基于二甘醇的气溶胶粒径谱仪在测量3 nm以下颗粒物时的性能比较

摘要

近年来,基于二甘醇的气溶胶粒径谱仪被广泛用于3 nm以下气溶胶颗粒物的粒径谱测量,探究比较这些仪器的性能对于粒径谱的准确测量有着重要的意义。对基于二甘醇的扫描电迁移率粒径谱仪(DEG-SMPS)和颗粒物粒径放大器(PSM)进行了比较研究。在实验室标定过程中,为让PSM获得更可靠的数据,建议尽可能将标定范围设定至大于4 nm,以减少3 nm以上的颗粒物在数据反演过程中的影响,还可以增加PSM数据反演的粒径范围。研究表明,PSM和DEG-SMPS在测量小于3 nm的颗粒物数浓度时,结果较为一致。在外场观测的每个新粒子生成天,这两种仪器之间的数浓度相关性均很好(r2>0.75)。但PSM与DEG-SMPS总数浓度比值的斜率在1.4到4.5之间变化,推测可能是由于新粒子生成的颗粒物化学组分的不同导致的。此外,一些不可忽略的不确定因素,如两台仪器标定检测效率所产生的不确定度以及DEG-SMPS使颗粒物带电时荷电效率的不确定度等,也可能导致该比对结果的差异。由于DEG-SMPS使用静电气溶胶分级器(DMA)对颗粒物的粒径进行区分,而PSM是通过改变二甘醇的过饱和度以激活不同粒径的颗粒物,进而通过数据反演来对粒径进行区分,因此DEG-SMPS的粒径分辨率比PSM要高。但PSM在低颗粒物数浓度的环境中表现更好,包括一些较弱的新粒子生成天,这是因为PSM不需要使颗粒物带电,从而避免了3nm以下颗粒物的极低的荷电效率的问题。因此相比于DEG-SMPS, PSM不容易受到凝聚核粒子计数器(CPC)的计数误差带来的影响。总的来说, PSM和DEG-SMPS都足以用于测量3 nm以下颗粒物的粒径谱分布,有助于更好地进行新粒子生成过程的研究,结果中仍然存在的部分不可忽略的不确定性问题需要在未来的研究中进一步解决。