儀器概述

單顆粒黑碳光度計(jì)（英文名： Soot-Particle Photodiameter,；英文縮寫：SP2）是目前世界上*一臺(tái)直接測(cè)量單個(gè)粒子中黑碳的精密儀器。該儀器由位于美國(guó)科羅拉多州博德市（Boulder, Colorado, USA）的粒子測(cè)量技術(shù)公司（Droplet Measurement Technologies, Inc.）制造,。該儀器靈敏度高,，響應(yīng)迅速，針對(duì)（黑碳）性強(qiáng),?？捎糜诳諝馕廴驹春痛髿鈱咏Y(jié)污染的特征分析，也是研究雪,、冰,、水中黑碳和標(biāo)定其它測(cè)量黑碳儀器的良好設(shè)備。

應(yīng)用案例

孫天樂,、何凌燕等于2009 年 1 月 10 日至 2 月 17 日利用SP2 在北京大學(xué)深圳研究院進(jìn)行項(xiàng)目觀測(cè),。結(jié)果分別對(duì)黑碳（BC）的質(zhì)量濃度、數(shù)濃度及混合態(tài)的比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì),，表明深圳外混態(tài)黑碳濃度隨時(shí)間波動(dòng)范圍較大,，而內(nèi)混態(tài)黑碳的濃度變化相對(duì)較小,；說明內(nèi)混態(tài)黑碳分布在大氣中更均勻,呈現(xiàn)出區(qū)域污染的特征,。1 月10 日至20 日外混態(tài)BC 和內(nèi)混態(tài)BC 濃度均高于其他時(shí)段.此段時(shí)間的天氣圖顯示,深圳地區(qū)受弱冷高壓控制,風(fēng)速較低,不利于大氣污染物的擴(kuò)散和稀釋。外混態(tài)BC 濃度變化范圍為0.15~16.2 μg·m-3,平均為2.24±2.30 μg·m-3,；內(nèi)混態(tài)BC 濃度變化范圍0.04~6.89 μg·m-3,平均為1.03±0.95 μg·m-3。

圖1. 觀測(cè)期間內(nèi)、外混態(tài)BC 質(zhì)量濃度(127~264 nm)的時(shí)間變化序列

圖2 可以看出, BC 質(zhì)量濃度,、數(shù)濃度,、表面積濃度的粒徑分布均為單峰型?；旌蠎B(tài)比例隨粒徑的分布也呈現(xiàn)單峰分布,且當(dāng)BC 顆粒粒徑為165nm 時(shí),內(nèi)混態(tài)BC 顆粒所占比例zui高.可以看出,內(nèi)混態(tài)BC 比例隨粒徑變化曲線與BC 表面積濃度隨粒徑變化曲線的趨勢(shì)zui為接近,說明內(nèi)混態(tài)BC 的形成過程很可能與其表面積有關(guān).研究結(jié)果例證了大氣中內(nèi)混態(tài)BC 的生成過程可能與其表面積密切相關(guān),為模擬BC 氣溶膠在大氣中的傳輸轉(zhuǎn)化過程提供了啟示.

圖2 黑碳（BC）顆粒粒徑分布曲線及混合態(tài)變化曲線

應(yīng)用范圍：

該儀器既可安裝在固定地點(diǎn),，也可以安裝在汽車、船舶,、飛機(jī)等移動(dòng)平臺(tái)上研究氣溶膠的光學(xué)特性,。用于污染特征研究，空氣質(zhì)量和能見度監(jiān)測(cè),，大氣科學(xué),、氣候和健康研究，燃燒源排放及生物質(zhì)燃燒等研究,。

SP2的靈敏度高,，響應(yīng)速度快，元素碳特殊性使其成為的儀器,成為空氣污染的來源和大氣層污染記錄薄,。這也是理想的測(cè)量煙塵在雪地,，冰或水和校準(zhǔn),其他的黑碳測(cè)量?jī)x器像Aethalometer。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

測(cè)量單個(gè)氣溶膠中的黑碳(soot)質(zhì)量,；

采用Nd:YAG 在模具內(nèi)產(chǎn)生氣溶膠可吸收的白熾光(LII), 不依賴于氣溶膠的混合狀態(tài),，可獲得更精確的測(cè)量結(jié)果；

可測(cè)量每分鐘的黑碳含量(低于10 ng/m3),；

根據(jù)光的散射特性計(jì)算氣溶膠的大?。?/p>

允許氣溶膠數(shù)濃度上限：25,000 particles/sec (12,500 particles/cm3 at 120 vccm)

提供單個(gè)氣溶膠的*信息,；

技術(shù)指標(biāo)

同時(shí)測(cè)量氣溶膠的散射光和白熾光

記錄溫度和大氣壓力

黑碳質(zhì)量及氣溶膠數(shù)濃度的粒徑分布

采樣速率為0-12500 個(gè)/m3(120vccm),，0-25000 個(gè)/秒

散射光，200-430nm（此粒徑段包含大部分粒子所屬的積聚模態(tài),，利用后期處理可以擴(kuò)展至700nm）,；白熾光，視粒子濃度而定,，一般70-500nm 當(dāng)量的黑碳粒子濃度為1.8g/cm3

響應(yīng)時(shí)間：< 10 秒

采樣流量：30-180vccm/min

Nd:YAG Laser: 1064 nm, 3 MW/cm2,，Pump Laser: 808 nm, 4 W

檢測(cè)限，10 ng/m3 或0.3 fg/particle

主機(jī)尺寸：48 x 61 x 26 cm

主機(jī)重量：26.1 kg

工作環(huán)境：溫度： 0 – 40 C; 相對(duì)濕度：0–100 %（無(wú)凝結(jié)）

工作原理

SP2利用模具內(nèi)Nd:YAG激光器產(chǎn)生高能激光,。含有黑碳或者元素碳的氣溶膠具有較強(qiáng)的光吸收能力,，并被加熱直到發(fā)出白熾光；然后結(jié)合Aquadag或者富勒烯的標(biāo)定結(jié)果從測(cè)量到的白熾光中分析出氣溶膠中的黑碳含量,。SP2也安裝有散射光探測(cè)器,，測(cè)量波段為1064nm,。散射光用于推斷單個(gè)氣溶膠大小和黑碳的混合狀態(tài)。散射光還可以用于測(cè)量不含黑碳的氣溶膠數(shù)量和質(zhì)量濃度,。

包括項(xiàng)目

儀器與內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)回放和存檔軟件

硬體運(yùn)輸箱

操作手冊(cè)

一年保修

在DMT工廠一天的訓(xùn)練

電子郵件和

配件（需單獨(dú)購(gòu)買）

束掃描相機(jī)和軟件

YAG光學(xué)套件（備用YAG晶體和輸出耦合器）

激光準(zhǔn)直板凳

噴霧器液體樣品與可選自動(dòng)取樣

飛機(jī)氣溶膠入口（見下圖）

DMT SP2單顆粒黑碳光度計(jì)原版資料下載

參考文獻(xiàn)

孫天樂,何凌燕,黃曉鋒,曾立武,胡敏,張遠(yuǎn)航. 深圳市冬季黑碳?xì)馊苣z的粒徑分布和混合態(tài)特征. 科學(xué)通報(bào), 56(21), 1703-1710, 2011.

Baumgardner, D., G. L. Kok, and G. B. Raga, "On the diurnal variability of particle properties related to light absorbing carbon in Mexico City," Atmospheric Chemistry and Physics, 7, 2517-2526, 2007.

McConnell, J., R. Edwards, G. Kok, M. Flanner, C. Zender, E. Saltzman, J. Banta, D. Pasteris, M. Carter, J. Kahl, "20th-Century Industrial Black Carbon Emissions Altered Arctic Climate Forcing," Science, 317,1381-1384, 2007.

Subramanian, R., G. L. Kok, D. Baumgardner, A. Clarke, Y. Shinozuka, T. L. Campos, C. G. Heizer, and B. B. Stephens, "Black carbon over Mexico: the effect of atmospheric transport on mixing state, mass absorption cross-section, and BC/CO ratios," Atmospheric Chemistry and Physics, 10, 219-237, 2010.

Bisiaux, M., R. Edwards, A. C. Heyvaert, J. M. Thomas, B. Fitzgerald, R. B. Susfalk, S. G. Schladow, and M. Thaw. "Stormwater and Fire as Sources of Black Carbon Nanoparticles to Lake Tahoe." Environmental Science & Technology. Feb 2011.