Sähködynaaminen pienhiukkasloukku jäänukleaatiohiukkasten optiseen alkuaineanalysointiin
Heikkilä, Paavo (2018)
Heikkilä, Paavo
2018
Teknis-luonnontieteellinen
Teknis-luonnontieteellinen tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-12-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201811192611
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201811192611
Tiivistelmä
Diplomityössä esitellään uusi reaaliaikainen mittausmenetelmä pienhiukkasten alkuaineanalyysin suorittamiseksi. Menetelmä perustuu hiukkasen sähködynaamiseen tasapainoon sekä laser-indusoituun plasmaspektroskopiaan, jotka ovat omilla tieteenaloillaan tunnettuja ja suosittuja analyysimenetelmiä. Nykyisellään pienhiukkasten reaaliaikainen alkuaineanalyysi lepää aerosolimassaspektroskopian harteilla, mutta kompaktimpaan, kevyempään ja helppokäyttöisempään mittausvälineeseen on tarvetta esimerkiksi jäänukleaatiohiukkastutkimuksessa.
Menetelmän toimivuutta tutkittiin numeerisesti ja kokeellisesti, ja tuloksia verrattiin aikaisempaan teoriaan ja tutkimukseen. Tutkimuksessa varmistettiin menetelmän toimivuus alkuaineanalyysiin ja saavutettiin lisätietämystä sähködynaamisen tasapainokammion toiminnasta mikrometrin hiukkaskokoluokassa. Tämän lisäksi valmistettiin ja karakterisoitiin uudentyyppinen aerosolivaraaja, jolla voidaan varata kyseisen kokoluokan hiukkasia suuren sähkökentän avulla aiempaa suurempiin varauslukuihin.
Kehitetyn aerosolivaraajan avulla analyysimenetelmä saatiin toimimaan läpimitaltaan yli 800 nanometrin hiukkasille. Toistaiseksi analyysi voitiin toteuttaa manuaalisesti likimain nopeudella yksi hiukkanen minuutissa, eli tärkeä jatkokehityskohde on analyysin automatisointi ja nopeuden kasvattaminen.
Emissiospektrien keräyksessä päädyttiin käytännössä sadan prosentin laserin osumatarkkuuteen. Kun menetelmällä analysoitiin kaoliinihiukkasia suoraan kaasufaasista, niiden emissiospektreistä kyettiin erottamaan alumiinin perustason hienorakenne ja vähentämään oleellisesti mittausartefaktina esiintyvän kalsiumin emissiota verrattuna vesiavusteisesti pirskotettuihin samanlaisiin hiukkasiin.
Menetelmän toimivuutta tutkittiin numeerisesti ja kokeellisesti, ja tuloksia verrattiin aikaisempaan teoriaan ja tutkimukseen. Tutkimuksessa varmistettiin menetelmän toimivuus alkuaineanalyysiin ja saavutettiin lisätietämystä sähködynaamisen tasapainokammion toiminnasta mikrometrin hiukkaskokoluokassa. Tämän lisäksi valmistettiin ja karakterisoitiin uudentyyppinen aerosolivaraaja, jolla voidaan varata kyseisen kokoluokan hiukkasia suuren sähkökentän avulla aiempaa suurempiin varauslukuihin.
Kehitetyn aerosolivaraajan avulla analyysimenetelmä saatiin toimimaan läpimitaltaan yli 800 nanometrin hiukkasille. Toistaiseksi analyysi voitiin toteuttaa manuaalisesti likimain nopeudella yksi hiukkanen minuutissa, eli tärkeä jatkokehityskohde on analyysin automatisointi ja nopeuden kasvattaminen.
Emissiospektrien keräyksessä päädyttiin käytännössä sadan prosentin laserin osumatarkkuuteen. Kun menetelmällä analysoitiin kaoliinihiukkasia suoraan kaasufaasista, niiden emissiospektreistä kyettiin erottamaan alumiinin perustason hienorakenne ja vähentämään oleellisesti mittausartefaktina esiintyvän kalsiumin emissiota verrattuna vesiavusteisesti pirskotettuihin samanlaisiin hiukkasiin.