ГОСТ Р 54597—2011
градуировке приборов для определения гранулометрического состава частиц и их содержания, рабо-
тающих в режиме реального времени. Также это дает возможность использовать методы анализа проб в
автономном режиме, в том числе электронную микроскопию и методы анализа химического состава.
6.3.4 Диффузионные батареи
Принцип действия диффузионных батарей основан на броуновском движении частиц аэрозо-
ля [66]. Потери частиц при их осаждении в результате диффузии являются функцией диаметра частиц;
измеряя скорость осаждения частиц в результате диффузии в системах различной конфигурации, мож-
но получить распределение частиц аэрозоля по размерам. Системы для осаждения частиц обычно со-
единяют последовательно для образования диффузионной батареи. Диффузионные батареи применя-
ют для частиц такого размера, при котором их движение в основном происходит за счет диффузии и,
таким образом, может быть получена наиболее достоверная информация для частиц размером менее
100 нм, что гораздо лучше соответствует требованиям к определению распределения частиц по раз-
мерам. Измеряемой величиной в этом случае будет коэффициент диффузии частиц, который должен
быть пересчитан в диаметр частицы. С помощью диффузионных батарей можно проводить непрерыв-
ные измерения. Однако диффузионные батареи используют в сочетании со счетчиками частиц (обычно
поточные CPC) для определения счетной концентрации частиц до и после каждой ступени осаждения.
Диффузия частиц — хорошо изученное явление, поэтому легко сконструировать диффузионную
батарею с заданными свойствами. Диффузионную батарею можно сконструировать таким образом,
чтобы с ее помощью можно было определять частицы диаметром менее 100 нм. Однако преобра-
зование исходных результатов измерений в реальное распределение частиц по размерам сложно, а
решения уравнений не дают однозначных результатов в случае распределения по размерам частиц
полидисперсного аэрозоля.
6.4 Химический анализ в режиме реального времени
23
Успехи в области вычислительной техники и оптики позволили разработать класс приборов для
определения химического состава частиц аэрозолей с их одновременным разделением по размерам в
режиме реального времени [72]. В то время как целый ряд лазерных приборов использовался для
исследовательских целей, аэрозольная масс-спектрометрия оказалась предпочтительным методом с
коммерческой точки зрения.
Несмотря на то что имеются существенные различия в принципе действия и методах анализа, в
целом эти приборы имеют ряд достоинств. На начальной стадии аэрозоль отбирается через входное
отверстие, при этом удаляется воздух и формируется пучок частиц. Обычно это происходит за счет про-
пускания аэрозоля через ряд аэродинамических линз, направляющих его в зоны прибора с меньшим
вакуумом. На второй стадии измеряется скорость отдельных частиц и соотносится с аэродинамическим
диаметром. Это достигается путем измерения времени пролета отдельных частиц между двумя лазер-
ными лучами или выбора частиц с определенной скоростью с помощью прерывателя пучка. На тре-
тьей стадии осуществляются распыление и затем ионизация отдельных частиц или ансамблей частиц,
производимые с использованием лазерных импульсов высокой энергии. Этот метод ионизации обычно
реализован в приборах для анализа одиночных частиц. В качестве альтернативы ансамбли частиц с
одинаковым аэродинамическим диаметром направляют в подогреваемый блок, где под действием
температуры происходит испарение летучих компонентов и последующая ионизация частиц под дейст-
вием электронного удара. Окончательно ионы анализируют масс-спектрометрическим методом для по-
лучения информации о химическом составе частиц; при корреляции результатов анализа с диаметром
частиц возможен анализ «размер — вещество» в режиме, близком к реальному времени.
Серийно выпускаемые приборы для масс-спектрометрического анализа аэрозолей обычно при-
меняют для частиц диаметром более 100 нм, хотя с помощью методов анализа ансамблей частиц с
одновременным разделением их по размерам можно получить информацию о частицах диаметром
менее 50 нм. При соответствующей модификации систем фокусировки аэрозольного пучка можно рас-
ширить область применения этих приборов в нанометровый диапазон, хотя при этом необходимо вы-
бирать между более низким пределом обнаружения частиц и потерями частиц в системе улавливания.
Эти и подобные приборы имеют ограничения в применении для получения характеристик нано-
аэрозолей в воздухе рабочей зоны из-за их габаритов, стоимости и сложности. Тем не менее они могут
дать уникальную информацию по химическому составу одиночных частиц или совокупности частиц
выбранного размера. В этом отношении они идеально подходят для исследований, когда имеется не-
сколько источников аэрозолей с различными химическими свойствами, или для случаев, когда состав
частицы
зависит
от
размера.