一种依据电导率测量的大气固态颗粒物[颗粒2．5]指数的表征方法技术

本发明专利技术公开了一种依据电导率测量的大气固态颗粒物“颗粒2.5(PM2.5)”指数的表征方法。其“基于电导率突变感知的固态或凝聚态颗粒物大数计量原理”可作为一种普适方法而直接标定“单位体积气体或液体中悬浮的、可作球形近似的、固态或凝聚态颗粒物的大数量不粘连聚集体样品”中的颗粒物的诸多物理参数：数目，表观直径，表观密度，质量，颗粒d(PMd)指数，等效质量丰度，等效数量丰度，等效表面积丰度，等效体积丰度。本发明专利技术技术及其应用涉及环境监测技术、微电子技术、纳米技术与生物医药技术领域。

A method for the characterization of particulate matter 2.5] (particulate matter) based on conductivity measurements

The invention discloses a method for characterizing the atmospheric particulate matter particle 2.5 (PM2.5) index based on the conductivity measurement. \Based on the perception of sharp conductivity solid or condensed particles of large numbers of measurement principle\ can be used as a universal method and direct calibration unit volume of gas or liquid suspension, as spherical approximation, solid or condensed particles in large number of samples in the adhesion of aggregates \particles many physical parameters: the number of apparent diameter, apparent density, grain quality, D index (PMd), equivalent mass abundance, equivalent abundance, abundance of equivalent surface area, the equivalent volume of abundance. The invention relates to the technical field of environmental monitoring, microelectronic technology, nanotechnology and biomedicine.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种依据电导率测量的大气固态颗粒物“颗粒2.5(PM2.5)”指数的表征方法。其“基于电导率突变感知的固态或凝聚态颗粒物大数计量原理”可作为一种普适方法而直接标定“单位体积气体或液体中悬浮的、可作球形近似的、固态或凝聚态颗粒物的大数量不粘连聚集体样品”中的颗粒物的诸多物理参数：数目，表观直径，表观密度，质量，颗粒d(PMd)指数，等效质量丰度，等效数量丰度，等效表面积丰度，等效体积丰度。本专利技术技术及其应用涉及环境监测技术、微电子技术、纳米技术与生物医药

技术介绍
地表环境大气里漂浮着多种来源的颗粒物：(1)沙粒、土壤尘土颗粒(硅氧化物，硅酸盐，硫酸盐，硝酸盐，碳酸盐，磷酸盐，醋酸盐，其它)；(2)海盐(NaCl等)；(3)燃烧或闪电所致无机与有机烟尘；(4)碳颗粒；(5)火山灰(金属颗粒、无机盐颗粒、单质硫颗粒等)；(6)花粉；(7)微生物；(8)O3，SO2/SOx，NOx；(9)挥发性化学有机物(VOC。来源包括工厂、研究单位化学废气、汽车飞机等发动机工作废气、生物体挥发物、自然生物质腐败挥发物等)；(10)化工厂、各类工厂生产过程挥发物颗粒；(11)水滴与含各类杂质水滴、冰晶；(12)其它上述未注明颗粒。这些颗粒物可以随着大气流动而充斥于地表上人和动物的呼吸环境。通常用一种空气质量指数[(英文简称：)]来标定环境大气的人体呼吸安全性：单位体积大气里所包含的“空气动力学当量直径di小于等于人体呼吸安全标定值d标定以下所有颗粒物”的总质量空气动力学当量直径可以理解为颗粒结构体的“表观直径”，即颗粒结构体的外接球直径。对于人体而言，d标定有两个典型值：其一为10μm，其二为2.5μm。大量研究表明，表观直径小于等于10μm的颗粒可经过呼吸而直接进入肺部，而吸入肺中的表观直径小于等于2.5μm的颗粒存在通过人体肺泡膜直接进入血液的可能性，而这些直接进入血液的颗粒物是人心脑血管疾患与诸多癌症的主要诱因之一。显然2.5μm是呼吸安全与否的大气颗粒物表观直径上限(d标定＝dSS＝2.5μm)。有鉴于此，[颗粒10(英文简称：PM10)]与[颗粒2.5(英文简称：PM2.5)]指数指数可以作为衡量环境空气是否严重危害人体健康的一个关键指标。例如，大气质量报告中所述“今日PM2.5的值为75”，其含义为今日每立方米大气里表观直径小于等于2.5微米的所有颗粒物的总质量为75微克(PMd≤2.5μm＝75μg/m3)。一般呼吸防护可通过不同过滤等级的口罩来粗略滤除吸入大气里表观直径大于5-10μm的颗粒物，但如果口罩滤网孔径过小，例如小于2.5μm，那么因滤孔过小所致呼吸阻力过大将会造成呼吸困难，所以指望通过人自主呼吸加口罩过滤的方式来预防颗粒物污染危害不具备广泛适用性。也就是说对于大气中表观直径小于等于2.5μm以下的颗粒物，低成本有效滤除且不影响人的呼吸顺畅体验一般难以实现。目前大气颗粒物污染预警是通过适时监测[颗粒10(PM10)]与[颗粒2.5(PM2.5)]指数而做到的：当[颗粒10(PM10)]指数超标时佩戴相应口罩即可；而[颗粒2.5(PM2.5)]指数超标，最好的防护措施就是闭门不出，或者佩戴专用的颗粒物2.5防护口罩或呼吸器以应对。[颗粒10(PM10)]与[颗粒2.5(PM2.5)]指数的标准测定方法主要有三种：重量法、微量振荡天平法和β射线法。根据指数的物理定义，所有上述测量设备中都要用到一类具备一个相同物理参数的过滤膜：即过滤膜与空气接触的外露面上所有孔的直径均小于等于d标定(理想的参数是过滤膜所有过滤孔道与过滤膜外露面的交接面为圆形且该圆直径为d标定)。测量中首先利用该过滤网滤除待测大气里所有表观直径大于d标定的颗粒物，然后用重量法、微量振荡天平法或β射线法之一来测量所有表观直径小于等于d标定的颗粒物的总质量，从而得到大气悬浮颗粒物相应的等效质量丰度(浓度)。[颗粒10(PM10)]与[颗粒2.5(PM2.5)]指数监测技术专利多属欧美，设备主流供应商包括美国ThermoFisherScientific公司，美国MetOne公司，美国API公司、法国ESA公司等。这些检测设备视配件不同在中国市场的售价在5～10万美元/台数量级。所以就是对于欧美发达国家而言，这种价格也是妨碍建立指数全国监测网、以及广泛实施更为重要的室内空气全时监测的主要障碍。因此开发一类低廉造价的环境空气指数监测设备从而做到能象温度计的使用一样而大规模实施家用电器式指数监测的推广应用，对空气污染适时预警以提醒民众采取相应措施具有重大社会价值。大气悬浮颗粒(atmosphericaerosols)即大气颗粒物(APM:atmosphericpaticulatematter)的空气动力学当量直径(表观直径)(APD：aerodynamicparticlediameter)的典型分布区间为0.1-100μm，其中环境监测中所指总悬浮颗粒物(TSP:totalsuspendedparticles)的尺度分布区间为[0.1μm,40-100μm]。从上述大气中悬浮颗粒物的典型尺度可知，指数检测的主要难点有二：其一，准确选取单位体积内所有表观直径小于等于d标定的颗粒物，这取决于具有过滤孔径阈值d标定的过滤膜，所以d标定较小过滤膜的制造是设备成本高企的原因之一；其二，微量质量的测量。要么使用微量天平，要么使用复杂的光电响应谱探测手段间接获得质量信息，无疑相关检测手段的硬件实现都不便宜。任何一种环境空气指数的监测设备必须能够实现“待标定颗粒”的过滤筛选以及被筛选颗粒的质量测量。所以指数监测设备的适用价值(或相关专利技术专利或带授权专利申请的“专利”价值)取决于“具有滤过阈值d标定的过滤膜制造”、“颗粒滤过方法”、“滤过颗粒计数”以及“滤过颗粒质量测量”的协同技术实现。例如，对于一种环境空气指数的测量设备而言，其测量所依据的物理原理决定了其所用颗粒物过滤膜材料的基本物理形态(材料的结构参数与滤过功能相关的主要参数)。因此其所用滤膜的应用有效性及其技术创新的实用价值主要体现在三方面：其一：其所用过滤膜能否有效实现指数的表征直接决定了该过滤膜技术及其关联制备路线是否具有现实价值的“专利”意义；其二：该过滤膜能否被高性价比地大规模工业化制造；其三：d标定的确定而所决定的材料本身的制造路线及其下游衍生产品的应用范式。例如本专利技术所提及的材料之一“大气固态颗粒物尺度梯度滤过膜”适用于一种地表环境大气颗粒物监测设备，它尤其是为本专利技术所指的一种依据电导率测量原理的地本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术公开了一种依据电导率测量的大气固态颗粒物[颗粒2.5(PM2.5)]指数的表征方法，其实质已给出了一条完备的技术路线以设计一种“基于电导率突变感知原理”的“固态或凝聚态颗粒物[颗粒d(PMd)]指数”标定仪器。

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种依据电导率测量的大气固态颗粒物[颗粒2.5(PM2.5)]指数的表征
方法，其实质已给出了一条完备的技术路线以设计一种“基于电导率突变感知原理”的“固
态或凝聚态颗粒物[颗粒d(PMd)]指数”标定仪器。
2.本发明公开了一种“基于电导率突变感知的固态或凝聚态颗粒物大数计量原理”以及利
用该原理直接标定“单位体积气体或液体中悬浮的、可作球形近似的、固态或凝聚态颗粒
物的大数量不粘连聚集体样品”中颗粒物诸多物理参数的具体实施方法，其可同时测量的
参数包括：数目，表观直径，表观密度，质量，颗粒d(PMd)指数，等效质量丰度，等效
数量丰度，等效表面积丰度，等效体积丰度。
3.本发明公开的“基于电导率突变感知的固态或凝聚态颗粒物大数计量原理”及其技术的
具体实施方式其实质已给出了一条完备的技术路线以设计一种仪器而可同时标定“单位体
积气体或液体中悬浮的、可作球形近似的、固态或凝聚态颗粒物的大数量不粘连聚集体样
品”中颗粒物的下列物理参数：数目，表观直径，表观密度，质量，颗粒d(PMd)指数，
等效质量丰度，等效数量丰度，等效表面积丰度，等效体积丰度。
4.本发明公开的技术路线虽然围绕其适用于“表面绝缘材质或整体绝缘的、且可作球形近
似的、固态或凝聚态...

【专利技术属性】
技术研发人员：濮琳，施毅，张荣，郑有炓，
申请(专利权)人：南京大学苏州高新技术研究院，南京大学，苏州源正热伏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32