Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Современное состояние проблемы мониторинга микроструктуры городского приземного аэрозоля (литературный обзор) 8
ГЛАВА I. Современное состояние проблемы мониторинга микроструктуры городского приземного аэрозоля (литературный обзор) 8
1.1. Классификация и основные характеристики атмосферных аэрозолей...8
1.2. Современные методы и аппаратура для измерения микрофизических параметров приземного аэрозоля 11
1.3. Исследования городского приземного аэрозоля 22
1.4. Метеорологическая ситуация в г. Барнауле 32
ГЛАВА II. Комплекс аппаратуры, методы измерений микроструктуры и элементного состава приземной атмосферы г. Барнаула 42
2.1. Комплекс аппаратуры и методы исследования микрофизических параметров приземного аэрозоля 42
2.2. Программно-аппаратный комплекс и методика проведения атомного эмиссионного анализа отобранных проб городского аэрозоля 54
ГЛАВА III. Результаты исследований динамики массовой и счетной концентрации и пространственно-временного распределения аэрозольных частиц, взешенных в приземной атмосфере г. Барнаула 66
3.1. Суточный, недельный и месячный ход массовой и счетной концентрации аэрозоля 66
3.2. Исследование сезонной динамики параметров функции распределения аэрозольных частиц по размерам 74
3.3. Влияние павильонного эффекта на результаты измерений 87
3.4. Результаты исследования элементного состава приземного аэрозоля 99
Заключение 102
Список использованной литературы 105
- Современные методы и аппаратура для измерения микрофизических параметров приземного аэрозоля
- Комплекс аппаратуры и методы исследования микрофизических параметров приземного аэрозоля
- Программно-аппаратный комплекс и методика проведения атомного эмиссионного анализа отобранных проб городского аэрозоля
- Исследование сезонной динамики параметров функции распределения аэрозольных частиц по размерам
Введение к работе
Актуальность темы
Последние десятилетия характеризуются особенно бурным ростом всесторонних исследований свойств атмосферного аэрозоля. В определяющей степени этому способствует развитие и разработка новых методов и технических средств, которые позволили глубже исследовать природу аэрозоля и понять его важную роль практически во всех физико-химических процессах в атмосфере.
Кроме того, в нашей стране и за рубежом актуально встала проблема экологии, в том числе вопрос состояния загрязнения воздушного бассейна городов выбросами промышленных предприятий и транспорта. Наиболее сильными загрязнителями воздуха являются котлоагрегаты тепловых сетей, а также индивидуальные топки жилых домов, работающие на жидком и твердом топливе. Аэрозольные частицы являются одним из опасных для здоровья человека загрязнителем. Аэрозоль легко проникает в органы человека в процессе дыхания, частично там остается и при наличии в материале вредных веществ (около 85% общего числа частиц); тяжелые материалы, радионуклиды (радиоактивные элементы) и так далее, может привести к тяжелым заболеваниям [3].
Выше допустимых пределов оказывается загрязненным воздух городских улиц, если не соблюдаются меры по предупреждению выбросов аэрозолей в атмосферу и существуют неблагоприятные погодные условия. В зимнее время, во время отопительного сезона, сжигается значительное количество топлива. В результате в атмосферу попадают дополнительно частицы золы, сажи, а также окиси углерода, триоксида серы, оксидов азота и органические соединения, образующиеся при неполном сгорании топлива. Загрязнение больше, если нет очистных сооружений или они плохо работают. Помимо этого, для состояния атмосферы имеет большее значение ее рассеивающая способность, зависящая от метеорологических условий. Если город хорошо продувается ветрами, в атмосфере создаются условия для быстрого разбавления и выноса загрязнений. Но если подолгу держится штиль, наступает состояние инверсии, препятствующее подъему теплых струй дыма, и загрязнения скапливаются в приземном слое. Этому также способствует наличие мелких котельных с низкими трубами, выбрасывающих продукты сгорания на небольшую высоту. В отходящих газах котельных содержится и водяной пар, конденсация которого в грязном воздухе способствует образованию смога.
В нашей стране проблема загрязнения городского аэрозоля начала изучаться еще советскими учеными. Так, в 1988 г. г. Барнаул был выделен в числе 68 городов, где среди прочих вредных примесей была особо отмечена пыль [2].
В этой связи, проведение мониторинга микрофизических характеристик и элементного состава приземного аэрозоля г. Барнаула с использованием разработанного экспериментального комплекса, предусматривающего, в частности, определение массовой и счетной концентрации, а также элементного состава пыли, является актуальной задачей.
Состояние и краткая история вопроса
В настоящий момент исследования микрофизических характеристик городского аэрозоля повсеместно ведутся различными авторами как в России [1-25], так и за рубежом [26-43]. В Барнауле мониторинг приземного аэрозоля осуществляется с 1991 г. исследователями из АлтГУ и ИВЭП СО РАН [44-50].
Цель работы
Целью данной работы являлось изучение основных свойств и методов исследования приземного атмосферного аэрозоля, создание установок для определения среднего радиуса, массовой и счетной концентрации аэрозольных частиц, взвешенных в атмосферном воздухе, а также для анализа их элементного состава. Задачи работы
1. Создание программно-аппаратного комплекса для всестороннего исследования основных микрофизических параметров аэрозоля.
Непрерывный сезонный мониторинг счетной и массовой концентрации аэрозольных частиц.
Разработка методики и проведение элементного спектрального анализа материала аэрозоля из проб, полученных с помощью различных методов пробоотбора.
Исследование влияния «павильонного эффекта» на репрезентативность отбираемых проб аэрозоля.
Исследование превышений предельной допустимой концентрации (ПДК) по пыли и по отдельным химическим элементам.
Достоверность
Достоверность результатов диссертационного исследования обеспечивается: корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью; большим объемом полученных экспериментальных результатов, их логической взаимосвязью, физической наглядностью, непротиворичимостью и воспроизводимостью; совпадением экспериментальных данных с теоретическими оценками и расчетами; сопоставимостью полученных в ходе исследования экспериментальных данных с результатами других авторов; применением хорошо известного и апробированного на практике программных пакетов Microcal Origin 5.0 и Lab View для обработки экспериментального материала.
На защиту выносятся:
Программно-аппаратный комплекс экспериментальных установок и методики для определения основных микрофизических параметров приземного аэрозоля.
Экспериментальные результаты практически непрерывных трехлетних определений счетной и массовой концентраций, среднеарифметических и среднегеометрических размеров и форм частиц городского аэрозоля.
Теоретическое обоснование логарифмически-нормального распределения аэрозольных частиц, определяемых по результатам проведенных исследований в г. Барнауле.
Результаты атомного эмиссионного анализа элементного состава аэрозольных частиц, взвешенных в городской атмосфере.
Влияние «павильонного эффекта» на репрезентативность отбираемых проб аэрозоля.
Научная новизна
В работе проведен практически ежедневный непрерывный трехлетний мониторинг основных микрофизических параметров приземного аэрозоля г. Барнаула. С 2003 по 2006 гг. в различные времена года был исследован сезонный и суточный ход массовой и счетной концентрации в деловом центре г. Барнаула, впервые взято более 2000 проб аэрозоля для определения характерной динамики его основных параметров. Выяснено, что концентрация пылевых частиц в городском воздухе превышает среднегодовую и среднесуточную ПДК в 4 раза, значения максимальной разовой ПДК бывают превышены в 1,5 - 6 раз, а значения среднесуточной ПДК для свинца очень близки к значению ПДК. Впервые приведена сравнительная характеристика по средней годовой концентрации пыли и свинца в г. Барнауле с другими городами мира.
Исследование распределения аэрозольных частиц по размерам не только подтвердило предположение об их логарифмически нормальном распределении, но и на основе разработанной методики позволило наглядно показать зависимость основных параметров этого распределения от метеорологических условий в окрестности пункта наблюдения.
С использованием заводских неспециализированных приборов и собственных разработок разработан программно-аппаратный комплекс, включающий в себя:
1. Установку для забора аэрозоля на фильтры типа АФА и для седиментации аэрозольных частиц на металлические пластины электрофильтра.
Установку для микрофотографирования аэрозольных частиц и обработки его результатов.
Комплекс приборов для определения счетной концентрации.
4. Комплекс приборов для проведения атомного эмиссионного анализа материала проб аэрозоля.
Публикации
Содержание диссертационной работы отражено в 14 публикациях, в т.ч. 3 статьи в соответствии с перечнем ВАК.
Апробация работы
Диссертационная работа выполнена в Институте водных и экологических проблем СО РАН. Основные результаты и выводы опубликованы в работах [52-56]. Материалы и результаты исследований по теме диссертационной работы обсуждались и докладывались на X, XI и XII рабочих группах «Аэрозоли Сибири», Томск, 2003, 2004 гг., IV, V и VI конференциях молодых ученых ИВЭП СО РАН 2004, 2005, 2006 гг., Научно-практической конференции «Гуманизация производственной среды и экология человека», Барнаул 2004 г., IV Всероссийской научно-практической конференции «Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов и пути их решения», Кемерово, 2005 г., Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль,-информатизация», Барнаул, 2005 г.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 124 страницах стандартного формата, содержит 31 рисунок, список литературы включает 155 наименований.
Современные методы и аппаратура для измерения микрофизических параметров приземного аэрозоля
Метод измерения всегда базируется на оценке какого-либо свойства объекта. Методы исследования аэрозолей опираются на исследование его во взвешенном состоянии, изучение свойств по скорости осаждения частиц и изучение материала аэрозоля.
Зная законы, связывающие скорость движения частиц под действием известной силы, по скорости осаждения частиц можно определить их размер. Для частиц неправильной формы так можно определить аэродинамический, или стоксовый, размер.
Осаждение частиц может происходить при помощи гравитационных сил (седиментирования) в спокойной среде, где нет конвективных потоков. Это явление изучают путем наблюдения через темнопольный микроскоп [29]. При прерывистом (стробированном) освещении траектория падающих частиц на фотопленке будет выглядеть цепочкой точек, расстояние между которыми определяет скорость седиментации по формуле Стокса (при необходимости с различными поправками).
В седиментационном микроскопе нельзя измерить размер частиц радиусом менее 0,25 мкм - они практически не падают, а падение крупных частиц искажено броуновским движением. Для более мелких частиц Н. А. Фукс и И. В. Петрянов предложили применять осцилляционный микроскоп [29]. В осцилляционном микроскопе между пластинами конденсатора образуется электрическое поле, силовые линии которого направлены горизонтально, а полярность пластин периодически переключается. В результате траектории частиц имеют вид зигзагов. Этот прибор позволяет одновременно измерять и заряд и размер частиц, погрешность его измерений, обусловленная броуновским движением, много меньше, чем в седиментационном микроскопе, поскольку увеличением напряженности поля можно сделать скорость направленного смещения частиц как угодно большей скорости броуновского смещения. Примером автоматических приборов для измерения концентрации и функции распределения частиц по размерам и скорости осаждения могут служить электрогранулометры [30]. В этих приборах аэрозоль сначала подвергают электрической зарядке, а затем выпускают в виде тонкой струйки поток, двигающийся между электродами, коаксиального конденсатора, состоящего из несколько секций. Поскольку скорость движения частиц зависит от заряда и размера, частицы с различным зарядом и размером попадают в секции конденсатора. По измерениям тока различных секций на основании знаний законов зарядки и движения частиц находят функцию распределения по размерам, а по величине тока и скорости подачи аэрозоля - концентрацию частиц. Такие приборы позволяют определить размер частиц в интервале 0,005-5 мкм.
Для осаждения и классификации частиц можно использовать силы инерции, крупные частицы осаждаются легче, мелкие - труднее. Существует много приборов для инерционной классификации частиц, используются они обычно для частиц крупнее 0,05 мкм. Наиболее распространенным из них является каскадный импактор.
Импактор позволяет представить дисперсный состав аэрозоля в виде набора четырех - восьми фракций. Если нужна более подробная информация, то можно использовать спиральную центрифугу. Аэрозоль пропускается по спиральному каналу плоского сечения в теле массивного вращающегося цилиндра. Под действием центробежной силы частицы осаждаются на уложенную вдоль внешней стенки канала ленту общей длиной 2 м. В начале канала - у оси цилиндра - осаждаются самые крупные частицы, радиусом около 10 мкм, на периферии - мелкие, до 0,05 мкм. Распределение плотности осадка вдоль ленты дает функцию распределения по аэродинамическим размерам.
Все инерционные приборы требуют предварительной калибровки по монодисперсным аэрозолям с частицами неизвестного размера, так как теоретический расчет инерционного осаждения очень сложен. Для измерения скорости диффузного осаждения высокодисперсных частиц прибегают к другому приему. Поток аэрозолей пропускают через канал известной геометрии и измеряют, насколько уменьшится концентрация частиц при прохождении канала известной длины с данной скоростью, а затем сравнивают с результатами расчетов для аэрозолей различного диаметра. Измеряя осадок в трубках различной длины, можно получить функцию распределения полидисперсного аэрозоля. Этот метод применим к самым маленьким кластерам -если они только прилипают к стенкам при каждом столкновении.
Массу самых малых кластеров, содержащих до тысячи молекул, определяют с помощью масс-спектрографов по величине отклонения траекторий заряженных кластеров в электромагнитном поле при полете в вакууме [30].
Главным достоинством методов изучения аэрозолей во взвешенном состоянии является то, что они не разрушают аэрозоль. Различают микроскопические методы исследования, в которых излучение взаимодействует со статически большим ансамблем аэрозольных частиц, и методы счета индивидуальных частиц.
Атомно-эмиссионный спектральный анализ принадлежит к числу наиболее распространенных методов анализа. Благодаря универсальности, большой информативности, высокой экспрессное и эффективности, он завоевал ведущее место в различных областях промышленности [35, 36]. Этот метод определения химического состава основан на изучении атомных спектров вещества, возбуждаемых в горячих источниках света.
Комплекс аппаратуры и методы исследования микрофизических параметров приземного аэрозоля
Хорошим показателем состояния воздушных масс является относительная влажность. В холодный период года относительная влажность воздуха в среднем колеблется от 73 до 76%. Дни с относительной влажностью более 80% считаются влажными, отмечаются они в основном зимой.
Процессы формирования облачности над Барнаулом тесно связаны с циклонами и атмосферными фронтами. С усилением циклонической деятельности количество облачности увеличивается. В течение года в городе отмечается до 130 пасмурных, 49 ясных и 186 полуясных дней. Наибольшее количество пасмурных дней приходится на зимние месяцы (от 10 до 15 ежемесячно).
В среднем за год в Барнауле выпадает 495 мм осадков, 35 % из них — в холодное время года (с ноября по март). Всего в Барнауле бывает около 180 дней с осадками, причем наибольшее число их (до 113) приходится на осенне-зимний период.
Снежный покров появляется в октябре, но, как правило, в это время он не бывает устойчивым. Устойчивый снежный покров устанавливается в ноябре. Высота снежного покрова увеличивается на 4-5 см от декады к декаде, достигая максимума в феврале или марте. В многоснежные зимы высота снежного покрова на защищенном участке достигает 82 см, а в малоснежные 21 см. Разрушается снежный покров в апреле. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова 144 дня.
Атмосферная циркуляция в условиях Западной Сибири приобретает своеобразные черты, определяющие большую изменчивость погоды. Открытость территории Западной Сибири с севера и юга способствует свободному проникновению различных масс воздуха, вызывающих резкие колебания температуры. Атмосферное давление тесно связано с циркуляционными процессами. Среднее давление в холодный период на уровне г. Барнаула (240 м над уровнем моря) достаточно устойчивое и составляет 752,93 мм. рт. ст. [21]. Наибольшие значения давления воздуха отмечаются в холодный период года, когда развивается азиатский антициклон. С января давление воздуха в Барнауле начинает понижаться, но незначительно. В это время значительно увеличивается приток солнечной радиации, способствующий прогреванию атмосферных масс воздуха, и азиатский антициклон постепенно разрушается.
Преобладающими ветрами в Барнауле являются юго-западные (30%); сравнительно велика повторяемость западных (16%) и южных (14%) ветров. Ветровой 1 режим Барнаула определяется взаимодействием атмосферной циркуляции и подстилающей поверхности, существенное значение при этом имеют ф внутриконтинентальное положение города и близость Горного Алтая. Преобладание ветров юго-западных направлений хорошо проявляется во все сезоны, но наиболее t вероятны они в холодное полугодие, когда их повторяемость составляет в среднем около 40%. На суточный ход скорости ветра в г. Барнауле влияет турбулентность атмосферы, изменяющаяся в течение дня. Так, под влиянием турбулентности максимум скорости ветра отмечается днем, в 13 ч, а минимум — ночью (рис. 2). Различие между скоростями в утренние и ночные часы небольшое и составляет в холодное полугодие ф всего 0,1-0,2 м/с. Вследствие большой шероховатости городского ландшафта движение прилегающих слоев воздуха тормозится. В связи с этим в условяях городской застройки ветер вблизи земной поверхности ослабевает, а турбулентное перемешивание и связанная с ним порывистость ветра резко усиливаются. Для практических целей представляет интерес повторяемость скоростей ветра выше и ниже определенных пределов. Средняя годовая температура воздуха в Барнауле составляет 1,2С. В период с ноября по март средняя месячная температура воздуха не превышает 0С. Температура воздуха в суточном ходе претерпевает большие изменения. Зимой минимум температуры воздуха обычно наблюдается утром (6-7 ч), а максимум - в послеполуденное время (13-15 ч). В декабре сглажен суточный ход температуры t воздуха. Влажность воздуха характеризуется парциальным давлением водяного пара (абсолютной влажностью), относительной влажностью и дефицитом насыщения. , Суточные изменения парциального давления водяного пара зимой небольшие, едва заметные. В течение года максимальные значения относительной влажности отмечаются в декабре. В холодный период года относительная влажность менее і подвержена колебаниям, чем в теплый. В январе и декабре относительная влажность в 13 ч наиболее высокая и в среднем составляет 76%, в ноябре она равна 73%. Зимой суточный ход относительной влажности сглажен, амплитуда колебаний не превышает 5-Ю %. Дни, когда относительная влажность равна 80% и выше (табл. 5), относят к # числу влажных. Таких дней в Барнауле в среднем за год насчитывается до 56. Наибольшее число влажных дней отмечается в ноябре и декабре. По количеству выпадающих атмосферных осадков Барнаул относится к зоне недостаточного увлажнения. В среднем за год в городе выпадает 495 мм атмосферных осадков. В зависимости от вида осадков год условно делят на два периода: холодный - с , ноября по март, когда преобладают твердые и смешанные осадки, и теплый - с апреля по октябрь, когда преобладают преимущественно жидкие осадки. Из общего количества осадков, выпадающих за год, 55 % составляют жидкие, 38 % - твердые и 7 ф % - смешанные (мокрый снег). Зимой преобладают твердые осадки, доля смешанных осадков не превышает 10%. За холодный период (ноябрь-март) выпадает менее одной трети годового количества осадков (171 мм). За год в Барнауле в среднем бывает 180 дней с осадками, наибольшее их число приходится на осенне-зимний период (113 дней). Годовой максимум числа дней с осадками более 0,1 мм прослеживается в декабре. С октября по декабрь в Барнауле преобладает пасмурная погода (70% по общей облачности), на ясное и полуясное состояние неба в среднем приходится не более 30%). В январе-марте с увеличением влияния азиатского антициклона повторяемость пасмурного состояния неба по общей облачности несколько Л уменьшается (в среднем около 60 %).
Программно-аппаратный комплекс и методика проведения атомного эмиссионного анализа отобранных проб городского аэрозоля
В 2000 г. в Чили, г. Сантьяго были исследованы содержание органики и молекулярная характеристика городских аэрозольных частиц [46]. Выяснилось, что ц атмосферные частицы с размерами порядка 10 мкм содержат органику в пределах 38%, что значительно ниже общепринятых уровней (71%), характерных для других городов страны. Основная часть органики обусловлена выбросами дизельных двигателей, смазочных масел и других нефтехимических топлив. Уровни содержания твердых частиц с размерами порядка 10 мкм во вдыхаемом ф воздухе в населенных пунктах вблизи и в отдалении от мест карьерной добычи угля изучались английскими исследователями в Северо-восточной Англии [47]. Полученные данные показали, что среднее содержание взвешенных частиц было 17 мг/м вблизи карьера и 14,9 мг/м в контрольном пункте, влияние горной добычи отразилось в увеличении доли частиц сланцев во вдыхаемом воздухе. Можно отметить, что при установлении смога зимой 2005 г. в центре г. Барнаула нами было зафиксировано значение массовой концентрации пыли 18,3 мг/м3 , что превышает значение, полученное исследователями [47] около английского угольного карьера. Помимо экспериментальных исследований, зарубежные авторы активно ведут разработку новых методов и приборов для определения основных микрофизических и химических параметров городского приземного аэрозоля.
В 2000г. учеными [48] был разработан новый метод прямой оценки загрязнения воздуха с использованием ядерной микроскопии для анализа отдельных аэрозольных частиц. Данный метод количественного анализа был использован исследователями [118].
Китайские ученые [49] разработали дистанционную чувствительную технологию для тонкой оценки с космического спутника степени загрязненности атмосферы заданных районов. Если сравнить среднегодовые значения массовой концентрации пыли в г. Барнауле со значениями таких концентраций в других городах мира, получается следующая картина (таблица 1) [2]: Исследования приземного городского аэрозоля активно ведутся не только за рубежом [38-57, 77, 78, 80], но и в России, где они были начаты еще советскими учеными [103-114]. Современные исследования аэрозоля российскими учеными направлены как на разработку новых методов и приборов для изучения его основных свойств [33-37, 81, 89-94, 96, 97], так и на поиск пути решения сложившихся экологических проблем из-за загрязнения воздушных бассейнов крупных городов [36, 58,59]. Исследователи [33] предлагают использование математического подхода к определению количества и расположения датчиков контроля загрязнения атмосферы на основе восстановления полей концентрации загрязняющих веществ с заданной погрешностью для предложенной ими же интеллектуальной системы датчиков контроля загрязнения атмосферы. Авторы [36, 58, 59] обсуждают перспективы активной защиты воздушного бассейна промышленных городов, обеспечение их экологической устойчивости и » принципиальные положения экологической перспективы градостроительных объектов. Много работ посвящено экспериментальным исследованиям приземного аэрозоля в различных регионах РФ [3-6, 17, 22, 23, 59, 60-66, 69-73, 76-79, 82-88, 95, 98,99]. В работе [117] проведен мониторинг аэрозоля в Новосибирской и Иркутской областях. Исследования были выполнены на аэрозолях с размерами частиц в диапазонах: 1-3, 3-6, 6-9, 9-19 и выше 19 мкм. Изучение элементного состава аэро золей показало, что разброс данных достаточно велик даже для проб одного « образца, взятых с разных частей фильтра. Точность метода составляет примерно 25 % для элементов с высокой относительной концентрацией (Si, А1, Са) и примерно 50 % для элементов, концентрация которых менее 1 %. Состав аэрозолей с размером # частиц менее 3 мкм отличается от состава образцов почвы большим содержанием натрия, кальция, калия и титана. Для аэрозольных частиц размером 6-9 мкм такой же эффект имеет место для кальция и титана. Это говорит о том, что аэрозоли принесены из других регионов. Для аэрозолей с размерами частиц более 9 мкм в отдельные дни наблюдаются резкие концентрационные выбросы Fe, Mg, Al, которые вызваны, по-видимому, попаданием отдельных частиц антропогенного происхождения. Результаты анализа образцов, отобранных в разные дни в Иркутской области, свидетельствуют о большом разбросе значений концентрации Na, К, Са, но иногда Ф наблюдаются и выбросы концентраций А1 и Ті.
Исследование сезонной динамики параметров функции распределения аэрозольных частиц по размерам
Прибор контроля запыленности воздуха ПКЗВ-906 конструктивно выполнен переносным и состоит из двух отдельных блоков (информационного и датчика дифференциального), соединяемых между собой кабелем.
Информационный блок состоит из следующих основных частей: корпуса, плат (индикации, управления, усилителя, переключателя, коммутационной), силового трансформатора.
Блок датчика дифференциального состоит из следующих основных частей: датчика, состоящего из осветителя, объектива осветителя, двух объективов приемной части, двух фотоэлектрических приемников, модулятора, высоковольтного стабилизатора, двух плат делителей, насоса, фильтра, ротаметра, трансформатора, платы питания, двух усилителей предварительных. Твердые частицы аэрозоля, взвешенные в воздухе, всасываются насосом в камеру анализа. Для формирования счетного объема применена аэродинамическая фокусировка струи аэрозоля путем введения ее внутрь соосной сопутной струи из чистого отфильтрованного воздуха. Свет, рассеянный частицами, фокусируется объективами на катоды фотоэлектронных умножителей, которые преобразуют его в электрические импульсы длительностью, равной времени пролета частицы и амплитудой, пропорциональной размеру частицы. Для исключения влияния помех в фотоэлектрическом датчике применена схема совпадения. Сигнал со схемы совпадения появляется в том случае, когда оба фотоприемника одновременно регистрируют свет, рассеянный от частицы. Электрические импульсы с выходов фотоэлектронных умножителей, усиливаются и анализируются по амплитуде схемой селекции информационного блока. В соответствии с кодом селектор подает импульсы на входы соответствующей группы десятичных счетчиков на плате индикации. Результат подсчитанных импульсов по соответствующим размерным диапазонам высвечивается на светодиодных индикаторах.
Данные регистрируются по семи каналам с граничными размерами 0,3-0,4; 0,4-0,5; 0,5-1; 1-2; 2-5; 5-Ю; 10-100 мкм с погрешностями измерений 30%, 30%, 30%, 40%, 40%, соответственно по второму, третьему, четвертому, пятому и шестому каналам, по первому и последнему не нормируемыми. Счетчик аэрозольных частиц ІЖ.ГТА-0,3-002 (АЗ-6) предназначен для контроля запыленности воздуха в производственных условиях. Счетчик регистрирует аэрозольные частицы в шести каналах по размерам от 0,3 мкм и выше, от 0,3 мкм и выше, от 0,4 мкм и выше, от 0,5 мкм и выше, от 0,6 мкм и выше, от 0,8 мкм и выше, от 1 мкм и выше. Диапазон измерения счетной концентрации аэрозольных частиц - от 10 до 3 10 дм" . Предел допускаемой основной относительной погрешности измерений счетной концентрации монодисперсного аэрозоля составляет ±40%, предел допускаемой относительной погрешности измерений объема аэрозольной пробы, отбираемой на анализ, ±10%. В счетчике используется фотоэлектрический метод регистрации аэрозольных частиц. Частицы, попадая в освещенный объем, рассеивают свет. Интенсивность рассеянного света определяется размером частицы. В качестве приемника света выступает фотоэлектронный умножитель, на нагрузке которого возникает электрический импульс. Амплитуда импульса пропорциональна количеству рассеянного света, т.е. определяется размером частицы. Таким образом, возможен анализ частиц по размерам. Структурно счетчик состоит из трех функциональных частей: оптической и ч пневматической систем и электрических блоков. Оптическая система является главной и определяет основные характеристики счетчика. Схема оптического датчика и калибратора представлена на рисунке 8. Пневматическая система счетчика частиц АЗ-6 обеспечивает забор аэрозоля и подачу его в рабочий объем оптического датчика. Прокачка аэрозоля осуществляется встроенным насосом, сглаживание импульса производится глушителем, расход аэрозоля регулируется краном, а контролируется по ротаметру. Электрические блоки служат для разделения по амплитуде и подсчета электрических импульсов, поступающих от фотоэлектронного умножителя. Спектрограф дифракционный ДФС-452 предназначен для проведения спектрографических работ при исследовании спектров испускания, требующих достаточно высокой дисперсии в широком спектральном диапазоне. Спектрограф работает с генератором типа ИВС и рассчитан для работы в лабораторных условиях. Оптическая схема спектрографа представлена на рис. 9 (а, б). Обратная линейная дисперсия спектрографа с решеткой 600 штрихов/мм в первом порядке составляет 1,6 нм/мм. Точность определения положения центра спектральной линии составляет 0,2 А. Для определения элементного состава аэрозольных частиц проводился атомно-эмиссионный спектральный анализ при помощи программно-аппаратного комплекса, собранного на кафедре общей физики Алтайского Госуниверситета. Комплекс выполнен на современной элементной базе, предназначен для получения спектров пробы с последующим качественным и количественным анализом спектров. Излучение, полученное при сгорании пробы в искровой камере ИВС-28, проходит трехлинзовую систему и попадает на спектрограф ДФС-452. Измерительная головка, считывает изображение спектра со спектрографа, проводит его усиление и оцифровку. Далее производится.
