基于二甘醇的氣溶膠粒徑譜儀在測量3 nm以下顆粒物時的性能比較

作者：楊棟森,蔡潤龍,蔣靖坤,馬嫣,鄭軍

摘要：近年來,基于二甘醇的氣溶膠粒徑譜儀被廣泛用于3 nm以下氣溶膠顆粒物的粒徑譜測量,探究比較這些儀器的性能對于粒徑譜的準確測量有著重要的意義。對基于二甘醇的掃描電遷移率粒徑譜儀(DEG-SMPS)和顆粒物粒徑放大器(PSM)進行了比較研究。在實驗室標定過程中,為讓PSM獲得更可靠的數據,建議盡可能將標定范圍設定至大于4 nm,以減少3 nm以上的顆粒物在數據反演過程中的影響,還可以增加PSM數據反演的粒徑范圍。研究表明,PSM和DEG-SMPS在測量小于3 nm的顆粒物數濃度時,結果較為一致。在外場觀測的每個新粒子生成天,這兩種儀器之間的數濃度相關性均很好(r2>0.75)。但PSM與DEG-SMPS總數濃度比值的斜率在1.4到4.5之間變化,推測可能是由于新粒子生成的顆粒物化學組分的不同導致的。此外,一些不可忽略的不確定因素,如兩臺儀器標定檢測效率所產生的不確定度以及DEG-SMPS使顆粒物帶電時荷電效率的不確定度等,也可能導致該比對結果的差異。由于DEG-SMPS使用靜電氣溶膠分級器(DMA)對顆粒物的粒徑進行區分,而PSM是通過改變二甘醇的過飽和度以激活不同粒徑的顆粒物,進而通過數據反演來對粒徑進行區分,因此DEG-SMPS的粒徑分辨率比PSM要高。但PSM在低顆粒物數濃度的環境中表現更好,包括一些較弱的新粒子生成天,這是因為PSM不需要使顆粒物帶電,從而避免了3nm以下顆粒物的極低的荷電效率的問題。因此相比于DEG-SMPS, PSM不容易受到凝聚核粒子計數器(CPC)的計數誤差帶來的影響。總的來說, PSM和DEG-SMPS都足以用于測量3 nm以下顆粒物的粒徑譜分布,有助于更好地進行新粒子生成過程的研究,結果中仍然存在的部分不可忽略的不確定性問題需要在未來的研究中進一步解決。

發文機構：南京信息工程大學大氣環境與裝備技術協同創新中心 清華大學環境學院環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室

關鍵詞：氣溶膠檢測粒徑譜儀粒徑譜分布新粒子生成aerosol detectionaerosol size spectrometersparticle size distributionnew particle formation

分類號： X851[環境科學與工程—環境工程]P415.3[天文地球—大氣科學及氣象學]