黑碳光度計(jì)
無需過濾器預(yù)濃縮直接測量黑碳
黑碳光度計(jì)™ (BCP™) 是一種堅(jiān)固、便攜、高精度和經(jīng)濟(jì)的儀器，用于測量污染城市環(huán)境中的大氣黑碳顆粒。 BCP 使用簡單而直接的長程光度計(jì)技術(shù)實(shí)時(shí)量化氣溶膠（氣體 + 顆粒）相中顆粒的總消光量和質(zhì)量濃度。 這種直接的方法避免了與當(dāng)前市售儀器相關(guān)的偽影和其他問題，例如目前見的使用過濾器來預(yù)濃縮樣品進(jìn)行分析的空氣測量技術(shù)。
黑碳光度計(jì)的檢測池采用折疊管狀設(shè)計(jì)，這是一項(xiàng)獲得的創(chuàng)新，可使其快速?zèng)_洗（樣品和參考測量之間的快速切換所必需的）。 因此，BCP 具有高靈敏度，不需要預(yù)先濃縮過濾器，并且可以快速測量黑碳。 吸收池被折疊以在緊湊的空間內(nèi)提供長（2.1 米）的路徑長度，從而使儀器重量輕（約 19 磅/8.6 千克）且尺寸適合在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架安裝系統(tǒng)中使用。 我們在大氣測量技術(shù)（Birks et al., AMT, 11, 2821-2835, 2018）的同行評(píng)審出版物中描述了折疊管狀設(shè)計(jì)，例如用于黑碳光度計(jì)的設(shè)計(jì)。
黑碳光度計(jì)設(shè)計(jì)用于在兩個(gè)波長（405 nm 和 880 nm）下直接測量由顆粒物質(zhì)引起的總消光（吸光度 + 散射）。 880 nm 通道可用于計(jì)算黑碳質(zhì)量濃度。 在較短的 405 nm 波長處的消光可以憑經(jīng)驗(yàn)與給定位置的 PM2.5 相關(guān)。
黑碳光度計(jì)對(duì)于研究黑碳在空氣質(zhì)量和氣候中的作用的研究人員以及對(duì)估計(jì)社區(qū)暴露風(fēng)險(xiǎn)感興趣的空氣質(zhì)量管理人員非常有用。
操作理論
下圖是黑碳光度計(jì)的簡化示意圖。 樣品空氣通過氣泵以~1.0-1.6 L/min 的流速連續(xù)吸入儀器及其光學(xué)檢測池。 參考閥交替繞過或發(fā)送樣品空氣通過 PTFE 微粒過濾器（下面標(biāo)記為微粒過濾器 #1），去除樣品中的所有微粒，從而允許在不存在微粒 (Io) 和存在微粒的情況下交替測量光強(qiáng)度 顆粒物 (I)。 然后使用 Beer-Lambert 定律計(jì)算顆粒消光
Bext
= 1/L ln(Io/I)
這里，L 是路徑長度（2.1 m）。
顆粒消光是兩個(gè)因素的總和：氣溶膠吸收和散射。 在黑碳光度計(jì)的較長波長 (880 nm) 處，吸收對(duì)消光的影響要大得多。 在受污染的城市空氣中，儀器在 880 nm 處的響應(yīng)主要是由于黑碳吸收。 在儀器的較短波長 (405 nm) 處，散射占主導(dǎo)地位，儀器響應(yīng)更能表明總氣溶膠濃度。
規(guī)格
測量原理 | 在 405 nm 和 880 nm 處直接消光 |
測量輸出 | 405 和 880 nm 處的消光 (Mm-1) 880 nm 處的質(zhì)量濃度 (µg m-3) |
線性動(dòng)態(tài)范圍 | 0-10,000 Mm-1
(~0-1300 µg m-3
at 880 nm) |
分辨率 | 0.1 Mm-1
(0.1 µg m-3) |
精度（10 秒測量，1σ rms 噪聲） | 405 納米：4.1 毫米-1； 0.7 Mm-1 帶自適應(yīng)濾波器 880 納米：2.8 毫米-1； 0.5 Mm-1 帶自適應(yīng)濾波器 （0.35 µg m-3；0.07 µg m-3 帶自適應(yīng)濾波器） 880 nm，1 小時(shí)平均值：0.018 µg m-3 |
準(zhǔn)確性 | 2 Mm-1 或讀數(shù)的 2% 中的較大者 |
檢測限 (2σ) | 405 nm：<1.6 Mm-1（帶自適應(yīng)濾波器） 880 nm：<1.1 Mm-1（帶自適應(yīng)濾波器） 880 nm，1 小時(shí)平均值：0.036 µg m-3 |
流速 | 1.3 L min-1（：1.0 L min-1； 1.6 L min-1） |
測量頻率 | 0.1 Hz（每 10 秒一次） |
平均次數(shù) | 10 s, 1 min, 5 min, 1 hr |
響應(yīng)時(shí)間，99% 的階躍變化 | 10 秒平均為 20 秒 30 秒，帶自適應(yīng)濾波器 |
內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄器容量 | 10 GB，>3.2 年的 10 秒數(shù)據(jù) |
用于便攜式數(shù)據(jù)記錄的 USB | Yes |
壓力單位 | mbar |
溫度單位 | °C |
T 和 P 更正 | User-Selected |
工作溫度范圍 | 5 to 45 °C |
操作壓力 | 600-1000 mbar |
電源要求 | 11-14 V dc 或 120/240 V ac，12 V 時(shí)為 1.3 A，運(yùn)行期間平均約 16 瓦 |
尺寸 | 機(jī)架安裝：17 英寸寬 x 14.5 英寸深 x 5.5 英寸高（43 x 37 x 14 厘米） |
重量 | ~19.2 lb (8.7 kg) |
用戶界面 | 觸摸屏或串行 |
數(shù)據(jù)輸出 | RS232； 0-2.5 V 模擬輸出，用于 405 和 880 nm 消光； USB驅(qū)動(dòng)器 |
數(shù)據(jù)傳輸波特率 | 2400 |
輸出范圍 | 用戶在比例因子菜單中定義 |
長壽命泵 | Yes: 15,000 hours |
流量計(jì) | Yes |
內(nèi)置自動(dòng)調(diào)零功能 | Yes |
特征
?在兩個(gè)波長（880 nm 和 405 nm）下直接測量顆粒物的消光度，可以實(shí)時(shí)測量顆粒物，包括黑碳和 PM2.5
?直接方法無需在過濾器上預(yù)濃縮樣品，從而避免相關(guān)的偽影
?低功耗（預(yù)熱后平均約 16 瓦）
?重量輕（~19.2 磅，8.7 千克），標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架安裝尺寸
?長壽命泵（~15,000 小時(shí)）
?觸摸屏
?內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄器容量：10 GB
?用于便攜式數(shù)據(jù)記錄的 USB 端口
?串行和用戶縮放的模擬電壓輸出
?方便的微處理器用戶界面，通過觸摸屏或串行，包括校準(zhǔn)參數(shù)（增益和零）和質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)
?可選擇 10 秒的測量時(shí)間或 1 分鐘、5 分鐘和 1 小時(shí)的數(shù)據(jù)平均時(shí)間
?內(nèi)置歸零功能
?幾乎不需要技術(shù)維護(hù)，適合在現(xiàn)場條件下連續(xù)運(yùn)行（可電池供電運(yùn)行）
?與其他市售儀器相比更經(jīng)濟(jì)
系統(tǒng)包括
?黑碳光度計(jì)
?2.5A 電源適配器（2.5 安培，100-240 VAC 至 12 VDC），帶精選電源線
?串口線（9PinF-9PinF）
?U 盤上的操作手冊
?校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和 NIST 可追溯校準(zhǔn)證書
?儀器出生證明
?一年保修
