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儀器概述

MAGIC顆粒物計(jì)數(shù)器(英文名:MAGIC? Water Condensation Particle Counter(MAGICTM CPC))是由美國(guó)Aerosol Devices Inc.生產(chǎn)的用于在線監(jiān)測(cè)5nm~2.5μm的顆粒物的數(shù)濃度的計(jì)數(shù)器,是世界上第一款可傾斜運(yùn)行、自我維持工作、能承受震動(dòng)和沖擊的納米級(jí)水基顆粒物計(jì)數(shù)器。其中MAGIC是Moderated Aerosol Growth with Internal Water Cycling的首字母縮寫(xiě),意指該儀器通過(guò)內(nèi)部水循環(huán)使氣溶膠緩慢、溫和地增長(zhǎng)。

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應(yīng)用范圍

  1. 環(huán)境空氣質(zhì)量研究,尤其是多點(diǎn)和垂直分布監(jiān)測(cè)
  2. 基于移動(dòng)平臺(tái)的研究,包括汽車、飛機(jī)、遠(yuǎn)洋輪船、無(wú)人機(jī)、自行車等
  3. 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)
  4. 健康影響和流行病學(xué)研究
  5. 工作場(chǎng)所納米級(jí)顆粒物研究

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

  1. 利用內(nèi)部水循環(huán),可自我維持工作
  2. 工作液為水,無(wú)毒無(wú)味,經(jīng)濟(jì)且易獲得
  3. 可短期傾斜或倒置運(yùn)行,對(duì)震動(dòng)和沖擊不敏感
  4. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
  5. 設(shè)計(jì)便攜、緊湊,配備充電電池時(shí),運(yùn)行所及之處令其它CPC望塵莫及

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技術(shù)指標(biāo)

  1. 粒徑范圍:5nm — 2.5μm
  2. 方向:可短期傾斜或倒置運(yùn)行,對(duì)震動(dòng)和沖擊不敏感;長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí),建議豎直放置
  3. 采樣流量:0.3 L/min
  4. 濃度范圍:0.01~4×105 #/cm3,單顆粒計(jì)數(shù),實(shí)時(shí)訂正重合事件
  5. 平均時(shí)間:1秒~30分鐘,可自行選擇
  6. 精度:濃度測(cè)量誤差在10%以內(nèi)(同時(shí)測(cè)量同一批氣溶膠樣品)
  7. 工作液:純凈水/過(guò)濾水
  8. 運(yùn)行時(shí)間:當(dāng)樣氣的相對(duì)濕度超過(guò)50%時(shí),可連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)以上,無(wú)需加水; 配備加濕器時(shí),運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)
  9. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ):非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ),可存儲(chǔ)125,000個(gè)數(shù)據(jù)。大約相當(dāng)于存儲(chǔ)一周時(shí)長(zhǎng)的5秒平均數(shù)據(jù)
  10. 通信接口:RS-232,Type B USB,BNC
  11. 輸出數(shù)據(jù):采樣時(shí)間,濃度,計(jì)數(shù)個(gè)數(shù),計(jì)數(shù)時(shí)長(zhǎng),時(shí)鐘,溫度,輸入溫度/濕度,流量等
  12. 運(yùn)行環(huán)境:環(huán)境溫度:10-35℃;箱內(nèi)濕度:5-95%,無(wú)凝結(jié);儀器必須放置在室內(nèi)/貨柜/或其它防備惡劣天氣的環(huán)境
  13. 電源:100-240 VAC;輸入電壓12 VDC,16 W; 斷電恢復(fù)后可自動(dòng)重啟
  14. 尺寸及重量:18.5 cm (H) x 16.5 cm (W) x 21 cm (D),2.0 kg(不包括加濕器和電池)

工作原理

MAGICTM CPC的冷凝增長(zhǎng)通道由一根貫穿三個(gè)不同溫度區(qū)域的芯構(gòu)成。芯由水浸濕,并在中間部分加熱成水蒸汽,為通過(guò)入口控溫區(qū)的較冷粒子創(chuàng)造過(guò)飽和條件,使其活化長(zhǎng)大。粒子再通過(guò)下游增長(zhǎng)區(qū)繼續(xù)長(zhǎng)大,然后進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。而多余的水汽又被回收到較冷的芯內(nèi),通過(guò)毛細(xì)作用再被輸送回中間加熱區(qū)。水循環(huán)利用的設(shè)計(jì),和入口控溫區(qū)的冷凝水可匯入冷芯內(nèi)的特點(diǎn)都為粒子活化長(zhǎng)大提供充足的水,延長(zhǎng)了補(bǔ)水周期。該設(shè)計(jì)摒棄了普通CPC不可或缺的儲(chǔ)液槽,允許短期傾斜或倒置運(yùn)行。核心結(jié)構(gòu)如圖2所示:

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參考文獻(xiàn)

  1. Hering, S. V., Lewis, G. S., Spielman, S. R., Eiguren-Fernandez, A MAGIC Concept for SelfSustained, Water based, Ultrafine Particle Counting, accepted by Aerosol Science Technology.
  2. Hering, S., Lewis, G., and Spielman, S.: Moderated, Water-Based Condensational Particle Growth in a Laminar Flow, Aerosol Science Technology, 48, 401-408, 2014.
  3. Hering, S. V., Lewis, G. S., Spielman, S. R., Eiguren-Fernandez, A., Kreisberg, N. M., Kuang,C., and Attoui, M.: Detection near 1-nm with a laminar-flow, water-based condensation particle counter, Aerosol Science Technology, 51, 354-362, 10.1080/02786826.2016.1262531, 2017.
  4. Kangasluoma et al. Characterization of three new condensation particle counters for sub-3?nm particle detection during the Helsinki CPC workshop: the ADI versatile water CPC, TSI 3777 nano enhancer and boosted TSI 3010, Atmospheric Measurement Techniques, 10, 2271-2281, 2017.