机动车排放超细颗粒物在线监测技术研究进展 #br#

机动车排放的超细颗粒物是大气污染的主要来源之一, 具有高的数浓度和表面积, 对其进行准确在线监测是 机动车排放评估与控制措施制定的重要前提。随着欧盟和中国相继在机动车排放标准中增加颗粒物粒子数量 (PN) 控 制指标, 对在线监测技术的要求也日益提高。目前, 对机动车排放的超细颗粒物数量的测量主要采用扩散荷电法和凝 结核粒子计数法, 对其粒径谱分布的测量主要采用空气动力学和电迁移率分级方法。综述了国内外在机动车排放超 细颗粒物在线监测技术方面的研究现状, 重点介绍了主要发展的几种测量技术及仪器的原理、特点和应用状况, 并对 其未来发展进行了展望。     

基于Fast ICA及神经网络的机动车尾气NO和NO2定量分析研究

机动车尾气对环境的危害日益加重,机动车尾气排放浓度的检测对大气污染治理具有重要意义。设计了基于非分散紫外的机动车尾气NO、NO2浓度检测系统,搭建了实验装置,获得NO、NO2混合气体的吸收光强后,利用快速不动点(Fast ICA)算法和人工神经网络模式识别算法对机动车尾气排放NO、NO2组分进行定量分析。实验结果表明,利用所设计的算法对600 ppm以内的NO气体和200 ppm以内的NO2气体浓度进行测量,其相对误差最大为1.54%,最小为0.25%。     

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。     

北京城区奥运期间大气细粒子谱分布与变化特征研究

随着工业经济的迅速发展,颗粒物已经逐步成为我国大气污染的首要污染源,考虑到对人体的健康危害,大气颗粒物的数浓度值可能比质量浓度值更重要,因而对大气细粒子谱分布的研究也就越发显得重要.利用安徽光学精密机械研究所研制的大气细粒子谱分析仪,对北京城区奥运期间的大气细粒子实现从纳米到微米颗粒物的原位、快速、在线、宽范围粒径谱测量,并对奥运期间各粒径段内粒子日平均数浓度及实时变化规律进行分析.同时,结合地面能见度信息,对奥运赛事期间北京大气气溶胶细粒子谱分布特征及其与能见度的相关性进行了定性分析.结果表明,核模态粒子(5～20 nm)主要受气相成核过程的影响,其数浓度呈单峰值结构;爱根核模态(20～100 nm)受人为源及核模态粒子影响较大,其数浓度呈典型的三峰值结构;积聚模态(100 nm～1 μm)数浓度日变化不大,但受大风、降水等天气影响较大,且数浓度的高低将直接影响大气能见度.     

基于LIF方法对柴油车尾气羟基总反应性测量（封面文章）

基于激光诱导荧光原理搭建了用于机动车尾气测量的羟基(OH) 自由基总反应性直接测量系统(LP-LIF-k_OH), 并开展了典型柴油车尾气的转鼓测试, 获得了不同排放水平下重型柴油车尾气OH 自由基总反应性的特征。该系统使用中心波长为266 nm的紫外脉冲激光在流动管中光解臭氧产生过量OH 自由基, 使其与采样进入流动管中的活性气体反应发生浓度衰减; 利用中心波长为308 nm 的脉冲激光作为激发光, OH 自由基吸收激发激光能量后释放荧光光子信号, 利用激光诱导荧光技术记录OH 自由基衰减曲线对衰减过程进行测量; 而通过对衰减曲线进行指数拟合, 即可获得采样气的OH 自由基总反应性(k_OH)。在柴油车尾气中的活性有机物闭合测量实验中, 对国三与国五的柴油车尾气进行k_OH 的测量, 发现柴油车尾气k_OH 的值随着国家排放标准的升高而降低, 不同车辆的k_OH 差别较大, 同一车辆冷启动测得的k_OH 值大于热启动测得的k_OH 值。kOH 的主要贡献来自氮氧化物(55%)、一氧化碳(2%) 和一次排放的挥发性有机物(34%)。最后初步建立了一种利用k_OH 估算柴油车尾气碳氢化合物(HC) 排放因子的方法。     

一种自制软X 射线颗粒中和器与同类商业化中和器的性能比较 #br#

运用扫描电迁移率粒径谱仪对比测试自制软 X 射线中和器 (CM-SXR) 与商业化 TSI 高级气溶胶中和器 (TSI-SXR)。研究结果表明, 对于 20 nm 以上颗粒物, 在差分电迁移率分析仪 (SMPS) 筛分负电荷模式下, 对不同颗粒 物 (聚苯乙烯乳胶颗粒、硫酸铵及氯化钠颗粒、室内空气颗粒) 的测试均显示, 使用自制中和器比使用 TSI 中和器测 量所得的颗粒物数浓度要高, 浓度差异最大达 40%; 而在筛分正电荷模式下, 其结果正好相反, 最大浓度差达 77%。造 成上述差异的原因可能是由于软 X 射线在两种中和器中放置位置不同而导致放射程度不同以及停留时间存在差异, 从而最终导致中和器中颗粒物正负电荷分布不同。     

气溶胶飞行时间激光质谱仪在机动车尾气检测中的应用

使用气溶胶飞行时间激光质谱仪(ATOFMS)对机动车排放出的尾气进行在线测量,在排放出的气溶胶单粒子中检测出包括钠、钙、CnHm等在内的有机和无机离子.实验表明可以用钙离子和一些典型的有机质谱峰作为监测机动车尾气的标记,同时说明了此装置实时在线测量机动车尾气成分的可行性,也可以为机动车尾气气溶胶粒子在大气气溶胶中的分配情况进行化学路径跟踪.     

珠三角地区一次灰霾天气过程激光雷达观测与分析

利用拉曼米散射偏振激光雷达对2009年11月珠江三角洲地区出现的一次灰霾天气过程进行了观测研究,对颗粒物的光学性质和物理参数进行了分析。灰霾发生期间,颗粒物主要分布在1.5 km以下,其中0.6～1 km高度的浓度较大。灰霾发生前期,颗粒物在532 nm波长退偏比为0.2,(?)ngstr(o|¨)m指数和雷达比分别为1±0.4和40±8 sr,表明灰霾颗粒物中有大量非球形粒子,粒径大,符合一次污染源排放的颗粒物特征;11月25日后,颗粒物在532 nm波长退偏比逐渐变小至0.07±0.02,Angstr(o|¨)m指数为1.5±0.6,激光雷达比为56±12 sr,说明颗粒物多为球形粒子,细粒子占比较大。观察结果表明,前期轻度灰霾天气期间,颗粒物主要为人为源污染源排放,为大气复合污染提供了条件,随着污染物不断聚集,25日后二次颗粒物大量生成,加剧了灰霾污染。     

机动车尾气CO检测中神经网络多环境因子在线修正算法研究

分析了温度、湿度、压力对预处理后尾气CO浓度测量的影响, 提出一种机动车尾气CO检测神经网络多环境因子在线修正算法, 首先采用尾气样本数据离线训练得到BP神经网络模型, 然后将实时测得的样品气温度、湿度、压力及小数吸收值代入到模型进行在线修正, 得到修正后CO浓度, 解决了NDIR传感器因环境变化所带来的测量误差影响.通过标样实验、模拟实验, 并和SEMTECH-EcoStar对比检测结果, 在样品气温度30～50℃、相对湿度25～40%、压力95～115kPa、CO浓度0～0.2%范围内的最大相对偏差为4.8%.车载外场实验, 得到修正因子在0.8～1之间, 验证了方法的必要性和可靠性, 为机动车尾气的CO浓度的准确检测提供有效技术支持.     

机动车尾气CO检测中神经网络多环境因子在线修正算法研究（英文）

分析了温度、湿度、压力对预处理后尾气CO浓度测量的影响,提出一种机动车尾气CO检测神经网络多环境因子在线修正算法,首先采用尾气样本数据离线训练得到BP神经网络模型,然后将实时测得的样品气温度、湿度、压力及小数吸收值代入到模型进行在线修正,得到修正后CO浓度,解决了NDIR传感器因环境变化所带来的测量误差影响.通过标样实验、模拟实验,并和SEMTECH-EcoStar对比检测结果,在样品气温度30～50℃、相对湿度25～40%、压力95～115kPa、CO浓度0～0.2%范围内的最大相对偏差为4.8%.车载外场实验,得到修正因子在0.8～1之间,验证了方法的必要性和可靠性,为机动车尾气的CO浓度的准确检测提供有效技术支持.     

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。     

大气气溶胶细粒子谱校正方法实验研究

利用Gilibrator-2电子皂膜流量计对扫描电迁移率粒径分析仪(scanning mobility particle sizer,SMPS)的系统流量进行了校正,同时利用气溶胶发生器对SMPS测量粒径的准确度进行了检测。结果表明:校正SMPS系统流量前,其样流和鞘流的面板显示值与实际值存在偏差。用标准粒径200 nm的聚苯乙烯乳胶球发生气溶胶,得到校正面板流量前后SMPS的峰值直径分别为274.3 nm和198.7 nm,测量结果与标准粒径的偏差从36.1%降低到2.1%,校正后可以实现准确测量。对比分析了校正流量前后SMPS谱分布和数浓度的变化情况以说明校正的必要性。     

一种新的散射光能谱法测量颗粒粒径的方法

基于光散射原理，提出了一种新的测量颗粒粒径大小及分布的方法。与传统的光散射式激光测粒仪不同，本方法以白色光为光源，仅采集一个空间立体角内的散射光能信号，经反演算后求得被测颗粒的粒径及其分布。给出了这一方法的理论分析、数值模拟以及实验研究。     

扩展激光测粒仪测量下限的一种计算方法

本文提出一种求亚微米级颗粒尺寸分布的计算方法,数值计算及实测表明,这种方法能有效地将激光测粒仪的测量下限扩展至0.1μm。     

半导体激光器在激光粒度测试仪中的应用

以波长635nm,输出功率5mW的单模半导体激光器作为光源,应用于以衍射理论为基础的激光粒度仪,实现了仪器的小型化、便携式和在线测量。讨论了半导体激光器的特性,粒度测试技术中存在的问题及其解决方案,并通过对比试验论证了这一方法的优越性。     

空气动力学粒径谱与微量振荡天平颗粒物质量浓度的测量比较

空气动力学粒径谱仪和微量振荡天平法测尘仪的工作原理不同,数据表示形式不同.用APS3321空气动力学粒径谱仪对北京2008年冬、春、夏进行大气颗粒物粒径分布和质量浓度测量,同步使用3台R&P1400a的微量振荡天平法测尘仪分别测量空气中的PM10、PM2.5和PM1.0的质量浓度,对两种方法测量的数据进行相关比较,获得微量振荡天平法测尘仪与空气动力学粒径谱仪的测量数据的相关性,建立了回归方程.     

机动车尾气碳氧化物检测中的非线性修正方法

机动车运行工况复杂多变,排放的尾气成分浓度范围跨度大。利用常规光学方法检测尾气中污染成分的浓度时,由于受限于光学气池的结构固定和系统对光电微弱信号的检测极限,因此待测气体的量程和精度范围都受到很大限制。基于朗博比尔定律,在待测气体浓度变量上增加指数因子修正,可以在不降低测量精度的同时,实现尾气CO、 CO₂大量程检测。用标准气体对便携式机动车尾气检测装置进行标定实验,结果表明,传统的线性修正方法得到的CO拟合度为0.988, CO₂拟合度为0.998;而增加了非线性修正因子后得到的CO拟合度为0.999, CO₂拟合度为0.999。进一步外场对比实验表明,修正后的仪器测量结果与同类先进仪器的一致性较好,柴油车实验拟合度为0.93,汽油车拟合度为0.95,验证了非线性修正方法的必要性和实用性。     

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。