一种新型软X 射线气溶胶荷电器的开发与评测 #br#

现有荷电器对 1∼3 nm 气溶胶的通过效率和荷电效率都较低。研发了一种新型软 X 射线气溶胶双极荷电器, 通过结构设计的改进极大地提高了 3 nm 以下气溶胶的通过效率, 同时该荷电器对不同粒径气溶胶的本征荷电效率仍 与现有荷电器相近。实验室评测结果表明: 在 1 L·min−1 流量下, 新型荷电器对 3 nm 以下不同粒径气溶胶的通过效率 与 TSI 3088 软 X 射线荷电器相比可提高 175%∼300%; 在 2.5 L·min−1 流量下, 可提高 115%∼173%。同时, 新型荷电器 对 10∼40 nm 及 3 nm 以下气溶胶的本征荷电效率与目前广泛使用的 Fuchs 稳态理论近似公式计算得出的荷电效率及 其他类似荷电器的实测荷电效率基本吻合。相对于现有的商业荷电器, 该新型荷电器对 3 nm 以下气溶胶有着更高的 表观荷电效率, 具有潜在的应用价值。     

用MFRSR仪器观测气溶胶光学厚度

气溶胶对激光大气传输有着重要的影响。MFRSR(多光谱旋转遮蔽影带辐射计)是一种用于地基辐射和气溶胶测量的仪器。该仪器使用自动旋转影带技术同时在七个波段交替进行总的水平辐射和漫射水平辐射测量,然后推算得出直接辐射。其中6个波段的中心波长分别是414.3nm,495.3nm,613.7nm,671.5nm,867.6nm,939.3nm,还有一个硅探测器进行宽波段太阳总辐射测量。本文首先介绍了MFRSR仪器及其定标和资料处理方法,然后利用香河观测站2004-2005年MFRSR观测资料,分析了气溶胶的统计特性。为了说明利用MFRSR观测气溶胶光学厚度的可靠性,我们将MFRSR与AERONET的观测结果进行了比较,结果表明二者在500nm、670nm和870nm三个波段的平均偏差分别为-0.021,-0.009,-0.004;标准差分别为0.067,0.051,0.050。文中还对造成二者偏差的原因进行了讨论。     

气溶胶单粒子的检测效率与基质辅助激光解吸电离研究

利用基质辅助激光解吸电离(MALDI)技术,在自行研制的气溶胶飞行时间质谱仪(ATOFMS)上实时探测单个生物气溶胶粒子的粒径和化学成分。采用双束激光空气动力学方法进行气溶胶粒子粒径的测量,并用266 nm的Nd∶YAG激光器对粒子进行激光解吸电离。以2,5-二羟基苯甲酸(DHB)和芥子酸为基质,对多肽生物样品进行了实验研究。质谱峰中质子化的分析物阳离子是在气相时,和基质通过质子转移反应形成的;而分析物碱金属加和物阳离子是在气相离子分子反应中,通过气相阳离子转移反应形成的。气溶胶粒子的检测效率为0.01%左右,命中率为10%左右。实验结果表明,该仪器可以满足大气中气溶胶单粒子的实时在线检测。     

基于光声光谱技术的大气气溶胶吸收系数测量

气溶胶光吸收特性是影响气溶胶大气辐射强迫的重要因素,光声光谱技术被认为是测量气溶胶光吸收特性的理想方法之一。利用扫描电迁移率粒径谱仪和自行设计的气溶胶吸收光声光谱仪对合肥郊区大气气溶胶的粒径分布和吸收系数进行了连续测量,获得了某一时段大气气溶胶粒径谱和吸收系数的变化趋势,分析发现大气气溶胶的吸收系数与其数浓度和粒径分布存在较好的正相关性,且碳质气溶胶的排放是影响该地区大气气溶胶光吸收特性的主要原因。     

敦煌辐射校正场典型气溶胶垂直廓线的激光雷达观测

激光雷达可以获取气溶胶的三维信息。在2010年中国辐射校正场（Chinese Radiometric Calibration Site,CRCS2010）试验中,利用一部米散射激光雷达获取了敦煌辐射校正场区域15天的观测数据。利用经典的Fernald反演方法得到了这一区域的大气气溶胶消光系数垂直廓线并分析了其对辐射定标的影响。观测结果表明敦煌地区在从近地面到2～4 km处存在着一层气溶胶浓度高值层。用于辐亮度辐射定标的飞机飞行高度需要大于此高度,以避开气溶胶高浓度层的影响。并利用MODTRAN(MODerate resolution atmospheric TRANsmission))辐射模式中的气溶胶廓线与实测气溶胶廓线分别进行辐射模拟,对于FY3/MERSI各可见-近红外通道都有不同程度的差异,其中蓝通道（<500 nm）有4%～5%的辐射差异。     

基于傅里叶变换红外光谱技术测量气溶胶中硫酸盐的含量

气溶胶化学组成复杂,对硫酸盐含量进行定量分析时,基体干扰不明确,标准加入法具有可以消除基质效应的特点,而红外光谱具有测量速度快,操作简单等优势,因此实验利用标准加入法与红外光谱相结合的方法对气溶胶中SO42-的含量进行测量。在SO42-的标准加入量为0~0.3636 mg·m L-1范围内时,标准加入量与吸光度值之间线性关系良好,相关系数为0.974,回归方程为A=0.4720m。利用差谱技术对回归方程系数进行了验证实验,准确率为98.5%,同时对已知SO42-含量的气溶胶加标样品进行回收率实验,平均回收率为99.56%。实验结果说明此方法有效的消除了基质效应对SO42-定量分析的影响,为以后快速、实时测量气溶胶中硫酸盐含量建立了基础。     

太阳光度计校正系数对气溶胶光学厚度测量误差的影响

分析了太阳光度计测量大气气溶胶光学厚度时,由于校正系数的不确定性而产生的误差.利用推导的误差分析公式,模拟了校正系数在不同相对误差的情况下导致的气溶胶光学厚度的绝对误差;模拟结果显示,校正系数的相对误差小于+2%时可以满足气溶胶光学厚度的测量精度.     

秋季我国北黄海海区气溶胶光学特性的观测与分析

2007年10月份中国海洋大学的东方红2号科考船在北黄海海区进行了为期12天的秋季908航次的数据测量实验,实验中使用了日本PREDE公司生产的POM01-MKII 7波段全自动天空辐射计对该海区上空的大气进行了观测,获取了大量的气溶胶光学数据.对光学数据处理后得到了气溶胶光学厚度(AOT)、单次散射反照率(SSA)、气溶胶粒径体积谱分布.结果表明:在无云晴天的情况下,500 nm处的AOT最大值在0.36以下,870 nm的AOT值在0.15以下,有雾或阴霾情况下AOT值偏大,是无云情况下的5倍左右;从单次散射反照率来看,该海区上空在秋季气溶胶有吸收的情况,离岸近,吸收较强,离岸远,吸收较弱;从粒径体积谱分布来看,陆源聚类粒子含量的高低与气溶胶的吸收有很大的关系.     

基于线阵光电传感器的高精度气溶胶粒径浓度测量

本文提出一种使用一维线阵光电传感器作为测量装置的方法,实现气溶胶粒径与浓度的高精度测量。通过流速气溶胶粒径瞬态直接成像计算的手段,进行实时区域尺度范围内气溶胶的浓度检测。其理论模型首次采用了线阵光电传感器与高倍显微物镜的物像共轭放大成像,避免常规误差较大的全散射米氏光学模型,同时克服了面阵成像瞬时采样的弛豫效应,计算量少且测量精度较高。实验结果表明,系统可检测的气溶胶粒子范围在1~10 m区间,测量误差优于8%。     

利用双角度光学粒子计数器测量大气气溶胶质量浓度

针对大气气溶胶质量浓度的测量在城市污染监测中的重要性,提出了利用双角度光学粒子计数器测量大气气溶胶质量浓度的方法,该方法利用气溶胶粒子体积谱和密度来计算气溶胶质量浓度,可以对不同粒径范围的气溶胶质量浓度进行计算,最后采用2004年9月和2007年11月在北京测量的数据对计算的PM10和PM2.5进行验证,证明此方法是可行的.该方法对使用光学方法测量气溶胶质量浓度具有参考意义.     

光子相关光谱法测量不同浓度金颗粒粒径的测量时间分析

研究不同浓度下金颗粒粒径的测量时间。介绍了PCCS法（光子交叉相关光谱法）测量纳米颗粒粒径的基本原理。运用PCCS法测量了不同时间不同浓度下平均粒径为24.5 nm的金颗粒粒径。测量结果表明,相同的测量时间,悬浮液浓度越高,多次测量标准差越小;相同的悬浮液浓度下,测量时间越长,多次测量结果标准差越小。拟合了各个浓度下测量结果标准差与测量时间之间的曲线,利用拟合曲线,可根据需要的测量精度,选择在该浓度下的测量时间。     

基于二甘醇的气溶胶粒径谱仪在测量3 nm 以下颗粒物时的性能比较

近年来, 基于二甘醇的气溶胶粒径谱仪被广泛用于 3 nm 以下气溶胶颗粒物的粒径谱测量, 探究比较这些仪器 的性能对于粒径谱的准确测量有着重要的意义。对基于二甘醇的扫描电迁移率粒径谱仪 (DEG-SMPS) 和颗粒物粒径 放大器 (PSM) 进行了比较研究。在实验室标定过程中, 为让 PSM 获得更可靠的数据, 建议尽可能将标定范围设定至 大于 4 nm, 以减少 3 nm 以上的颗粒物在数据反演过程中的影响, 还可以增加 PSM 数据反演的粒径范围。研究表明, PSM 和 DEG-SMPS 在测量小于 3 nm 的颗粒物数浓度时, 结果较为一致。在外场观测的每个新粒子生成天, 这两种仪 器之间的数浓度相关性均很好 (r2 >0.75)。但 PSM 与 DEG-SMPS 总数浓度比值的斜率在 1.4 到 4.5 之间变化, 推测可 能是由于新粒子生成的颗粒物化学组分的不同导致的。此外, 一些不可忽略的不确定因素, 如两台仪器标定检测效 率所产生的不确定度以及 DEG-SMPS 使颗粒物带电时荷电效率的不确定度等, 也可能导致该比对结果的差异。由于 DEG-SMPS 使用静电气溶胶分级器 (DMA) 对颗粒物的粒径进行区分, 而 PSM 是通过改变二甘醇的过饱和度以激活 不同粒径的颗粒物, 进而通过数据反演来对粒径进行区分, 因此 DEG-SMPS 的粒径分辨率比 PSM 要高。但 PSM 在低 颗粒物数浓度的环境中表现更好, 包括一些较弱的新粒子生成天, 这是因为 PSM 不需要使颗粒物带电, 从而避免了 3 nm 以下颗粒物的极低的荷电效率的问题。因此相比于 DEG-SMPS, PSM 不容易受到凝聚核粒子计数器 (CPC) 的计数 误差带来的影响。总的来说, PSM 和 DEG-SMPS 都足以用于测量 3 nm 以下颗粒物的粒径谱分布, 有助于更好地进行 新粒子生成过程的研究, 结果中仍然存在的部分不可忽略的不确定性问题需要在未来的研究中进一步解决。     

海盐颗粒物光散射特性的理论和实验研究

以海洋区域大气中主要的无机盐颗粒物NaNO_3和NaCl为例,研究大气中α-蒎唏与O_3光化学反应生成的低挥发性二次气溶胶(SOA)包覆无机盐颗粒物后,对其光散射性质的影响。采用TSI 3563积分浊度仪测量包覆前后的气溶胶颗粒物对450 nm,550 nm和700 nm光的散射能力,同时采用经典的Mie核-壳双层结构光散射理论预测光散射系数。研究结果表明,当SOA包覆层的厚度相对于无机盐颗粒物的直径非常小时,采用Mie核-壳理论模型能够很好地预测有机包覆层对核光散射性质的影响。当无机盐颗粒物的直径一定、有机物的相对含量增加时,光散射能力将会降低,相对于纯的盐颗粒物,这将减轻它们对能见度的影响,但是也会抵消由于温室气体引起的对流层变暖。     

基于泰伯-莫尔条纹的激光波前曲率半径测量

为了精确测量激光波前曲率半径,提出了基于泰伯-莫尔条纹技术的波前曲率半径测量方法,建立了激光波前曲率半径测量理论分析模型。对波前曲率半径与莫尔条纹倾角的关系、系统测量不确定度进行了分析,完成了激光波前曲率半径测量系统的设计,构建了测量系统,并对口径为200mm的激光发射系统的出射波前曲率半径进行了测量。结果表明,测量结果为498m时,测量重复性为0.2%,根据测量结果推算光束束腰位置与实际位置相对偏差为0.4%;并根据500m~3000m的测量结果对激光发射系统中出射波前曲率半径、物镜焦距、目镜位置等参量进行了校准,校准完成后与理论值的最大偏差为2%。该方法能够实现大口径激光发射系统出射波前曲率半径的高精度测量。     

便携式机动车超细颗粒物粒径谱仪研制 #br#

精确测量机动车排放尾气中的超细颗粒物粒径分布, 对于大气污染和人体健康风险评估意义重大。基于之前 研发的单极性荷电器、平板差分电迁移分析仪 (PDMA) 和法拉第杯静电计 (FCE) 等模块, 研制了一款便携式超细颗 粒物粒径谱仪, 可实时监测机动车排放尾气中 20∼500 nm 的超细颗粒物粒径分布。开展了自研粒径谱仪的标定实验, 结果表明该粒径谱仪所测得的粒径峰值与 TSI 3081A/3082 筛选出的 40 nm 和 100 nm 的单粒径颗粒物相差 ±5% 以内, 同时所测得数浓度与毕加索 (Pegasor) 颗粒物数浓度监测仪 (PPS-M) 测得的数浓度相差 ±10%。进而针对不同型号机 动车进行了外场实验, 实验结果表明汽油和柴油机动车排放尾气中的颗粒物数浓度主要集中在小于 40 nm 的粒径范 围。此外在与商业仪器的比对实验中, 自研粒径谱仪测得峰值的中值粒径为 20 nm, 商业化的静电低压撞击器 (ELPI) 测得峰值的中值粒径为 17 nm, 二者相差 15%, 表明二者具有良好的一致性。     

Transverse flowmetry of carbon particles based on photo- acoustic Doppler standard deviation using an auto- correlation method

In order to measure the flow velocity of carbon particle suspension perpendicular to the receiving axis of ultrasound transducer, the standard deviation of photoacoustic Doppler frequency spectrum is used to estimate the bandwidth broadening, and the spectrum standard deviation is calculated by an auto-correlation method. A 532 nm pulsed laser with the repetition rate of 20 Hz is used as a pumping source to generate photoacoustic signal. The photoacoustic signals are detected using a focused PZT ultrasound transducer with the central frequency of 10 MHz. The suspension of carbon particles is driven by a syringe pump. The complex photoacoustic signal is calculated by Hilbert transformation from time domain signal before auto-correlation. The standard deviation of the Doppler bandwidth broadening is calculated by averaging the auto-correlation results of several individual A scans. The feasibility of the proposed method is demonstrated by measuring the spectrum standard deviation of the transversal carbon particle flow from 5.0 mm/s to 8.4 mm/s. The experimental results show that the auto-correlation result is approximately linearly distributed within the measuring range.     

基于加权累积量的纳米颗粒反演算法

结合传统累积量法和Frisken累积量法,提出了一种加权累积量纳米颗粒反演算法,以减小反演过程中相关时间对测量的影响。采用动态光散射纳米颗粒测量实验平台对90 nm和190 nm的乳胶颗粒进行了测量,通过传统累积量法、Frisken累积量法和文中提出的加权累积量法对颗粒粒径进行反演。实验结果表明:传统累积量法在相关时间变长、相关函数到达零位附近后,颗粒粒径误差和标准方差变大趋势明显;Frisken累积量法在相关时间较小的情况下,其反演的颗粒粒径误差和标准方差较大;而加权累积量法继承了传统累积量运算量小的特点,同时也克服了以上2种算法的缺点,在全局均有较好的反演结果。     

硅陷阱探测器在325～980nm波段的绝对光谱响应率和量子效率测定

为获得硅陷阱光电探测器在325～980 nm区间的绝 对光谱响应率和量子效率,采用低温辐射计对这一波段内的11个波长点处的 绝对光谱响应率 进 行了测量,其不确定度优于0.05%;利用Geist的经典量子效率模 型对硅 陷阱探测器的内量子效率进行了模拟,并与实验得出的内量子效率进行了比较 。 结果显示:在325～980nm 波段的中间部分,理论计算与实验测 得值 相对偏差小于0.03%。     

Low-temperature process in growing carbon nanotube

Nickel particles, converted from film by microwave hydrogen plasma at a low temperature of 250 °C, were used as the catalyst for growing carbon nanotubes (CNTs). Low-temperature process is desirable for CNT application in flat panel display industry. We found that the processing pressure and microwave power can greatly influence the nickel particle size and density. The processing pressure during pretreatment affects the CNT to be grown or not at all. The microwave power affects the particle size of the catalyst and the diameter of the grown CNT. It was also found that after pretreatment, the diameter of the grown CNT is proportional to the catalyst particle size. The threshold electric field of CNT field emission was found reduced as the diameter of the CNT became smaller.     

激光诱导硅烷气相合成纳米硅粉研究

采用高功率ＣＯ２激光诱导高纯硅烷气相反应，制备出粉体平均粒径为１０～１２０ｕｍ，晶粒度与平均粒径比为０．３～０．７的各种纳米结晶硅粉。制备出的硅粉粒度均匀，粒子呈球形，但部分粒子间出现烧结。粉体粒径随激光功率、反应压力的增加而增加，随硅烷流量、稀释Ａｒ气的增加而减小。晶粒度对硅烷流量和反应压力的变化不敏感，但随激光功率的降低和混合Ａｒ气的增加而明显减小。Ｓｉ粒子的形成经历了单晶粒子的生长和这些粒子间的碰撞生长过程。