Fotometría de carbono negro de partícula única
1. Descripción general del contenido
El carbono negro (BC) es un componente importante de los aerosoles atmosféricos, con tamaños de partículas que generalmente oscilan entre 0,01 y 1,0 μm, principalmente derivados de combustibles fósiles y combustión incompleta. de combustible de biomasa. Los aerosoles de Columbia Británica desempeñan un papel importante en el cambio climático. Mi país pertenece a una de las cuatro áreas de máxima intensidad de fuente de carbono negro en el mundo. Los aerosoles de Columbia Británica se distribuyen principalmente en el norte de China, el sur de China y los tramos medio e inferior del río Yangtze.
Figura 1 Diagrama estructural del fotómetro de carbón negro de partícula única SP2
(a) Vista superior de la cavidad del láser SP2, las líneas centrales de los cuatro detectores se cruzan en el centro del láser y las partículas se inyecta materia El tubo es perpendicular al plano donde se encuentran el láser y el detector (b) y (c) los diagramas de sección transversal del láser representan respectivamente el proceso de cambio de partículas de carbono negro mezcladas externamente y partículas de carbono negro mezcladas internamente bajo la acción. del láser, así como la incandescencia producida por este proceso y la señal dispersa. El BC mezclado internamente tiene una señal de dispersión mayor porque la capa exterior está envuelta con sales inorgánicas y materia orgánica. Cuando las partículas de BC mezcladas internamente absorben calor, primero transfieren el calor a los componentes no refractarios envueltos en su capa exterior. -Los componentes refractarios de su capa exterior se vaporizan, el BC puede seguir calentándose hasta vaporizarse y generar una señal incandescente. Por lo tanto, la señal de dispersión de las partículas BC internamente mezcladas es mayor y el tiempo pico es anterior a la señal incandescente.
La estructura del fotómetro de carbono negro de partícula única SP2 desarrollado por el americano DMT (Droplet Measurement Technologies , CO, EE. UU.) empresa El diagrama esquemático se muestra en la Figura 1. Este instrumento puede obtener el contenido de BC de cada partícula midiendo en línea la señal óptica generada por las partículas atmosféricas bajo un potente láser de 1064 nm. El rayo láser en la cavidad SP2 es excitado por el cristal Nd:YAG y la intensidad del láser aumenta de forma gaussiana desde el exterior hacia el interior. Cuando una partícula pasa verticalmente a través del rayo láser, por un lado, la partícula dispersa la luz y emite una señal luminosa dispersa. Por otro lado, la partícula que contiene BC puede continuar calentándose hasta que se vaporiza bajo la acción de la absorción de luz del BC. , y emite una señal de luz incandescente. Después de ser condensadas y filtradas por dispositivos ópticos, las señales dispersas y las señales incandescentes son recolectadas por fotodetectores en cuatro posiciones diferentes (Figura 1 (a)). La señal de dispersión de partículas puede reflejar el tamaño de las partículas dispersas. El pico de intensidad de la señal incandescente es proporcional al contenido de BC en las partículas y no se ve afectado por la morfología y el estado mixto de las partículas de BC.
II. Ámbito de aplicación y ejemplos de aplicación
Huang et al. (2012) utilizaron SP2 para estudiar la concentración de masa, la distribución del diámetro y las partículas individuales de aerosoles de carbono negro en las zonas costeras de Sur de China de 2009 a 2010. El estado mixto se observa continuamente en línea (Figura 2). Y se dan los resultados de la investigación del carbono negro SP2 de partícula única en más de otras 10 regiones del mundo.
Figura 2 Cambios en el número de BC mixtos (NIB) y la concentración de BC a lo largo del tiempo durante el período de muestreo
3. Fuentes de datos
Aquila V, Hendricks. J, Lauer A et al. MADE-in: un nuevo submodelo de microfísica de aerosoles para la simulación global de partículas insolubles y su estado de mezcla Geosci, 4: 325-355, doi: 10.5194/gmd-4-325-2011.
Huang X F et al. 2012. Caracterización de aerosoles de carbono negro en una ciudad costera del sur de China utilizando un fotómetro de hollín de una sola partícula, doi: 10.1016/j.atmosenv.2012.01.056