Licznik cząstek kondensacji

Schemat licznika cząstek kondensacji, działającego na zasadzie dyfuzyjnego chłodzenia termicznego. Sporządzono zgodnie z opisem na stronie http://www.cas.manchester.ac.uk/restools/instruments/aerosol/cpc/ . Oznaczenie: 1 – wlot powietrza; 2 – blok materiału porowatego, który jest podgrzewany do temperatury nasycenia, 3 – płyn roboczy w zbiorniku, 4 – kondensator, 5 – dysza ogniskująca, 6 – licznik laserowy, 7 – pompa powietrza, 8 – wylot powietrza.

Sprzęt używany do pobierania próbek nanomateriałów przenoszonych drogą powietrzną. Przedstawione tutaj instrumenty obejmują licznik cząstek kondensacji, fotometr aerozolowy i dwie pompy do pobierania próbek powietrza do analizy opartej na filtrach.

Licznik cząstek kondensacji lub CPC to licznik cząstek , który wykrywa i zlicza cząstki aerozolu , najpierw powiększając je, wykorzystując cząstki jako centra zarodkowania do tworzenia kropelek w przesyconym gazie .

zarodkowania zastosowano trzy techniki :

• Rozprężanie adiabatyczne za pomocą komory rozprężnej. To była oryginalna technika zastosowana przez Johna Aitkena w 1888 roku.
• Dyfuzja termiczna .
• Mieszanie gorących i zimnych gazów.

Najczęściej stosowaną (również najbardziej wydajną) metodą jest chłodzenie metodą dyfuzji termicznej . Najszerzej stosowanym płynem roboczym jest n-butanol ; w ostatnich latach w tym zastosowaniu spotyka się również wodę .

Liczniki cząstek kondensacji są w stanie wykryć cząstki o wymiarach od 2 nm i większych. Ma to szczególne znaczenie, ponieważ cząstki o wielkości poniżej 50 nm są na ogół niewykrywalne przy użyciu konwencjonalnych technik optycznych . Zwykle przesycenie wynosi ok. 100…200% w komorze kondensacyjnej, pomimo faktu, że heterogeniczne zarodkowanie (wzrost kropelek na powierzchni zawieszonej cząstki stałej) może wystąpić już przy przesyceniu wynoszącym zaledwie 1%. Potrzebna jest większa zawartość pary, ponieważ zgodnie z prawami nauki o powierzchni prężność pary nad powierzchnią wypukłą jest mniejsza niż nad płaszczyzną, a zatem do spełnienia kryteriów rzeczywistego przesycenia wymagana jest większa zawartość pary w powietrzu. Wielkość ta rośnie (ciśnienie pary maleje) wraz ze spadkiem wielkości cząstek, a krytyczna średnica, dla której może wystąpić kondensacja przy obecnym poziomie nasycenia, nazywana jest średnicą Kelvina . Poziom przesycenia musi być jednak wystarczająco mały, aby zapobiec homogenicznej nukleacji (gdy cząsteczki cieczy zderzają się tak często, że tworzą skupiska – wystarczająco stabilne, aby zapewnić możliwy dalszy wzrost), co spowoduje fałszywe zliczenia. Zwykle zaczyna się to około godz. 300% przesycenia.

Działanie dyfuzyjnego chłodzenia termicznego CPC przedstawiono po prawej stronie. Powietrze przepływa przez wydrążony blok z porowatego materiału w kontakcie z cieczą roboczą, blok jest podgrzewany w celu zapewnienia wysokiej zawartości oparów. Następnie zwilżone powietrze dostaje się do chłodnicy , gdzie zachodzi zarodkowanie. Różnica temperatur między grzejnikiem a chłodnicą określa przesycenie, które z kolei określa minimalny rozmiar cząstek, które zostaną wykryte (im większa różnica, tym mniejsze cząstki są liczone). Ponieważ w środku strumienia występują odpowiednie warunki zarodkowania, czasami napływający strumień jest dzielony: większość z nich przechodzi filtrację i tworzy przepływ płaszczowy, do którego reszta strumienia, wciąż zawierająca cząstki, jest wprowadzana przez kapilarę . Im bardziej jednorodne uzyskuje się przesycenie, tym ostrzejsze jest odcięcie minimalnej wielkości cząstek. Podczas heterogenicznego procesu zarodkowania w komorze zarodkowania cząstki osiągają rozmiary do 10…12 μm, dzięki czemu można je wygodnie wykrywać zwykłymi technikami, takimi jak nefelometria laserowa (pomiar impulsów światła rozproszonych przez dorosłe cząstki).