Szálló por szennyeződés valós idejűvizsgálatára alkalmas...
Transcript of Szálló por szennyeződés valós idejűvizsgálatára alkalmas...
Szálló por szennyeződés valós idejű vizsgálatára alkalmas mérőműszerek és alkalmazásaik
A légköri aeroszol kutatások jelentősége és legfontosabb motivációi
Légköri aeroszol típusok, jellemzésük
Valós idejű mérőműszerek
Spektrális sajátosságok mérése
Abszorpció
Aethalometer
MAAP
PAS
Szórás
Nephelometer
Méreteleoszlás
SMPS
OPC
EC/OC arány meghatározás
QC-EC/OC analyzer
Szálló por szennyeződés valós idejű vizsgálatára alkalmas mérőműszerek és alkalmazásaik
Légköri aeroszol típusok,keletkezésük és jellemzésük
Aeroszol: valamely gáznemű közegben finoman eloszlatottszilárd és/vagy cseppfolyós részecskék kolloid rendszer
Jellemzés:
Eredet Természetes
Mesterséges
Képződési mechanizmus
Másodlagos
Elsődleges
Konvekció
Kilökődés
Beszáradás, csepfelkapás stb..
Gócképződés
Abszorpció Kémiai összetétel
Mikorfizikai tulajdonságokMéreteloszlás, szám, és tömeg szerinti koncentráció
Spektrális sajátosságok Élettani hatások
Légköri aeroszol típusok,keletkezésük és jellemzésük
Fizikai, kémiai, biológiai jellemzésük
Légköri aeroszol típusok,keletkezésük és jellemzésük
Légköri aeroszol típusok,keletkezésük és jellemzésük
Mérőműszerek
Spektrális sajátosságok mérése
Abszorpció
Aethalometer
MAAP
PAS
Szórás
Nephelometer
Méreteleoszlás
SMPS
OPC
EC/OC arány meghatározás
QC-EC/OC analyzer
Aethalometer, PSAP
Aethalometer, PSAP
Fényforrás intenzitása
Filter spektrál-átviteli karakterisztikája
Optikai elemek spektrál-átviteli karakterisztikája
Multi Angle Absorption Photometer (MAAP)
Multi Angle Absorption Photometer (MAAP)
Multi Angle Absorption Photometer (MAAP)
))(21exp)1()cos(()( 2
2
S
Multi Angle Absorption Photometer (MAAP)
Photoacoustic Spectrometer (PAS)
LLéégkgkööri aeroszolok optikai tulajdonsri aeroszolok optikai tulajdonsáágainak vizsggainak vizsgáálata II. lata II. Fotoakusztikus spektroszkFotoakusztikus spektroszkóópiapia
Fotoakusztikus jelkeltés
A BSO RPTIO N O F PERIO D ICA LLY
MO D U LATED LIG H T
N O N -RA D IATIV ERELA X ATIO N
PERIO D IC VA RIATIO NO F TH E TEMPERATU RE
PERIO D IC PRESSU RE VA RIATIO N
(SO U N D )
MO LECU LES IN EX CITEDSTATE
A gerjesztett aeroszolok térfogatiabszorberként viselkednek. A
fotoakusztikus jel nagysága nem a gerjesztett elekronátmenetek átmeneti
valószínűségével, hanem az aeroszolelegyabszorpciós hatáskeresztmetszetével arányos.
LLéégkgkööri aeroszolok optikai tulajdonsri aeroszolok optikai tulajdonsáágainak vizsggainak vizsgáálata II. lata II. Fotoakusztikus spektroszkFotoakusztikus spektroszkóópiapia
A fotoakusztikus jelkeltés nagysága
S: A fotoakusztikus jel [V]Pλ: A gerjesztő fényforrás fényteljesítménye [W]M: Mikrofon érzékenység [V/Pa]C: Kamraállandó [Pa/m-1/W]α0: fajlagos abszorpciós koefficiens [m2/g]c: Koncentráció [g/m3]F: Fotoakusztikus kvantumhatásfokAb: Háttérjel
α: abszorpció [m-1]
α, c és független abszorpció-szelektív koncentrációmérésesetén α0 is meghatározható ha az egyenletben szereplőmennyiségek S, α0, és c értékek kivételével ismert állandók
LLéégkgkööri aeroszolok optikai tulajdonsri aeroszolok optikai tulajdonsáágainak vizsggainak vizsgáálata II. lata II. Fotoakusztikus spektroszkFotoakusztikus spektroszkóópiapia
Fotoakusztikus háttérjelKamrakonstans Fotoakusztikus kvantumhatásfokFényteljesítmény
Értéke 0 és 1 között változhat kifejezi,hogy az abszorpció indukált energia hányadrésze fordítódik jelkeltésre
A mintatéren áthaladó fényneka kamra ablakán való elnyelődésből, ésa mintatér és a mikrofon falán történő
szóródásából származik.
A priori nem ismert.Kalibrációs mérések
segítségévelmeghatározható
A gerjesztő fényforrásintenzitásának fluktuációja
a mért abszorpció értékfluktuációjaként jelentkezik
A mért fotoakusztikus jel adott időponthoz tartozó (Sact) értékét szorozva a Pλ,ini/Pλ,act értékekkel a lézerteljesítmény fluktuációjának a fotoakusztikus jelre gyakorolt hatása megszűntethető
LLéégkgkööri aeroszolok optikai tulajdonsri aeroszolok optikai tulajdonsáágainak vizsggainak vizsgáálata II. lata II. Fotoakusztikus spektroszkFotoakusztikus spektroszkóópiapia
Fotoakusztikus rendszerek kalibrációja
Kalibrációval meghatározható. Megadja a fotoakusztikusrendszer válaszát egységnyi gerjesztés és optikai abszorpció esetén.
Gáz-fázisú kalibráció Aeroszol-fázisú kalibráció
Összetétel és méretfüggő.Az aeroszol-fázisú kalibráció által meghatározott
kamrakonstans a mért aeroszolelegy un.ekvivalens korom koncentrációját/abszorpcióját
adja meg.
Ekvivalens korom abszorpció:A mért aeroszol abszorpció egyenlő
annak az aeroszolnak az abszorpciójával,amely fizikai és kémiai tulajdonságai
a kalibráló aeroszoléval egyezőés ugyanakkora jelet ad a mintatérben, mint a kalibráló aeroszol.
Abszolút abszorpció mérést tesz lehetővé Termális relaxáció
LLéégkgkööri aeroszolok optikai tulajdonsri aeroszolok optikai tulajdonsáágainak vizsggainak vizsgáálata II. lata II. Fotoakusztikus spektroszkFotoakusztikus spektroszkóópiapia
Háttérjel ingadozás csökkentése
Fotoakusztikus háttérjel
A koncentráció/kémiai összetétel gyors változásának nyomon követéséhez folyamatos,míg rövidebb időfelbontású mérésekhez szakaszos háttérmérés szükséges
LLéégkgkööri aeroszolok optikai tulajdonsri aeroszolok optikai tulajdonsáágainak vizsggainak vizsgáálata II. lata II. Fotoakusztikus spektroszkFotoakusztikus spektroszkóópiapia
KvantumhatásfokAz F tag értéke 0 és 1 között változhat,
a gerjesztés paraméterei és a vizsgált minta fizikaitulajdonságainak függvényében. Értékét, adott gerjesztés mellett,
a vizsgált aeroszol minta méreteloszlása (termális relaxáció) és/vagy illékonyilletve szemi-illékony komponenseinek aránya határozza meg
termális relaxáció
Ha a periodikus –ν frekvenciájú– gerjesztés során a gerjesztett állapotban lévő részecske hőleadására jellemzőrelaxációs időállandó (τ) összemérhető vagy nagyobb, mint gerjesztés periódusideje, akkor a fotoakusztikus jel nagysága k-ad részére csökken, és modulációs frekvencia és a mikrofon jel között Θ fáziskésés lép (thermális relaxáció).
)exp(211
iki
k a
particlepparticlecr
3
2
SVOC, VOC
A felvett energia átadása nem csak hővezetés, hanem párolgás útján is történhet. Ebben az esetben a fotoakusztikus jelkeltés kvantumhatásfoka változik a gerjesztés során. A halmazállapot változásához szükséges energiát a gerjesztés fedezi, így a kvantumhatásfok csökken, ugyanakkor az elpárolgott komponensek a mintatér parciális nyomását növelik, ami a kvantumhatásfok növekedését eredményezi.
A fotoakusztikus mérőrendszer általános felépítése
Fényforrás
LLéégkgkööri aeroszolok optikai tulajdonsri aeroszolok optikai tulajdonsáágainak vizsggainak vizsgáálata II. lata II. Fotoakusztikus spektroszkFotoakusztikus spektroszkóópiapia
Mérőkamra
Gázkezelés
Jelfeldolgozás
CO2, CO, gázlézerek Félvezető QC lézerek
LLéégkgkööri aeroszolok optikai tulajdonsri aeroszolok optikai tulajdonsáágainak vizsggainak vizsgáálata II. lata II. Fotoakusztikus spektroszkFotoakusztikus spektroszkóópiapia
MuWaPaS
Laboratóriumi változatTerepi változat
Alkalmazások (Abszorpció)
Kalibráció és tesztmérésekInstitute for Meteorology and Climate Research
Atmospheric Aerosol Research (IMK-AAF)
Kalibráció és tesztmérések
200 400 600 800 10000,1
1
10
DM
A D
M m
ódsz
er 5
50nm
-es h
ullá
mho
sszá
ra n
orm
ált n
orm
ált o
ptik
ai a
bszo
rpci
ó
Hullámhossz [nm]
Angström együttható: 1.24 ± 0.08
mini-CAST korom C/O 0,29 PAS
200 400 600 800 1000
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
Opt
ikai
abs
zorp
ció
[cm
-1]
Hullámhossz [nm]
mini-Cast korom Palas GFG 1000 korom Szahara homok
Az AE31 legrövidebb működési hullámhossza
Mini-Cast korom aeroszol hullámhosszfüggésének meghatározása
Szerves, szervetlen-korom, ásványi porAbszorpciós spektrumának meghatározása
Kalibráció és tesztmérések
400 600 800 1000
5
10
15
20
2530
Nor
mál
t opt
ikai
abs
zorp
ció
[Mm
-1]
Hullámhossz [nm]
Grafit (AAE=1.05) Cseh barnaszén (AAE=1.37) Orosz feketeszén (AAE=1.23) Faszén (AAE=1.15)
PASS-37λ-Aethalometer
Kalibráció és tesztmérések
)ln()ln())(ln())(ln(),(
21
2121
AAE
400 600 800 1000
5
10
15
20
2530
Nor
mál
t opt
ikai
abs
zorp
ció
[Mm
-1]
Hullámhossz [nm]
Grafit (AAE=1.05) Cseh barnaszén (AAE=1.37) Orosz feketeszén (AAE=1.23) Faszén (AAE=1.15)
PASS-37λ-Aethalometer
400 600 800 1000
5
10
15
20
2530
Nor
mál
t opt
ikai
abs
zorp
ció
[Mm
-1]
Hullámhossz [nm]
Grafit Cseh barnaszén Orosz feketeszén Faszén
Ångström exponens
GrafitCseh barna szén
Orosz fekete szén
Faszén
1064-355nm 1,15±0,01 1,37±0,03 1,23±0,04 1,05±0,0
9
355-266nm 1,15±0,01 1,66 2,05 2,05
400 600 800 1000
5
10
15
20
2530
Nor
mál
t opt
ikai
abs
zorp
ció
[Mm
-1]
Hullámhossz [nm]
Grafit Cseh barnaszén Orosz feketeszén Faszén
250 500 750 10001E-3
0,01
0,1
1
10
Hoffer et al, daytime Amazomian sample Hoffer et al, nighttime Amazonian sample Dinar et al, CRD
Mas
s abs
orpt
ion
coef
ficie
nt (m
2 /g)
Wavelength (nm)
4-PAS
HULIS (Humic-Like Substancies) aeroszol
AAE532-1064/AAE532-355, mint forrásindikátor(terepi mérések )
Gázfázis - AbszorpcióMódus(méret)-Abszorpció
Elemösszetétel-Abszorpció
Méreteloszlásmérő műszerek
Méreteloszlásmérő műszerek
Méreteloszlásmérő műszerek
Szórásmérő
Szórásmérő