摘錄: 實用顆粒物測量

前言

想像一下,當您躺在沙灘,享受陽光,讓細沙從您指縫流淌。這些細沙粒的平均粒徑大約是0.5 mm/500 µm。如果將這些細沙顆粒與肉眼無法看見的0.5 µm/500 nm粒徑的顆粒相比較,正如將5 m直徑的巨石與這些細沙顆粒相比較。在顆粒物測量領域,這個比方說明了所面臨的測量比例問題。  
在評估顆粒特性的過程中需要了解它們的質量和大小的分佈。進行顆粒測量有多種方法可以選用,選擇標準不僅僅取決於顆粒的性質。在本篇文章中,我們希望能夠給您介紹德圖公司使用的顆粒測量方法的基本信息, 同時為您展示我們的顆粒測試儀器。您將能找到以下產品的信息及應用案例:

  • testo 338, 柴油發動機煙氣的黑度測量儀器
  • testo 380, 根據第一部德國聯邦污染控制條例(BImSchV)設計的煙道清理細顆粒測試儀器
  • testo DiSCmini, 手持式納米顆粒計數儀
  • testo NanoMet3, 車輛排放納米顆粒物PEMS(便攜式排放測量系統)設備

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纳米颗粒物的测量应用非常广泛,德图为您提供相应的测量仪器。

德圖顆粒測量 簡介

顆粒測量概述

顆粒是多種物質混合的部分,這些物質與其外圍介質截然不同 – 氣體,比如空氣,或者液體。如果混合物質是由氣體及其中漂浮的顆粒組成,那麼這叫做氣溶膠,而懸浮顆粒指的是液體和固體的混合物。  

在德圖公司,我們專業做氣溶膠測量 – 也就是在我們周圍空氣中存在的,或正在被排入其中的顆粒測量。

這類顆粒物的來源或者是天然的,或者是人類活動的結果。在海灘邊當有暴風天氣的時候,沙子顆粒被捲起,隨風飄散;森林大火及火山噴發時, 飛灰和碳粒會被風吹出幾公里遠– 顆粒排放的現像從遠古時代就存在了。只是我們的祖先沒有意識到這些顆粒所帶來的危險而已。因此,對於病人奧茨的檢查表明,由於他每晚都坐在篝火旁,因此他的肺部沉積了大量燃燒產生的顆粒。 [1]

在當今,城市和村鎮中存在的細顆粒主要產生於道路交通, 工業過程以及家庭供暖。而在另外一方面,夾雜著海鹽顆粒的海風表明不是所有的顆粒排放都是對健康有害的。但不幸的是,人類產生對健康有害的物質仍然在顆粒排放中佔很大的比例。 [2]

[1] https://www.researchgate.net/publication/267237729_EFTEM_tells_us_what_the_Tyrolean_Iceman_inhaled_5300_years_ago)
[2] https:/ /www.umweltbundesamt.de/themen/luft/wirkungen-von-luftschadstoffen/wirkungen-auf-die-gesundheit#textpart-1

细沙的平均粒径大约为500微米,细颗粒小于10微米
颗粒大小的比较

我們為何測量顆粒

進行顆粒物的測量有多種原因。除了在城市中控制顆粒物質的影響外, 測量顆粒的原因還包括評估燃燒過程的效率,或者材料特性的檢定。我們的三款測量儀器可以用於以下多種應用。

健康方面
現今我們幾乎採取所有方法維持我們的健康。我們了解如何恰當地為自己攝取營養,進行體育運動,避免影響健康的活動。這些都是顯而易見的方面。  

但是,當我們談到最大粒徑僅為10 µm的細顆粒時, 非常明顯這種對於健康的威脅沒辦法通過每天早上望向窗外而確定。當然這些比人類頭髮細五到八倍的10 µm粒徑顆粒會被上呼吸道所過濾,不能進入人類支氣管, 1 µm粒徑的更細顆粒仍然可以更加深入人體。至於0.1 µm粒徑以下的納米顆粒, 不僅可以在肺泡上沉積,甚至可以進入血液。這就意味著,這些顆粒可以被運輸到所有的器官中並在那裡沉積。 [3] 顆粒的表面上經常性地附著有其它物質,如果這些物質包含有害碳氫組份,細顆粒更加成為健康的主要威脅。

這些都是進行細顆粒排放控制,經常性進行濃度測量以驗證其成果的充分原因。

一堆篝火舒适而温暖,但同时产生细颗粒

機械效率及過程監控
我們已經明確了居住空間的取暖是細顆粒的來源之一。這使得我們左右為難: 一方面優化燃燒過程確實減少了顆粒的排放, 但是另外一方面這也使得排放的顆粒粒徑更小---顆粒平衡表中偏細的顆粒。為了使得這些供暖系統的設計更加環保, 不僅需要在這些系統的新產品開發以及優化當中進行顆粒檢查,在運行中排放值也需要經常性檢查以確認是否達標。在車輛顆粒排放的經常性檢查中也有同樣的考量。在這個方面,柴油機經常被描述為“骯髒的污染源”,經常受到不公正的批評。對於顆粒過濾器的經常性檢查以確認其是否正常工作的確非常重要。當過濾器正常工作時,現在的柴油機的納米顆粒排放往往比一條典型的繁忙街道上的空氣中更為乾淨。在這個領域,直噴式汽油機目前更加是超細顆粒的排放源,產生更多的健康危害。除了經常性檢查外,未來同樣需要高效過濾器處理尾氣。 [4]

材料特性 顆粒的量化並不總是顆粒測量的原因。測量方法中也包含旨在提供顆粒性質信息的測量方式。比如說, 如果讓顆粒在過程中長大(粒化),增長速度以及可達成的粒徑就會影響顆粒穩定性以及顆粒液體中分解速度等參數。

[3] https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es0522635
[4] https:/ /www.zeit.de/mobilitaet/2017-02/feinstaub-auto-partikelfilter-abgas-diesel-benziner-eu/seite-2

颗粒在液体中溶解的质量也取决于它们粒化的速度

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  • 顆粒測量的不同方法
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