Нефелометр: Принцип работы и области применения для измерения концентрации взвешенных частиц
Nephelometer
Нефелометр: прибор для измерения концентрации взвешенных частиц в жидкостях и газах. Принцип работы – анализ рассеянного света. Калибровка и К-факторы.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Прибор для измерения концентрации взвешенных частиц
Instrument for measuring the concentration of suspended particulates
Нефелометр или аэрозольный фотометр – это прибор для измерения концентрации взвешенных частиц в жидких или газообразных коллоидах. Нефелометр измеряет взвешенные частицы, используя световой луч (исходный луч) и световой детектор, расположенный сбоку (часто под углом 90°) от исходного луча. Плотность частиц определяется количеством света, отраженного от частиц в детектор. В определенной степени, количество отраженного света для заданной плотности частиц зависит от свойств частиц, таких как их форма, цвет и отражающая способность. Нефелометры калибруются по известным частицам, а затем используют поправочные коэффициенты (k-факторы) для компенсации пыли разного цвета – более светлой или более темной. K-фактор определяется пользователем путем одновременной работы нефелометра и воздушного пробоотборника с последующим сравнением результатов. На рынке представлен широкий ассортимент исследовательских нефелометров, а также модели с открытым исходным кодом.
A nephelometer or aerosol photometer is an instrument for measuring the concentration of suspended particulates in a liquid or gas colloid. A nephelometer measures suspended particulates by employing a light beam (source beam) and a light detector set to one side (often 90°) of the source beam. Particle density is then a function of the light reflected into the detector from the particles. To some extent, how much light reflects for a given density of particles is dependent upon properties of the particles such as their shape, color, and reflectivity. Nephelometers are calibrated to a known particulate, then use environmental factors (k factors) to compensate lighter or darker colored dusts accordingly. K factor is determined by the user by running the nephelometer next to an air sampling pump and comparing results. There are a wide variety of research grade nephelometers on the market as well as open source varieties.
Использование нефелометров
Основные области применения нефелометров связаны с измерением качества воздуха для мониторинга загрязнения, климатического мониторинга и оценки видимости. Взвешенные в воздухе частицы обычно представляют собой биологические загрязнители, твердые частицы, газообразные загрязнители или пыль. Сопровождающая диаграмма демонстрирует типы и размеры различных твердых частиц. Эта информация помогает понять состав загрязнения твердыми частицами как внутри помещений, так и в атмосферном воздухе, а также определить уровень чистоты в контролируемой среде. К биологическим загрязнителям относятся плесень, грибок, бактерии, вирусы, перхоть животных, пылевые клещи, пыльца, клетки кожи человека, фрагменты тараканов и любые другие организмы, живые или когда-либо жившие. Они представляют собой основную проблему для специалистов по качеству воздуха в помещениях, поскольку являются загрязнителями, вызывающими проблемы со здоровьем. Уровень биологического загрязнения зависит от влажности и температуры, поддерживающих жизнедеятельность микроорганизмов. Наличие домашних животных, растений, грызунов и насекомых увеличивает уровень биологического загрязнения.
The main uses of nephelometers relate to air quality measurement for pollution monitoring, climate monitoring, and visibility. Airborne particles are commonly either biological contaminants, particulate contaminants, gaseous contaminants, or dust. The accompanying chart shows the types and sizes of various particulate contaminants. This information helps understand the character of particulate pollution inside a building or in the ambient air, as well as the cleanliness level in a controlled environment. Biological contaminants include mold, fungus, bacteria, viruses, animal dander, dust mites, pollen, human skin cells, cockroach parts, or anything alive or living at one time. They are the biggest enemy of indoor air quality specialists because they are contaminants that cause health problems. Levels of biological contamination depend on humidity and temperature that supports the livelihood of micro organisms. The presence of pets, plants, rodents, and insects will raise the level of biological contamination.
Воздух в оболочке
Воздух оболочки – это чистый фильтрованный воздух, окружающий поток аэрозоля для предотвращения циркуляции или осаждения частиц внутри оптической камеры. Воздух оболочки предотвращает загрязнение, вызванное накоплением и отложениями, повышает скорость отклика за счет удержания пробы и облегчает обслуживание, поддерживая оптическую камеру в чистоте. Нефелометр создает воздух оболочки, пропуская воздух через фильтр нулевого удержания перед началом анализа пробы.
Sheath air is clean filtered air that surrounds the aerosol stream to prevent particulates from circulating or depositing within the optic chamber. Sheath air prevents contamination caused by build up and deposits, improves response time by containing the sample, and improves maintenance by keeping the optic chamber clean. The nephelometer creates the sheath air by passing air through a zero filter before beginning the sample.
Глобальный радиационный баланс
Нефелометры также используются в исследованиях глобального потепления, в частности, для измерения глобального радиационного баланса. Тринефелометры с тремя длинами волн, оснащенные затвором обратного рассеяния, могут определить количество солнечного излучения, отражаемого обратно в космос пылью и взвешенными частицами. Этот отраженный свет влияет на количество радиации, достигающей нижних слоев атмосферы Земли, и на потепление планеты.
Nephelometers are also used in global warming studies, specifically measuring the global radiation balance. Three wavelength nephelometers fitted with a backscatter shutter can determine the amount of solar radiation that is reflected back into space by dust and particulate matter. This reflected light influences the amount of radiation reaching the earth's lower atmosphere and warming the planet.
Видимость
Нефелометры также используются для измерения видимости, причём простые нефелометры с одной длиной волны широко применяются многими природоохранными агентствами по всему миру. Нефелометры, измеряя рассеяние света, могут определять дальность видимости с использованием коэффициента преобразования, известного как формула Кошмидера.
Nephelometers are also used for measurement of visibility with simple one wavelength nephelometers used throughout the world by many EPAs. Nephelometers, through the measurement of light scattering, can determine visibility in distance through the application of a conversion factor called Koschmieder's formula.
Медицина
В медицине нефелометрия используется для измерения иммунной функции. Она также применяется в клинической микробиологии для приготовления стандартизированного инокулята (суспензии Макфарленда) для определения чувствительности к антимикробным препаратам.
In medicine, nephelometry is used to measure immune function. It is also used in clinical microbiology, for preparation of a standardized inoculum (McFarland suspension) for antimicrobial susceptibility testing.
Обнаружение пожара
Газофазные нефелометры также используются для обнаружения дыма и других частиц продуктов горения. В этом случае прибор называют аспирационным дымовым детектором. Они способны обнаруживать крайне низкие концентрации частиц (до 0,005%) и поэтому идеально подходят для защиты чувствительного или дорогостоящего электронного оборудования, например, больших ЭВМ и телефонных станций.
Gas phase nephelometers are also used in the detection of smoke and other particles of combustion. In such use, the apparatus is referred to as an aspirated smoke detector. These have the capability to detect extremely low particle concentrations (to 0.005%) and are therefore highly suitable to protecting sensitive or valuable electronic equipment, such as mainframe computers and telephone switches.