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SLG270凝聚式單分散氣溶膠發(fā)生器

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北京艾若泰克科技有限公司

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產(chǎn)品簡(jiǎn)介

在實(shí)驗(yàn)室研究的各項(xiàng)工作中，需要使用單分散氣溶膠。SLG系列的氣溶膠發(fā)生器可產(chǎn)生具有一定特性的氣溶膠，粒徑和濃度范圍廣。根據(jù)顆粒材料類(lèi)型可以產(chǎn)生液滴或固態(tài)氣溶膠。創(chuàng)新的理念與的控制儀器和調(diào)節(jié)器相結(jié)合，可確?？焖偾铱芍貜?fù)地調(diào)整粒徑和濃度。過(guò)程氣溶膠監(jiān)測(cè)器PAM 510系列可以連續(xù)監(jiān)測(cè)出口氣溶膠的兩個(gè)參數(shù)。

詳細(xì)介紹

一．產(chǎn)品簡(jiǎn)介

在實(shí)驗(yàn)室研究的各項(xiàng)工作中，需要使用單分散氣溶膠。SLG系列的氣溶膠發(fā)生器可產(chǎn)生具有一定特性的氣溶膠，粒徑和濃度范圍廣。根據(jù)顆粒材料類(lèi)型可以產(chǎn)生液滴或固態(tài)氣溶膠。創(chuàng)新的理念與的控制儀器和調(diào)節(jié)器相結(jié)合，可確保快速且可重復(fù)地調(diào)整粒徑和濃度。過(guò)程氣溶膠監(jiān)測(cè)器PAM 510系列可以連續(xù)監(jiān)測(cè)出口氣溶膠的兩個(gè)參數(shù)。

圖1 SLG270凝聚式單分散氣溶膠發(fā)生器

二．優(yōu)勢(shì)

l ·粒徑可調(diào)范圍較寬的單分散氣溶膠

l ·穩(wěn)定的高數(shù)目濃度

l ·所需粒徑變化可快速響應(yīng)

l ·幾乎電中性的球形粒子

l ·可以使用多種顆粒材料

l ·儀器操作簡(jiǎn)單直接

三．應(yīng)用

l ·粒子測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)

l ·氣溶膠研究

l ·過(guò)濾器測(cè)試

l ·分離效率的測(cè)定

l ·吸入和毒理學(xué)研究

l ·示蹤粒子的產(chǎn)生

圖2 工藝氣溶膠監(jiān)測(cè)器PAM510，用于連續(xù)監(jiān)測(cè)SLG冷凝氣溶膠發(fā)生器的粒徑和濃度

四．原理

SLG氣溶膠生成是基于蒸汽在單獨(dú)產(chǎn)生的冷凝核上的受控非均相冷凝原理（如VDI-3491第4部分所述）。通過(guò)霧化器產(chǎn)生初級(jí)氣溶膠，它由分散在載氣中的小顆粒組成，這些小顆粒作為冷凝核。初級(jí)氣溶膠在飽和器內(nèi)與顆粒材料混合并達(dá)到飽和。再熱器將混合物加熱到一定的溫度水平，以避免過(guò)早冷凝，并在冷凝罩入口處達(dá)到可重復(fù)的過(guò)飽和條件，在層流狀態(tài)下將顆粒材料控制冷凝到核上。

圖3 Sinclair-La-Mer原理：受控非均相冷凝示意圖

不銹鋼霧化器（GM 94 08 604）和擴(kuò)散干燥器結(jié)合使用作為核源。霧化器產(chǎn)生低濃度NaCl水溶液的噴霧。液滴通過(guò)干燥器干燥后，形成數(shù)目濃度很高且平均粒徑為90nm的原子核氣溶膠。原子核氣溶膠與低揮發(fā)性物質(zhì)的蒸汽混合，重新凝聚到原子核上。在恒溫控制的飽和器容器內(nèi)，氣溶膠物質(zhì)相邊界的熱動(dòng)力平衡與該物質(zhì)的飽和蒸氣壓有對(duì)應(yīng)依賴(lài)關(guān)系。再熱器裝置蒸發(fā)蒸汽，并確保在達(dá)到過(guò)飽和后在風(fēng)冷冷凝罩內(nèi)開(kāi)始受控的非均相冷凝。

由此得出的平均粒徑取決于蒸汽濃度與原子核數(shù)目濃度之比。可通過(guò)改變飽和器容器的溫度和/或通過(guò)飽和器裝置的總流量比例來(lái)控制蒸汽濃度和顆粒大小。

圖4 原理示意圖

SLG系列氣溶膠發(fā)生器的特點(diǎn)是通過(guò)SLG 270（43 12 983）的篩網(wǎng)對(duì)飽和器流量進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)粒徑快速變化，并以確定的方式降低核數(shù)目濃度。與耗時(shí)的飽和器溫度變化相反，改變飽和器流量及其在流量計(jì)上的指示，可以快速且可重復(fù)地調(diào)整所需的粒徑。通過(guò)降低SLG 270的核數(shù)目濃度，可以調(diào)整輸出濃度，并且可以將所得粒徑范圍擴(kuò)展到更大的顆粒(8μm DEHS)。

圖5根據(jù)飽和器流量和溫度（DEHS）調(diào)節(jié)顆粒大小

圖6 左：拆卸的核源（霧化器和擴(kuò)散干燥器），通過(guò)頂部入口更換干燥劑（硅膠），

右：移除飽和器容器以重新填充顆粒材料

SLG系列發(fā)生器的技術(shù)方案是為了便于直接操作。儀器內(nèi)的所有部件都可以通過(guò)兩側(cè)的門(mén)輕松進(jìn)出。由霧化器和擴(kuò)散干燥器組成的核源可以作為一個(gè)完整的組成輕松拆卸，例如更換干燥器內(nèi)的干燥劑。飽和器容器可以簡(jiǎn)單地重新填充。飽和器內(nèi)的氣溶膠材料直接加熱，能夠?qū)囟茸兓龀龅捻憫?yīng)，并具有高級(jí)別的控制穩(wěn)定性（<1K）。氮?dú)庥米鬏d氣，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器連接至入口。使用其他惰性氣體也可以。

SLG系列冷凝氣溶膠發(fā)生器用于實(shí)驗(yàn)室以及研發(fā)中靈活使用。該技術(shù)方案和設(shè)計(jì)得到了許多客戶(hù)的贊賞，并多次獲得“薩克森政府設(shè)計(jì)獎(jiǎng)"，如1993年獲得“薩克森創(chuàng)新獎(jiǎng)"，1994年獲得“薩克森創(chuàng)新獎(jiǎng)"。

通過(guò)改變操作條件（流速、溫度），單分散氣溶膠在由所用材料的熱力學(xué)特性給出的尺寸范圍內(nèi)可以快速進(jìn)行調(diào)整。

圖7 不同操作設(shè)置下SLG生成的DEHS單分散氣溶膠的粒徑分布

用于覆蓋擴(kuò)展的粒度范圍，以及調(diào)整顆粒濃度SLG270還配備了一個(gè)細(xì)胞核還原部分，即旁路篩網(wǎng)。

圖8 SLG250和SLG270具有較大顆粒的篩網(wǎng)旁路部分

（可在附加流量計(jì)和篩網(wǎng)旁路調(diào)節(jié)的第二個(gè)閥門(mén)處看到）

五．技術(shù)參數(shù)

	粒徑范圍
DEHS	0.1～5 μm (8 μm)
硬脂酸	0.1～5 μm (12 μm)
巴西棕櫚蠟(固體)	0.1～3 μm (5 μm)
其他材料	Emery 3004，石蠟油
幾何標(biāo)準(zhǔn)差	<1.15
數(shù)目濃度	10⁶ Particle/cm³
總流量	200～250 L/h
飽和器溫度	400 °C
加熱器溫度	400 °C
載氣	N2 250L/h @ 5bar
電源	100～240VAC，50～60Hz
尺寸	550×300×250 mm
重量	17kg/（SLG270 19kg）

圖 9 直接連接至SLG 270出口的工藝氣溶膠監(jiān)測(cè)器PAM 510在線監(jiān)測(cè)單分散氣溶膠的粒徑和濃度

監(jiān)測(cè)冷凝氣溶膠發(fā)生器的輸出單分散氣溶膠，研制了過(guò)程氣溶膠監(jiān)測(cè)儀PAM 510。

基于測(cè)量平均消光率及其波動(dòng)的測(cè)量原理，在一個(gè)非常小的體積內(nèi)均勻地充滿(mǎn)了待監(jiān)測(cè)的氣溶膠。

圖10 PAM510監(jiān)測(cè)原理

在單分散粒徑分布的假設(shè)下，這種光學(xué)讀取技術(shù)通過(guò)朗伯-比爾定律提供粒徑和濃度。通過(guò)PAM 510/S上的標(biāo)準(zhǔn)串行接口和專(zhuān)用軟件，PAMWin測(cè)量數(shù)據(jù)可傳輸至PC機(jī)，以進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估和演示。

圖11 平均透射率模擬信號(hào)

單分散氣溶膠由于傳感體積內(nèi)的顆粒數(shù)變化而產(chǎn)生的模擬信號(hào)（T：平均透射率，σ：T的標(biāo)準(zhǔn)偏差）。

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參考文獻(xiàn)：

Peters, C.; Altmann, J. Monodisperse aerosol generation with rapid adjustable particle size for inhalation studies Journal of Aerosol Medicine 6 (1993) 4, 307 - 315
dx.doi.org/10.1089/jam.1993.6.307
Altmann J., Rudolph A. and Wessely B. Particle sizing of highly concentrated monodisperse aerosols J. Aerosol Sci. 25 (1994) 0, 523 - 524
dx.doi.org/10.1016/0021-8502(94)90491-X
Borojeni A. A., Noga M. L., Vehring R. and Finlay W. H. Measurements of total aerosol deposition in intrathoracic conducting airway replicas of children Journal of Aerosol Science 73 (2014) 0, 39 - 47
dx.doi.org/10.1016/j.jaerosci.2014.03.005