檢測等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。研制兼容醇和水的通用冷凝粒子計數(shù)器有助于實現(xiàn)各應(yīng)用場景的無縫切換，可根據(jù)具體的應(yīng)用需求和條件選擇使用最合適的工作液體。
 

圖1.通用冷凝粒子計數(shù)器示意圖
 

　　研究團隊通過理論模擬和實驗研究，設(shè)計了一種兼容醇和水的通用蒸發(fā)室和冷凝室結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整蒸發(fā)室蒸發(fā)溫度、冷凝室冷凝溫度、光散射強度等參數(shù)，創(chuàng)造了適宜的醇蒸氣和水蒸氣過飽和冷凝生長環(huán)境，在同一臺CPC應(yīng)用醇和水實現(xiàn)了氣溶膠粒子的高精度檢測。評測通用CPC的計數(shù)效率，使用正丁醇時，50%計數(shù)效率對應(yīng)的顆粒物直徑分別為10納米(氯化鈉)和7納米(銀)；使用水時，50%計數(shù)效率對應(yīng)的顆粒物直徑均在3納米左右。另外，當環(huán)境露點溫度高于冷凝室冷凝溫度時，通用CPC還能從空氣中收集水汽，用來補給工作液體，實現(xiàn)CPC的長期自維持運行。新儀器不僅提高了CPC的適用性和靈活性，還為各應(yīng)用場景提供了更加高效經(jīng)濟的解決方案。
 

圖2.通用冷凝粒子計數(shù)器的計數(shù)效率
 

圖3.運行醇和水工作液體的示意圖
 

　　9月3日，相關(guān)研究成果以“使用醇和水作為工作液體的通用冷凝粒子計數(shù)器”(A convertible condensation particle counter using alcohol or water as the working fluid)為題，發(fā)表于《氣溶膠科學與技術(shù)》(Aerosol Science and Technology)。
 

　　清華大學環(huán)境學院2019級博士生李怡然和核研院助理研究員陳小彤為論文共同第一作者，蔣靖坤為論文通訊作者，重要合作作者包括環(huán)境學院郝吉明院士、2022級博士生吳金、科研助理張強以及核研院研究員張振中。研究得到國家重大科研儀器研制項目的支持。