提出了一种表征颗粒（３１８）总体的方法。所述方法可特别地用于表征微米颗粒或者纳米颗粒气溶胶。所述方法包括下述步骤：ａ）在分类步骤，选择一种总体，其中所选择类型的颗粒（３１８）具有预先指定的迁移率ｄｍ；ｂ）在计数步骤，确定所选择类型的颗粒（３１８）的数量Ｎ；ｃ）在电荷确定步骤，确定所选择类型的颗粒（３１８）的电荷Ｑ；和ｄ）在评估步骤，从电荷Ｑ、数量Ｎ和迁移率ｄｍ确定至少一个形态参数，其中所述形态参数包括至少一条关于颗粒（３１８）的附聚状态的信息。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种表征颗粒总体的方法和装置。更特别是，所述颗粒可以为气溶胶 颗粒，特别是微米颗粒和/或纳米颗粒。本专利技术还涉及所述装置在气溶胶监视中的用途。根 据本专利技术的方法和装置可用于例如环境分析、工作场所防护或者过程监视领域。
技术介绍
“气溶胶”为在下文使用通常是指固体和/或液体悬浮颗粒(在下文通常也称为 “颗粒”)和气体介质特别是空气的混合物。一般地，本专利技术涉及表征颗粒的方法和装置。所 述气溶胶特别是指颗粒处于微米范围即处于< 1000 μ m的范围，和/或甚至优选地处于纳 米范围即处于< IOOOnm的范围的气溶胶。气溶胶的检验和表征在自然科学、技术、医药和日常生活的各种领域起到重要作 用。例如，气溶胶和气溶胶颗粒的表面表征在环境分析和医药领域起到关键作用，这是因为 气溶胶的表面分布和表面形态对例如纳米颗粒的毒性和例如气溶胶和纳米颗粒所引起的 工作场所污染评价起到决定性的影响。对颗粒结构特别是附聚结构的了解对评价纳米颗粒的工作场所污染、用参数表示 合成气态纳米颗粒时的吸入毒理学可能和过程控制是必要的。即时观测颗粒形态通常在例 如气象学和气候研究或者气溶胶物理的许多其它领域非常受关注。特别是，气体携带纳米颗粒即尺寸例如< IOOOnm的颗粒或者别的微米颗粒即尺 寸例如< 1000 μ m的颗粒常常呈所谓初级颗粒的附聚物或者集合体即烧结附聚物形式。附 聚物的结构在这里以链和/或分岔或者可能甚至球形烧结的方式松散连接。为表征颗粒或者气溶胶，已经开发了大量的不同装置和方法，这些装置和方法能 够即时或者脱机地重要表示颗粒特征。在下文，“脱机”测量在这里为其中与气流无关地例 如以时间变换和/或在不同设备中进行测量的测量。相反，“即时”测量为直接且没有任何 大的时间变换地进行的测量，例如实时测量或者至少几乎实时进行的测量。对这些颗粒的检测和计数在这里特别是纳米颗粒领域已经起到重要作用。已知 并可市场购买大量的不同类型的颗粒计数器并且这些计数器基于不同的测量原理。例 如，一种测量原理是基于通过光例如激光的检测。在WO 91/08459中公开了这种激光颗 粒计数器的实例。用于超小颗粒的其它颗粒计数器或者颗粒检测器基于电荷效应，例如 在TO 2007/000710A2中所公开的颗粒计数器。还已知其它即时测量技术例如基于散射 光方法(例如散射激光)的即时测量技术。其它计数器和检测器基于静电原理例如在WO 2007/000710A2中公开的颗粒传感器。还可能采用所谓的凝结核粒子计数器或者凝结粒子 计数器(CPC)特别是为了能够检测甚至非常小的颗粒例如在纳米范围下部的颗粒，其采用 常规的光技术较难实现。在这些计数器或者检测器中，例如通过沉积包含丁醇的冷凝物膜、 通过在这些颗粒周围提供冷凝物套人工增加颗粒尺寸。以这种方式增加尺寸的颗粒然后可 较易检测。US 4，790，650公开了冷凝颗粒计数器的实例。除了纯粹检测和计数颗粒以外，分类连同相应的颗粒检测也起作用。通常，通过根据迁移率即颗粒速度和对颗粒作用的力的比率将颗粒分类或部分而以电力学方式对颗粒 进行分类。对带电粒子而言，特别是在这里使用所谓的电迁移率(常常称作Z)，即颗粒速度 与作用于颗粒的电场的比率。在液体或者流体(气体或者液体)中移动的体的迁移率通常用所谓的迁移率直径 dm表示，其通常也称为迁移率等效直径。其为在流体(例如所使用在载体气体)中具有所 述迁移率的假想球的直径。开发了大量的装置和方法用于例如根据其迁移率划分即意味着分离颗粒。一个实 例为所谓的微分迁移率分析器(DMA)。这些分析器通常为可变的电过滤器，其例如作为可变 或者固定地预先指定的几何形状尺寸和/或可变或者固定地预先指定的电压的函数，仅仅 允许颗粒流的特定电迁移率颗粒通过。在WO 2007/016711A1中公开了这些微分迁移率分 析器的实例。这种分类器通常连至相应的计数器，其可直接计数具体滤出类型中的颗粒数 或者浓度。通过这种方式例如可能通过改变类型而确定颗粒总体的浓度和颗粒尺寸分布。 这样的仪器例如以小结构差异被称作“DMPS”仪器(微分迁移率粒径仪)、SMPS (扫描迁移 率粒径仪)或者FMPS (快迁移率粒径仪)，而这些原理之间的差异在下文中是重要的。例如 在 US2006/0284077A1、US 2004/0080321AUGB 2378510A、GB 2347671A、GB 2346700A 或者 WO 99/41585中公开了这样的直接连至测量仪器或者计数器的分类器系统的实例。因为带电颗粒或者颗粒流在现有技术已知的许多方法和装置中起到重要作用，所 以开发了大量的能够在颗粒上产生限定电荷的大量装置。也在下文称为“电荷状态发生 器”或者“充电器”的这些装置能够产生颗粒上例如特定的电荷分布(例如一个颗粒接受一 个、两个或者多个正和/或负单元电荷的可能性)或者固定地预先指定数量的电荷。在EP 1678802A2、W0 00/787447A1 (与 DMA 和 CPC 相关联)或者 DE 19846656A1 中公开了这种装 置的实例。如果产生相同数量的正和负电荷，则这样的电荷状态发生器通常也被称作例如 US 6145391所公开的中和器。如上所述，在即时表征颗粒中，特别是气溶胶，通常假定球形等效颗粒尺寸。这是 例如上述DMPS、SMPS和FMPS方法的基础，这是因为在这里总是使用迁移率直径dm。但是， 如果进一步使用确定的特征值其可能产生明显误差。例如，不能区分不同类型的附聚体。此 外，直径误差还在颗粒体积的计算中起到三次幂的作用，并因此还例如在颗粒的质量计算 中起到三次幂的作用(如果密度已知)。在确定质量浓度时所产生的误差是明显的。已知 方法和装置的不精确在对颗粒表面面积的计算中也变得非常明显，其中直径误差起到两次 幂的作用。这是已知方法和装置特别是在毒理学领域的明显缺陷，其中颗粒的表面积和表 面分布起到重要作用。此外，采用已知的方法几乎不能检测到形状因素，其中例如棒形、球 形、板形之间的差异或者相似形状的差异起作用。因此，采用商业可得的测量方法总体几乎不能即时确定初级颗粒直径、每个附聚 体颗粒的初级颗粒数和附聚体的形状因子和其它结构特有参数。为确定这些参数，通常采 用脱机测量方法，其中例如通过取样器从总体取得一些颗粒以将其用于其它表征方法。例 如，这些其它表征方法可为成像表征方法例如扫描电子显微镜方法(SEM)、透射电子显微镜 方法(TEM)或者原子力显微镜方法(AFM)。例如在WO 2004/009243A1或者JP2007127427A 中公开了可从总体取得样品的这种取样器的实例。但是，所描述的脱机方法昂贵且耗时，并 且特别是不能基于对表征的评价即时表征和/或控制例如过程参数、制造参数或者工作场所保护领域的安全措施。 其它的解决上述颗粒直径问题的方法基于在充电理论和关于对附聚体起作用的 牵引力的理论的基础上确定颗粒直径的事实而非形态方法。可在A. A. Lall等人的Aerosol Science 37 (2006)260-271 的“On-linemeasurement of ultrafine aggregate surface are本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种表征颗粒（３１８）特别是微米颗粒和／或纳米颗粒的总体特别是气溶胶的方法，包括如下步骤：ａ）在分类步骤，选择一种类型的所述总体，其中所选择类型的所述颗粒（３１８）具有预先指定的迁移率ｄ↓［ｍ］；ｂ）在计数步骤，确定所选择类型的颗粒（３１８）的数量Ｎ；ｃ）在电荷确定步骤，确定所选择类型的颗粒（３１８）的电荷Ｑ；以及ｄ）在评估步骤，从所述电荷Ｑ、数量Ｎ和迁移率ｄ↓［ｍ］确定至少一个形态参数，其中所述形态参数包括至少一项关于所述颗粒（３１８）的附聚状态的信息。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M莫特勒，B萨克微，M林森布勒，M沙弗尔，DYH裴，H费斯安，王静，WG申，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，明尼苏达大学董事会，
类型：发明
国别省市：DE[]
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