清華新聞網(wǎng)9月9日電 近日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院蔣靖坤教授研究組合作研發(fā)出一種通用冷凝粒子計(jì)數(shù)器（CPC）。該儀器既可以使用醇，也可以使用水作為工作液體，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣溶膠粒子的高效檢測(cè)。新儀器已在北京、上海、深圳等城市大氣環(huán)境站和黑龍江龍鳳山、云南香格里拉、新疆阿克達(dá)拉等區(qū)域大氣本底站開(kāi)展了應(yīng)用。
CPC在顆粒物飛行過(guò)程中將過(guò)飽和蒸汽冷凝在其表面，使之長(zhǎng)大成為微米級(jí)液滴，并在線(xiàn)通過(guò)光學(xué)檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)顆粒物計(jì)數(shù)。該儀器廣泛適用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣檢測(cè)、凈化過(guò)濾、工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。CPC產(chǎn)生蒸氣的工作液體通常有正丁醇、異丙醇、水等。由于醇和水理化性質(zhì)不同，現(xiàn)有CPC針對(duì)不同工作液體使用了不同的結(jié)構(gòu)，分別形成了醇基CPC和水基CPC。醇基CPC易使疏水顆粒物長(zhǎng)大，目前使用較為廣泛，但會(huì)釋放醇蒸氣，易引入雜質(zhì)氣體。水基CPC易使親水顆粒物長(zhǎng)大，在環(huán)境暴露監(jiān)測(cè)、半導(dǎo)體無(wú)塵室和無(wú)塵工藝檢測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。研制兼容醇和水的通用冷凝粒子計(jì)數(shù)器有助于實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用場(chǎng)景的無(wú)縫切換，可根據(jù)具體的應(yīng)用需求和條件選擇使用最合適的工作液體。
圖1.通用冷凝粒子計(jì)數(shù)器示意圖
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論模擬和實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了一種兼容醇和水的通用蒸發(fā)室和冷凝室結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整蒸發(fā)室蒸發(fā)溫度、冷凝室冷凝溫度、光散射強(qiáng)度等參數(shù)，創(chuàng)造了適宜的醇蒸氣和水蒸氣過(guò)飽和冷凝生長(zhǎng)環(huán)境，在同一臺(tái)CPC應(yīng)用醇和水實(shí)現(xiàn)了氣溶膠粒子的高精度檢測(cè)。評(píng)測(cè)通用CPC的計(jì)數(shù)效率，使用正丁醇時(shí)，50%計(jì)數(shù)效率對(duì)應(yīng)的顆粒物直徑分別為10納米（氯化鈉）和7納米（銀）；使用水時(shí)，50%計(jì)數(shù)效率對(duì)應(yīng)的顆粒物直徑均在3納米左右。另外，當(dāng)環(huán)境露點(diǎn)溫度高于冷凝室冷凝溫度時(shí)，通用CPC還能從空氣中收集水汽，用來(lái)補(bǔ)給工作液體，實(shí)現(xiàn)CPC的長(zhǎng)期自維持運(yùn)行。新儀器不僅提高了CPC的適用性和靈活性，還為各應(yīng)用場(chǎng)景提供了更加高效經(jīng)濟(jì)的解決方案。
圖2.通用冷凝粒子計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)效率
圖3.運(yùn)行醇和水工作液體的示意圖
9月3日，相關(guān)研究成果以“使用醇和水作為工作液體的通用冷凝粒子計(jì)數(shù)器”（A convertible condensation particle counter using alcohol or water as the working fluid）為題，發(fā)表于《氣溶膠科學(xué)與技術(shù)》（Aerosol Science and Technology）。
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院2019級(jí)博士生李怡然和核研院助理研究員陳小彤為論文共同第一作者，蔣靖坤為論文通訊作者，重要合作作者包括環(huán)境學(xué)院郝吉明院士、2022級(jí)博士生吳金、科研助理張強(qiáng)以及核研院研究員張振中。研究得到國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/02786826.2024.2395939#abstract
供稿：環(huán)境學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：李柳依
編輯：李華山
審核：郭玲
