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颗粒物分析为监测大气污染提供实时信息

文章作者:航天航空 上传时间:2019-12-04

  一种连续监测单个空气颗粒物尺寸和光学特性的新方法可以为空气污染监测提供更好的途径。这种新方法特别有利于监测小于2.5微米的细颗粒物,也就是人们常说的PM2.5。众所周知,这些细颗粒物可以深入肺部并导致健康问题。近日,该成果刊发在《光学快报》上。

  德国马克斯普朗克光科学研究所教授Philip Russell研究小组的组长Shangran Xie说:“空气污染困扰着许多国家。由于我们的设备非常简单和紧凑,可以把它当作一个桌面设备,用于连续监测空气中的PM2.5。”

  研究人员在论文中描述了如何利用激光自动捕获空气中的粒子,并将其推进空心光纤进行分析。该方法克服了现有方法的若干局限性,提供高度可重复性的实时结果,并且设备的使用寿命大大延长。

  “这一新方法最独特的一点是,它可以计算颗粒的数量这与污染程度有关,同时提供颗粒大小、分布的详细实时信息。”Xie说,“这些信息可用于对大气污染进行快速和持续的监测。”

  在新的分析方法中,空气中的粒子被捕获在激光束中,并被辐射压力向前推进。捕获力十分强大,足够克服PM2.5等微小粒子所受到的引力,并自动将粒子与空心晶体纤维对齐。这些特殊的纤维是中空的,周围是玻璃微结构,可以把光限制在纤维内部。

  一旦对准,激光推动粒子进入光纤,发生光纤内的激光散射。研究人员从粒子散射数据中提取有用信息。检测后,粒子只会从光纤中飞散出来,而不会滞留在设备内降低设备的性能。

  从事这项研究的博士生Abhinav Sharma说:“光纤传输量的下降使我们能够清楚地计算出粒子的大小和折射率。折射率有助于识别粒子材料,因为大多数常见污染物的光学特性是已知的。”

  研究人员用不同尺寸的微小颗粒进行了测试。他们发现,该设备可以精确地辨别粒子类型,并能以18纳米的分辨率测量出0.99微米的粒子。因此,这套设备对于监测空气中的PM2.5非常有效,从而在治理大气污染上发挥作用。

  此外,研究人员还证明该设备在液体中同样可以进行测量,这有助于水污染监测。

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