【儀表網 研發快訊】近日，清華大學環境學院蔣靖坤教授研究組合作研發出一種通用冷凝粒子計數器(CPC)。該儀器既可以使用醇，也可以使用水作為工作液體，實現了對氣溶膠粒子的高效檢測。新儀器已在北京、上海、深圳等城市大氣環境站和黑龍江龍鳳山、云南香格里拉、新疆阿克達拉等區域大氣本底站開展了應用。
CPC在顆粒物飛行過程中將過飽和蒸汽冷凝在其表面，使之長大成為微米級液滴，并在線通過光學檢測器實現顆粒物計數。該儀器廣泛適用于環境監測、機動車尾氣檢測、凈化過濾、工業環境監測等領域。CPC產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不同，現有CPC針對不同工作液體使用了不同的結構，分別形成了醇基CPC和水基CPC。醇基CPC易使疏水顆粒物長大，目前使用較為廣泛，但會釋放醇蒸氣，易引入雜質氣體。水基CPC易使親水顆粒物長大，在環境暴露監測、半導體無塵室和無塵工藝檢測等領域應用廣泛。研制兼容醇和水的通用冷凝粒子計數器有助于實現各應用場景的無縫切換，可根據具體的應用需求和條件選擇使用最合適的工作液體。
圖1.通用冷凝粒子計數器示意圖
研究團隊通過理論模擬和實驗研究，設計了一種兼容醇和水的通用蒸發室和冷凝室結構，通過調整蒸發室蒸發溫度、冷凝室冷凝溫度、光散射強度等參數，創造了適宜的醇蒸氣和水蒸氣過飽和冷凝生長環境，在同一臺CPC應用醇和水實現了氣溶膠粒子的高精度檢測。評測通用CPC的計數效率，使用正丁醇時，50%計數效率對應的顆粒物直徑分別為10納米(氯化鈉)和7納米(銀)；使用水時，50%計數效率對應的顆粒物直徑均在3納米左右。另外，當環境露點溫度高于冷凝室冷凝溫度時，通用CPC還能從空氣中收集水汽，用來補給工作液體，實現CPC的長期自維持運行。新儀器不僅提高了CPC的適用性和靈活性，還為各應用場景提供了更加高效經濟的解決方案。
圖2.通用冷凝粒子計數器的計數效率
圖3.運行醇和水工作液體的示意圖
9月3日，相關研究成果以“使用醇和水作為工作液體的通用冷凝粒子計數器”(A convertible condensation particle counter using alcohol or water as the working fluid)為題，發表于《氣溶膠科學與技術》(Aerosol Science and Technology)。
清華大學環境學院2019級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境學院郝吉明院士、2022級博士生吳金、科研助理張強以及核研院研究員張振中。研究得到國家重大科研儀器研制項目的支持。
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