便携式纳米气溶胶监测仪

各位，空气中除了颗粒物、SO2、NOx、CO和O3，还存在有机物、气溶胶等。对最后一种的监测还未大面积展开。据称灰霾监测是有这项指标的。讨论一下，列举在线监测气溶胶的技术和主要产品、厂商。我抛砖先：美国（sunset lab inc）大气气溶胶元素碳与有机碳仪使用的热光法是美国环保总署（us epa ）下属的国家职业安全保健研究所（national institute of occupational safety and health, niosh） 推荐方法(tot热透光法)，也是目前唯一的由国家机构推荐的用于气溶胶有机碳/ 总碳（organic carbon/elemental carbon, 即oc/ec） 的分析方法。

黑碳监测仪BCA-I是基于光学衰减法的监测仪器，可连续实时监测大气中黑碳气溶胶的质量浓度。其工作原理是利用吸附在带状石英滤纸上的黑碳气溶胶在不同光学波段的吸收特性不同，实现对黑碳气溶胶的总量监测。它主要由光学系统、气体采样系统、走纸机构、数据采集与处理系统等组成。 仪器工作时，在抽气泵的驱动下，环境空气以恒定的流速连续地被抽入仪器的气体监测室，经滤纸过滤后，黑碳颗粒附着在透光均匀的石英纤维滤纸上。每隔一个时间周期，仪器开/关测量光源和参考光源一次，分别测量透过滤纸的气溶胶采样区和参考区的光强。根据光强信号，计算每个测量周期的采样区的光学衰减增量，得到该测量周期内收集的黑碳气溶胶质量，再除以这段时间的采样空气体积，即可以计算出采样空气流中的平均黑碳浓度。BCA-I的测量循环周期如下：（1） 打开光源，让系统稳定；（2） 测量光源照射时采样点和参考点的光强信号（SB和RB）；（3） 测量仪器的空气流量F；（4） 测量仪器内的温度T；（5） 关闭光源；（6） 进行计算，显示数据，数据写入存储器，并通过串口发送至上位机；（7） 等待下一个测量周期（回到步骤（1））的开始。 当累积衰减量达到一定数值时，系统认为滤纸上黑碳颗粒沉积量已经达到一定数量，需要进行换纸以便继续测量，此时，系统将自动控制进纸电机进行进纸，再又转纸电机进行转纸。换纸期间，为了使气泵在不间断工作的情况下保持滤纸干净，系统控制气体从旁路进气口进入，经过三通电磁阀的旁路通道，最后通过排气口排除仪器外。 由于参考点的滤纸和其它光学器件的透光率在整个测量过程中不会发生变化，所以参考点的测量信号可以用来修正光源光强的微小变化，以提高仪器的准确性。合肥霍金光电生产的七波段黑碳气溶胶监测仪设计思路和技术路线新颖，各项性能指标均达到国际同类产品水平，并在局部功能设计上优于国外同类产品，总体技术处于国内领先水平。合肥霍金光电研发团队在合肥物质科学研究院环境光学中心“七波段碳黑气溶胶分析仪”技术基础理论研究的基础上，通过技术创新、“二次开发”，并依据中国气象局、中国环保局等用户的使用意见，完善了设计与工艺，在机械结构、软件功能、操控界面、数据存储格式及存储容量等方面，使之更符合国内客户的使用习惯，已完全具备了产业化实施的全部条件，首批生产的10台样机全部满足设计要求，与此同时，公司已获得针对检测方法和仪器设计的发明专利。[align=center] [b]表1 BCA7技术指标[/b][/align][table=607][tr][td=1,1,175][size=2]名 称[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]技术指标[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]测量范围[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]0 ng/m[sup]3[/sup]～1000,000ng/m[sup]3[/sup][/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][align=center][size=2]测量精度[/size][/align][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]5％[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][align=center][size=2]系统噪声[/size][/align][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]≤100 ng/m[sup]3[/sup][/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]光源波长[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]370nm，470nm，520nm，590nm，660nm，880nm，950nm[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]数字输入/输出[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]RS-232接口[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]仪器显示[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]8行液晶显示屏[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]采样流量[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]1～8升/分（内置泵，可调）[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]数据存储介质、容量[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]（1）内部存储器、11天以上[/size][size=2]（2）USB接口，一年以上(可选)[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]通信方式[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]GPS 通信（可选）[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]操作环境[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]-30～40℃，一般室内环境[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]电源[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]220V±22V，50Hz±1Hz[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]重量[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]21公斤[/size][/align][/td][/tr][tr][td=1,1,175][size=2]机箱尺寸[/size][/td][td=1,1,432][align=center][size=2]约440mm×260mm×320mm[/size][/align][/td][/tr][/table]

根据大气气溶胶的定义，[color=#000000]“大气气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系”[/color]，其粒径从纳米级的超细颗粒物到小于100微米的沙尘颗粒物都属于大气气溶胶的范畴。飞沫是分散并悬浮在气体介质中的粒径较大的液体小质点，[b]显然飞沫本身就是一种大气气溶胶[/b]。这本应该是常识，只不过没有普及。飞沫也是气溶胶的一种，病毒、细菌也都是气溶胶的一种，称为生物气溶胶。所以病毒的传播方式只有两种，那就是[b]经由气溶胶传播和经由接触传播[/b]。大家公认的观点，病毒通过飞沫传播，在严格意义上，说的就是病毒是通过大气气溶胶传播。 上海疾控中心有关人员说的目前认为病毒的传播方式有飞沫、气溶胶和接触传播[size=16px][color=#888888]（编者注：[/color][/size][size=16px][color=#888888]2月8日，上海市疫情防控新闻发布会上指出，卫生防疫专家强调，目前可以确定的新型冠状病毒感染的肺炎传播途径主要为直接传播、气溶胶传播和接触传播。[/color][/size][size=16px][color=#888888]其中“直接传播”解释为：[/color][/size][size=16px][color=#888888]患者喷嚏、咳嗽、说话的飞沫，呼出的气体近距离直接吸入导致的感染。）[/color][/size]，按照上面的逻辑分析，那么，病毒的传播方式就只有气溶胶传播和接触传播两种方式。 当然，从上海疾控中心有关人员的说法看来，他们把飞沫传播作为独立于气溶胶传播的一种方式，也就说明了他们现在考虑的气溶胶传播方式是不同于飞沫的另一种方式。飞沫和他们现在考虑的气溶胶的区别就在于气溶胶颗粒的粒径。飞沫是粒径较大的悬浮在空气中的液体小质点，而其它气溶胶大都是肉眼不可见的诸如粒径小于2.5微米的PM2.5气溶胶。 病毒离开宿主不能单独存活。病毒的传播一定是随着其宿主一起传播。生物气溶胶中有不少是具有生命特征的单细胞生物，如细菌之类。病毒如吸附在带有生命特征的单细胞上，也就是说它找到了它借以复制和存活的宿主。[b]问题的核心在于带有病毒的气溶胶可以传播多远及其在传播过程中病毒密度的衰减。[/b] 显而易见，[b]气溶胶的传播距离是随着颗粒物的粒径从小到大而急剧减低的。[/b]如飞沫粒径大，它只能传播几米之远。如果病毒吸附在只有纳米级的单细胞生物上，那就可能传播到很远的地方。 所以需要研究的是那种可以存活的单细胞生物，它的粒径能有多小？病毒的粒径就是在纳米数量级，如果有种单细胞粒径能小到纳米级，那么病毒在理论上的传播距离是可以达到很大的。 当然，[b]就传播概率而言，近距离的传播要比远距离的传播大得多，而且此概率是成指数函数衰减的[/b]。所以，[b]大众担心的病毒通过气溶胶远距离传输的概率仍然是比较小的。[/b]传输距离越远，气溶胶密度越小，其中含有病毒的细胞等生命体颗粒的比例就很小了。因之，病毒远距离传播的概率也就小得多了。从这个角度看，目前此种新型冠状病毒的传播和一直为大众了解的致使发生流行性感冒的各种流感病毒，其存活时间、传播方式和致病范围应该是大同小异的。[b]既然我们对致使发生流行性感冒的各种病毒不会感到恐慌，我们也就不必因气溶胶能传播此种新型冠状病毒过分恐慌了。[/b] 但是，要强调的是，从科学角度来说，提出气溶胶会传播病毒，这应该是常识性的问题。从防治新型冠状病毒的具体措施而言，并无需有直接的证据显示大气气溶胶会传播新型冠状病毒。气溶胶会传播各种各样的流感病毒，这已经是被无数病毒所证明，气溶胶会传播SARS病毒也为直接的证据所证实。2003年SARS时期，香港研究者就是从卫生间下水道排出的气溶胶中分离到SARS冠状病毒。根据目前官方公布的各地包括邮轮中的疫情数据，可以认为气溶胶传播新型冠状病毒的情况是存在的。