傳統(tǒng)冷凝粒子計(jì)數(shù)器主要通過將過飽和蒸汽冷凝在氣溶膠粒子表面，使其長大成為微米級液滴，進(jìn)而通過光學(xué)檢測器實(shí)現(xiàn)顆粒物的精確計(jì)數(shù)。然而，由于醇和水在理化性質(zhì)上的差異，現(xiàn)有的冷凝粒子計(jì)數(shù)器(CPC)往往只能針對單一工作液體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成了醇基CPC和水基CPC兩大類別。
醇基CPC雖能高效使疏水顆粒物長大，但其釋放的醇蒸氣易引入雜質(zhì)氣體，影響檢測結(jié)果；而水基CPC則擅長處理親水顆粒物，但在某些特定環(huán)境下使用受限。
在環(huán)境監(jiān)測技術(shù)日新月異的今天，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院蔣靖坤教授研究組傳來了一項(xiàng)令人振奮的消息——他們成功研發(fā)出一種能夠同時使用醇和水作為工作液體的通用CPC。研究成果以《使用醇和水作為工作液體的通用冷凝粒子計(jì)數(shù)器》(A convertible condensation particle counter using alcohol or water as the working fluid)為題發(fā)表在《氣溶膠科學(xué)與技術(shù)》(Aerosol Science and Technology)上。
蔣靖坤教授的研究團(tuán)隊(duì)針對上述痛點(diǎn)，通過深入的理論模擬與實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)出了一種前所未有的兼容醇和水的通用蒸發(fā)室與冷凝室結(jié)構(gòu)。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)通過精確調(diào)控蒸發(fā)室溫度、冷凝室溫度及光散射強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)，成功創(chuàng)建了既適用于醇蒸氣也適用于水蒸汽的過飽和冷凝生長環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了在同一臺CPC上使用不同工作液體對氣溶膠粒子的高精度檢測。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該通用CPC在不同工作液體下的表現(xiàn)均十分出色。當(dāng)使用正丁醇作為工作液體時，其50%計(jì)數(shù)效率對應(yīng)的顆粒物直徑分別為10納米(氯化鈉)和7納米(銀)，顯示出對微小顆粒物的卓越檢測能力。而切換到水作為工作液體時，其50%計(jì)數(shù)效率對應(yīng)的顆粒物直徑均在3納米左右，進(jìn)一步拓寬了檢測范圍。
尤為值得一提的是，當(dāng)環(huán)境露點(diǎn)溫度高于冷凝室冷凝溫度時，該CPC還能自動從空氣中收集水汽，為自身補(bǔ)給工作液體，實(shí)現(xiàn)了長期自維持運(yùn)行，大大降低了運(yùn)行成本和維護(hù)難度。
目前，該通用CPC已在北京、上海、深圳等城市大氣環(huán)境站以及黑龍江龍鳳山、云南香格里拉、新疆阿克達(dá)拉等區(qū)域大氣本底站成功應(yīng)用，并展現(xiàn)出良好的性能表現(xiàn)。不僅驗(yàn)證了此次創(chuàng)新成果技術(shù)的成熟可靠，也體現(xiàn)了其在應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境挑戰(zhàn)中的巨大潛力。
這一創(chuàng)新成果不僅突破了傳統(tǒng)CPC在設(shè)計(jì)上的局限性，更為環(huán)境監(jiān)測、機(jī)動車尾氣檢測、工業(yè)環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域提供了更加高效、靈活的解決方案。同時，該研究成果的發(fā)表也為我國在國際環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域贏得了更多的關(guān)注與尊重，彰顯了中國科研人員的智慧和貢獻(xiàn)。
(資料來源：清華大學(xué))
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