Häviöt mobiililaboratorion näytelinjoissa : 1–55nm aerosolihiukkasilla

Abstract

Tutkimuksen tarkoitus on selvittää häviöitä mobiililaboratorion näytteenottolinjoissa sopivien mittaus parametrien valitsemiseksi eri kokoisille hiukkasille. Mittauksiin näytteenottolinjoiksi valittiin keskellä ohjaamon yläpuolella oleva näytteenottolinja sekä puskurin alapuolella keskellä oleva näytteenottolinja.

Raportin alussa selvitetään käytetyt termit ja aerosolien mittaamisessa tarvittava teoreettinen viitekehys. Sitten esitellään mittauksissa käytetyt laitteet ja mittausjärjestelyt. Raportin keskiosassa esitellään tulokset, lasketaan tuloksista häviöt virherajoineen eri tutkimus parametreillä ja arvioidaan tuloksia. Yhteenvedossa esitetään häviöt, arvioidaan niiden luotettavuutta ja pohditaan, miten häviöt saadaan minimoitua erilaisissa mittauksissa.

Mitattavien hiukkasten synteesissä käytettiin putkiuunia, jossa on hopea pisara. Mittalaitteina käytettiin nano-CN (Airmodus A11), joka on hiukkasten kasvattajan ja hiukkaslaskurin yhdistelmä, liikkuvuusluokittelijaa (nDMA, TSI, model 3082) sekä toinen hiukkaslakuria (Tsi, model 3776). putkiuunin ja mittalaitteiden tarvitsemat ilmavirtaukset otettiin suodatetusta paineilmasta ja näytteenottolinjojen virtaus saatiin alipainepumpulla. Virtauksia säädettiin tarkasti massavirtaussäätimillä.

Mittaukset suoritettiin kahdella menetelmällä. Ensimmäisessä nano-CN sekä hiukkaslaskuri ja liikkuvuusluokittelija yhdistelmä (SMPS, skannaava liikkuvuus luokittelija) liitettiin rinnakkain. nano-CN laskee 1,3–3,4 nm ja SMPS mittaa 5–55 nm kokoisten hiukkasten lukumääräpitoisuutta. Mittauksen parametrina käytettiin erilaisia tilavuusvirtauksia, joilla kaasuvirtaus näytteenottolinjassa muuttui laminaarisesta lähelle turbulentista. Tällä menetelmällä mittaukset suoritettiin molemmille linjoille. Referenssiarvot saatiin yhdistämällä hiukkastentuotanto ja mittalaitteet toisiinsa.

Toisessa menetelmässä liikkuvuusluokittelija, jolla voidaan määrittää minkä kokoiset hiukkaset pääsevät näytteenottolinjaan, kytkettiin putkiuunin perään ja nano-CN ja toinen hiukkaslaskuri laitettiin rinnakkain mittalaitteiksi. Mittaukset suoritettiin 6 hiukkasen halkaisijalla välillä 1,6–56 nm. Tällä menetelmällä mittaukset suoritettiin alalinjasta ja referenssi arvoineen.

Tulosten mukaan häviöt alanäytteenottolinjassa ovat suuremmat kuin ylänäytteenottolinjassa. Ylälinjassa kokojakauman häviö on (4,8±0,1) % ja alalinjassa (8,9±0,1) %. Pienillä, halkaisijaltaan alle 10 nm hiukkasilla, häviöt ovat suurimmat diffuusion vaikutuksesta. Siitä halkaisijan kasvaessa häviöt pienenevät. Suurimmalla virtauksella alalinjassa häviöt kasvavat suurimmilla hiukkasilla, halkaisijaltaan yli 40 nm, inertian kasvaessa.

Työ tarjoaa analyysin hiukkashäviöistä ja niiden suhteesta eri parametreihin, mikä auttaa parantamaan näytteenottolinjojen käyttöä tulevaisuudessa.