Аэрозоль

Туман и туман - это аэрозоли

Аэрозоля (аббревиатура от «авиационного раствора») представляет собой суспензию мелких твердых частиц или жидких капель в воздухе или другой газ . ^[1] Аэрозоли могут быть естественными или антропогенными . Примеры природных аэрозолей: туман , туман , пыль , лесные выделения и пар гейзеров . Примерами антропогенных аэрозолей являются твердые загрязнители воздуха и дым . ^[1] Жидкие или твердые частицы обычно имеют диаметр менее 1 мкм ; более крупные частицы со значительной скоростью оседания делают смесь суспензией , но различие не является четким. В общем, аэрозоль обычно относится к аэрозольному баллончику, который доставляет потребительский продукт из баллончика или аналогичного контейнера. Другие технологические применения аэрозолей включают распыление пестицидов, лечение респираторных заболеваний и технологию сжигания. ^[2] Заболевания также могут распространяться через небольшие капли в дыхании , также называемые аэрозолями (или иногда биоаэрозолями ). ^[3]

Наука об аэрозолях охватывает образование и удаление аэрозолей, технологическое применение аэрозолей, воздействие аэрозолей на окружающую среду и людей и другие темы. ^[1]

Определения [ править ]

Аэрозоль определяется как система суспензии твердых или жидких частиц в газе. Аэрозоль включает как частицы, так и суспендирующий газ, которым обычно является воздух. ^[1] Фредерик Г. Доннан предположительно впервые использован термин аэрозоль во время первой мировой войны , чтобы описать аэро- решения , облако микроскопических частиц в воздухе. Этот термин возник по аналогии с термином гидрозоль , коллоидной системой с водой в качестве дисперсной среды. ^[4] Первичные аэрозоли содержат частицы, попадающие непосредственно в газ; вторичные аэрозоли образуются в результате преобразования газа в частицы. ^[5]

Различные типы аэрозолей, классифицируемые по физической форме и способу их образования, включают пыль, дым, туман, дым и туман. ^[6]

Есть несколько способов измерения концентрации аэрозоля. Наука об окружающей среде и гигиены окружающей среды часто используют массовую концентрацию ( М ), определенная как масса твердых частиц на единицу объема, в единицах , таких как мкг / м ³ . Также обычно используется числовая концентрация ( N ), количество частиц на единицу объема в таких единицах, как количество на м ³ или количество на см ³ . ^[7]

Размер частиц имеет большое влияние на свойства частиц, а радиус или диаметр аэрозольных частиц ( d _p ) является ключевым свойством, используемым для характеристики аэрозолей.

Аэрозоли различаются по своей дисперсности . Монодисперсный аэрозоль, производимый в лаборатории, содержит частицы одинакового размера. Однако большинство аэрозолей в виде полидисперсных коллоидных систем имеют частицы различного размера. ^[8] Капли жидкости почти всегда имеют почти сферическую форму, но ученые используют эквивалентный диаметр, чтобы охарактеризовать свойства твердых частиц различной формы, некоторые из которых имеют очень неправильную форму. Эквивалентный диаметр - это диаметр сферической частицы с тем же значением некоторого физического свойства, что и у частицы неправильной формы. ^[9] эквивалентный диаметр объема ( д _е) определяется как диаметр сферы того же объема, что и у частицы неправильной формы. ^[10] Кроме того, обычно используется это аэродинамический диаметр ,  d .

Распределение размеров [ править ]

Для монодисперсного аэрозоля одного числа - диаметра частиц - достаточно, чтобы описать размер частиц. Однако более сложные распределения частиц по размерам описывают размеры частиц в полидисперсном аэрозоле. Это распределение определяет относительное количество частиц, отсортированных по размеру. ^[11] Один из подходов к определению гранулометрического состава использует список размеров каждой частицы в образце. Однако этот подход оказывается утомительным для проверки в аэрозолях с миллионами частиц и неудобен в использовании. Другой подход разбивает весь диапазон размеров на интервалы и находит количество (или пропорцию) частиц в каждом интервале. Затем можно визуализировать эти данные в виде гистограммы.с площадью каждой полоски, представляющей долю частиц в бункере этого размера, обычно нормализованную путем деления количества частиц в бункере на ширину интервала, чтобы площадь каждой полоски была пропорциональна количеству частиц в размере диапазон, который он представляет. ^[12] Если ширина интервалов стремится к нулю , получается частотная функция: ^[13]

${\ Displaystyle \ mathrm {d} е = е (d_ {p}) \, \ mathrm {d} d_ {p}}$

куда

${\ displaystyle d_ {p}}$диаметр частиц

${\ displaystyle \, \ mathrm {d} f}$- доля частиц диаметром от до +${\ displaystyle d_ {p}}$${\ displaystyle d_ {p}}$${\ displaystyle \ mathrm {d} d_ {p}}$

${\ displaystyle f (d_ {p})}$ это частотная функция

Следовательно, площадь под частотной кривой между двумя размерами a и b представляет общую долю частиц в этом диапазоне размеров: ^[14]

${\ displaystyle f_ {ab} = \ int _ {a} ^ {b} f (d_ {p}) \, \ mathrm {d} d_ {p}}$

Его также можно сформулировать в терминах полной плотности числа N : ^[15]

${\ Displaystyle dN = N (d_ {p}) \, \ mathrm {d} d_ {p}}$

Предполагая сферические частицы аэрозоля, площадь поверхности аэрозоля на единицу объема ( S ) задается вторым моментом : ^[15]

${\ Displaystyle S = \ pi / 2 \ int _ {0} ^ {\ infty} N (d_ {p}) d_ {p} ^ {2} \, \ mathrm {d} d_ {p}}$

И третий момент дает общую объемную концентрацию ( V ) частиц: ^[15]

${\displaystyle V=\pi /6\int _{0}^{\infty }N(d_{p})d_{p}^{3}\,\mathrm {d} d_{p}}$

Также полезно аппроксимировать распределение частиц по размерам с помощью математической функции . Нормальное распределение , как правило , не соответствующим образом описывает распределение частиц по размерам в виде аэрозолей из-за перекос , связанным длинный хвост более крупных частиц. Также для количества, которое варьируется в большом диапазоне, как и многие размеры аэрозолей, ширина распределения подразумевает отрицательные размеры частиц, что явно физически нереально. Однако нормальное распределение может быть подходящим для некоторых аэрозолей, таких как тестовые аэрозоли, некоторые пыльцевые зерна и споры . ^[16]

Более широко выбранное логнормальное распределение дает частоту чисел как: ^[16]

${\displaystyle \mathrm {d} f={\frac {1}{x\sigma {\sqrt {2\pi }}}}e^{-{\frac {(ln(d_{p})-{\bar {d_{p}}})^{2}}{2\sigma ^{2}}}}\mathrm {d} d_{p}}$

куда:

${\displaystyle \sigma }$- стандартное отклонение распределения по размерам и

${\displaystyle {\bar {d_{p}}}}$- средний арифметический диаметр.

Логнормальное распределение не имеет отрицательных значений, может охватывать широкий диапазон значений и достаточно хорошо подходит для многих наблюдаемых распределений по размерам. ^[17]

Другие распределения, иногда используемые для характеристики размера частиц, включают: распределение Розина-Раммлера , применяемое к крупнодисперсной пыли и аэрозолям; распределение Nukiyama-Tanasawa , для спреев чрезвычайно широких диапазонов размеров; функция распределение мощности , иногда применяется к атмосферным аэрозолям; экспоненциальное распределение , применяется для порошковых материалов; а для облачных капель - распределение Хргяна – Мазина . ^[18]

Физика [ править ]

Конечная скорость частицы в жидкости [ править ]

Для малых значений числа Рейнольдса (<1), справедливых для большинства аэрозольных движений, закон Стокса описывает силу сопротивления твердой сферической частице в жидкости. Однако закон Стокса справедлив только тогда, когда скорость газа у поверхности частицы равна нулю. Однако для мелких частиц (<1 мкм), характеризующих аэрозоли, это предположение неверно. Чтобы учесть этот отказ, можно ввести поправочный коэффициент Каннингема , всегда больше 1. Включая этот коэффициент, можно найти связь между силой сопротивления, действующей на частицу, и ее скоростью: ^[19]

${\displaystyle F_{D}={\frac {3\pi \eta Vd}{C_{c}}}}$

куда

${\displaystyle F_{D}}$ сила сопротивления на сферической частице

${\displaystyle \eta }$- динамическая вязкость газа

${\displaystyle V}$ скорость частицы

${\displaystyle C_{c}}$ - поправочный коэффициент Каннингема.

Это позволяет нам рассчитать конечную скорость частицы, подвергающейся гравитационному осаждению в неподвижном воздухе. Пренебрегая эффектами плавучести , мы находим: ^[20]

${\displaystyle V_{TS}={\frac {\rho _{p}d^{2}gC_{c}}{18\eta }}}$

куда

${\displaystyle V_{TS}}$ - конечная скорость оседания частицы.

Конечная скорость также может быть получена для других видов сил. Если закон Стокса выполняется, то сопротивление движению прямо пропорционально скорости. Константа пропорциональности - это механическая подвижность ( B ) частицы: ^[21]

${\displaystyle B={\frac {V}{F_{D}}}={\frac {C_{c}}{3\pi \eta d}}}$

Частица, движущаяся с любой разумной начальной скоростью, экспоненциально приближается к своей конечной скорости с временем электронного сворачивания, равным времени релаксации: ^[22]

${\displaystyle V(t)=V_{f}-(V_{f}-V_{0})e^{-{\frac {t}{\tau }}}}$

куда:

${\displaystyle V(t)}$ скорость частицы в момент времени t

${\displaystyle V_{f}}$ конечная скорость частицы

${\displaystyle V_{0}}$ начальная скорость частицы

Чтобы учесть влияние формы несферических частиц, к закону Стокса применяется поправочный коэффициент, известный как коэффициент динамической формы . Он определяется как отношение силы сопротивления частицы неправильной формы к силе сопротивления сферической частицы с тем же объемом и скоростью: ^[23]

${\displaystyle \chi ={\frac {F_{D}}{3\pi \eta Vd_{e}}}}$

куда:

${\displaystyle \chi }$ коэффициент динамической формы

Аэродинамический диаметр [ править ]

Аэродинамический диаметр частицы неправильной формы определяется как диаметр сферической частицы с плотностью 1000 кг / м ³ и такой же скоростью осаждения, как и у частицы неправильной формы. ^[24]

Если пренебречь поправкой на скольжение, частица оседает с конечной скоростью, пропорциональной квадрату аэродинамического диаметра d _a : ^[24]

${\displaystyle V_{TS}={\frac {\rho _{0}d_{a}^{2}g}{18\eta }}}$

куда

${\displaystyle \ \rho _{0}}$= стандартная плотность частиц (1000 кг / м ³ ).

Это уравнение дает аэродинамический диаметр: ^[25]

${\displaystyle d_{a}=d_{e}\left({\frac {\rho _{p}}{\rho _{0}\chi }}\right)^{\frac {1}{2}}}$

Можно применить аэродинамический диаметр к твердым загрязнителям или к вдыхаемым лекарствам, чтобы предсказать, где в дыхательных путях осаждаются такие частицы. Фармацевтические компании обычно используют аэродинамический диаметр, а не геометрический диаметр для характеристики частиц во вдыхаемых лекарствах. ^{[ необходима цитата ]}

Динамика [ править ]

Предыдущее обсуждение было сосредоточено на отдельных аэрозольных частицах. Напротив, динамика аэрозолей объясняет эволюцию полных популяций аэрозолей. Концентрация частиц будет меняться со временем в результате многих процессов. Внешние процессы, которые перемещают частицы за пределы исследуемого объема газа, включают диффузию , гравитационное осаждение, электрические заряды и другие внешние силы, вызывающие миграцию частиц. Второй набор процессов, внутренних по отношению к данному объему газа, включает образование частиц (зародышеобразование), испарение, химическую реакцию и коагуляцию. ^[26]

Дифференциальное уравнение называется Аэрозоль общего динамическое уравнение (GDE) характеризует эволюцию плотности числа частиц в виде аэрозоля в результате этих процессов. ^[26]

${\displaystyle {\frac {\partial {n_{i}}}{\partial {t}}}=-\nabla \cdot n_{i}\mathbf {q} +\nabla \cdot D_{p}\nabla _{i}n_{i}+\left({\frac {\partial {n_{i}}}{\partial {t}}}\right)_{\mathrm {growth} }+\left({\frac {\partial {n_{i}}}{\partial {t}}}\right)_{\mathrm {coag} }-\nabla \cdot \mathbf {q} _{F}n_{i}}$

Изменение во времени = конвективный перенос + броуновская диффузия + взаимодействие газ-частицы + коагуляция + миграция под действием внешних сил

Где:

${\displaystyle n_{i}}$ - числовая плотность частиц размерной категории ${\displaystyle i}$

${\displaystyle \mathbf {q} }$ скорость частицы

${\displaystyle D_{p}}$это частица Стокса-Эйнштейна коэффициент диффузии

${\displaystyle \mathbf {q} _{F}}$ - скорость частицы, связанная с внешней силой

Коагуляция [ править ]

Когда частицы и капли в аэрозоле сталкиваются друг с другом, они могут подвергаться коалесценции или агрегации. Этот процесс приводит к изменению гранулометрического состава аэрозольных частиц, причем диаметр моды увеличивается по мере уменьшения общего количества частиц. ^[27] Иногда частицы могут распадаться на множество более мелких частиц; однако этот процесс обычно происходит в основном с частицами, слишком большими для рассмотрения как аэрозоли.

Режимы динамики [ править ]

Число Кнудсена частицы определяет три различных динамических режима, которые определяют поведение аэрозоля:

${\displaystyle K_{n}={\frac {2\lambda }{d}}}$

где - длина свободного пробега суспендирующего газа, - диаметр частицы. ^[28] Для получения частиц в свободном молекулярном режиме , К _п >> 1; частицы малы по сравнению со средней длиной свободного пробега взвешенного газа. ^[29] В этом режиме частицы взаимодействуют с взвешенным газом посредством серии «баллистических» столкновений с молекулами газа. Таким образом, они ведут себя подобно молекулам газа, стремясь следовать линиям тока и быстро диффундируя за счет броуновского движения. Уравнение потока массы в свободномолекулярном режиме:${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle d}$

${\displaystyle I={\frac {\pi a^{2}}{k_{b}}}\left({\frac {P_{\infty }}{T_{\infty }}}-{\frac {P_{A}}{T_{A}}}\right)\cdot C_{A}\alpha }$

где a - радиус частицы, P _∞ и P _A - давления вдали от капли и на поверхности капли соответственно, k _b - постоянная Больцмана, T - температура, C _A - средняя тепловая скорость, а α - масса. коэффициент аккомодации. ^{[ необходимая цитата ]} Вывод этого уравнения предполагает постоянное давление и постоянный коэффициент диффузии.

Частицы находятся в режиме континуума, когда K _n << 1. ^[29] В этом режиме частицы большие по сравнению со средней длиной свободного пробега взвешенного газа, а это означает, что взвешенный газ действует как непрерывная жидкость, текущая вокруг частицы. ^[29] Молекулярный поток в этом режиме:

${\displaystyle I_{cont}\sim {\frac {4\pi aM_{A}D_{AB}}{RT}}\left(P_{A\infty }-P_{AS}\right)}$

где a - радиус частицы A , M _A - молекулярная масса частицы A , D _AB - коэффициент диффузии между частицами A и B , R - постоянная идеального газа, T - температура (в абсолютных единицах, например в градусах Кельвина). ), а P _A∞ и P _AS - давления на бесконечности и на поверхности соответственно. ^{[ необходима цитата ]}

Режим перехода содержит все частицы между свободными молекулярными и непрерывными режимами или K _п ≈ 1. Силами , испытываемых частицами представляют собой сложная комбинация взаимодействий с отдельными молекулами газа и макроскопическими взаимодействиями. Полуэмпирическое уравнение, описывающее поток массы:

${\displaystyle I=I_{cont}\cdot {\frac {1+K_{n}}{1+1.71K_{n}+1.33{K_{n}}^{2}}}}$

где I _cont - поток массы в непрерывном режиме. ^{[ необходимая цитата ]} Эта формула называется формулой интерполяции Фукса-Сутугина. Эти уравнения не учитывают эффект тепловыделения.

Разбиение на разделы [ править ]

Теория распределения аэрозоля регулирует конденсацию на поверхности и испарение с поверхности аэрозоля соответственно. Конденсация массы вызывает усиление режима гранулометрического состава аэрозоля; наоборот, испарение вызывает уменьшение режима. Нуклеация - это процесс образования аэрозольной массы в результате конденсации газообразного предшественника, в частности пара . Чистая конденсация пара требует перенасыщения, парциального давления выше, чем давление пара . Это может произойти по трем причинам: ^{[ необходима ссылка ]}

1. Снижение температуры системы снижает давление пара.
2. Химические реакции могут повышать парциальное давление газа или понижать давление его пара.
3. Добавление дополнительного пара в систему может снизить равновесное давление пара в соответствии с законом Рауля .

Есть два типа процессов зародышеобразования. Газы преимущественно конденсируются на поверхности уже существующих аэрозольных частиц, что называется гетерогенным зародышеобразованием . Этот процесс приводит к увеличению диаметра в режиме гранулометрического состава при постоянной числовой концентрации. ^[30] При достаточно высоком пересыщении и отсутствии подходящих поверхностей частицы могут конденсироваться в отсутствие ранее существовавшей поверхности, что известно как гомогенное зародышеобразование . Это приводит к добавлению очень маленьких, быстрорастущих частиц к гранулометрическому составу. ^[30]

Активация [ править ]

Вода покрывает частицы аэрозолями, заставляя их активироваться , обычно в контексте образования облачной капли. ^{[ необходимая цитата ]} Следуя уравнению Кельвина (основанному на кривизне жидких капель), более мелким частицам требуется более высокая относительная влажность окружающей среды для поддержания равновесия, чем более крупным частицам. Следующая формула дает относительную влажность при равновесии:

${\displaystyle RH={\frac {p_{s}}{p_{0}}}\times 100\%=S\times 100\%}$

где - давление насыщенного пара над частицей в состоянии равновесия (вокруг изогнутой капли жидкости), p ₀ - давление насыщенного пара (плоская поверхность той же жидкости), а S - степень насыщения.${\displaystyle p_{s}}$

Уравнение Кельвина для давления насыщенного пара над криволинейной поверхностью:

${\displaystyle \ln {p_{s} \over p_{0}}={\frac {2\sigma M}{RT\rho \cdot r_{p}}}}$

где радиус капли r _p , поверхностное натяжение капли σ , плотность жидкости ρ , молярная масса M , температура T и молярная газовая постоянная R.

Решение общего динамического уравнения [ править ]

Не существует общих решений общего динамического уравнения (GDE); ^[31] общие методы, используемые для решения общего динамического уравнения, включают: ^[32]

• Моментный метод ^[33]
• Модальный / секционный метод ^[34] и
• Квадратурный метод моментов ^{[35] [36]} / Метод разложения моментов в ряд Тейлора, ^{[37] [38]} и
• Метод Монте-Карло. ^[39]

Генерация и приложения [ править ]

Люди производят аэрозоли для различных целей, в том числе:

• в качестве испытательных аэрозолей для калибровки инструментов, проведения исследований и испытаний оборудования для отбора проб и воздушных фильтров; ^[40]
• доставлять дезодоранты , краски и другие потребительские товары в виде спреев; ^[41]
• для диспергирования и сельскохозяйственного применения
• для лечения респираторных заболеваний ; ^[42] и
• в системах впрыска топлива и других технологиях сгорания . ^[43]

Вот некоторые устройства для создания аэрозолей: ^[2]

• Аэрозоль
• Форсунка распылителя или небулайзер
• Электрораспыление
• Электронная сигарета
• Генератор аэрозолей с вибрирующим отверстием (VOAG)

Стабильность генерируемых аэрозольных частиц [ править ]

Стабильность агломератов наночастиц имеет решающее значение для оценки распределения размеров аэрозольных частиц из нанопорошков или других источников. На рабочих местах нанотехнологий рабочие могут подвергаться вдыханию потенциально токсичных веществ во время работы с наноматериалами и их обработки. Наночастицы в воздухе часто образуют агломераты из-за сил притяжения между частицами, таких как сила Ван-дер-Ваальса или электростатическая сила, если частицы заряжены. В результате аэрозольные частицы обычно наблюдаются в виде агломератов, а не отдельных частиц. Для оценки воздействия и оценки риска переносимых по воздуху наночастиц важно знать о распределении аэрозолей по размерам. При вдыхании людьми частицы разного диаметра откладываются в различных местах центральной и периферийной дыхательной системы.Было показано, что наноразмерные частицы проникают через воздушный барьер в легких и перемещаются во вторичные органы человеческого тела, такие как мозг, сердце и печень. Следовательно, знание стабильности агломератов наночастиц важно для прогнозирования размера аэрозольных частиц, что помогает оценить их потенциальный риск для человеческого тела.

Были созданы различные экспериментальные системы для проверки устойчивости частиц в воздухе и их способности дезагломерироваться в различных условиях. Недавно описанная комплексная система способна поддерживать устойчивый процесс аэрозолизации и генерировать аэрозоли со стабильной числовой концентрацией и средним размером из нанопорошков. ^[44] Потенциал деагломерации различных переносимых по воздуху наноматериалов можно также изучить с помощью критических отверстий. ^[45] Кроме того, устройство ударной фрагментации было разработано для исследования энергии связи между частицами. ^[46]

Стандартная процедура испытаний на деагломерацию может быть предусмотрена с развитием различных типов существующих систем. Вероятность деагломерации аэрозольных частиц в производственных условиях может быть оценена для различных наноматериалов, если доступен эталонный метод. С этой целью можно запустить межлабораторное сравнение результатов испытаний на различных установках, чтобы изучить влияние характеристик системы на свойства создаваемых аэрозолей из наноматериалов.

Обнаружение [ править ]

Аэрозоль можно измерить на месте или с помощью методов дистанционного зондирования .

Наблюдения на месте [ править ]

Некоторые доступные методы измерения на месте включают:

• Аэрозольный масс-спектрометр (АМС)
• Анализатор дифференциальной мобильности (DMA)
• Электроаэрозольный спектрометр (ЭАС)
• Аэродинамический измеритель размера частиц (APS)
• Классификатор аэродинамических аэрозолей (ААК)
• Спектрометр частиц широкого диапазона (WPS)
• Равномерный импактор отложений с микроотверстием (MOUDI)
• Счетчик частиц конденсата (CPC)
• Эпифаниометр
• Электрический ударный элемент низкого давления (ELPI)
• Масс-анализатор аэрозольных частиц (АПМ)
• Центробежный масс-анализатор частиц (CPMA)

Подход с дистанционным зондированием [ править ]

Подходы дистанционного зондирования включают:

• Солнечный фотометр
• Лидар
• Визуальная спектроскопия

Выборочная выборка по размеру [ править ]

Частицы могут откладываться в носу , рту , глотке и гортани (область дыхательных путей головы), глубже в дыхательных путях (от трахеи до конечных бронхиол ) или в альвеолярной области . ^[47] Местоположение осаждения аэрозольных частиц в респираторной системе в значительной степени определяет последствия воздействия таких аэрозолей на здоровье. ^[48] Это явление побудило людей изобрести пробоотборники аэрозоля, которые отбирают подмножество частиц аэрозоля, которые достигают определенных частей дыхательной системы. ^[49]Примеры этих подмножеств гранулометрического состава аэрозоля, важного для профессиональной гигиены, включают вдыхаемые, торакальные и вдыхаемые фракции. Фракция, которая может попасть в каждую часть дыхательной системы, зависит от отложения частиц в верхних отделах дыхательных путей. ^[50] Вдыхаемая фракция частиц, определяемая как доля частиц, изначально находящихся в воздухе, которые могут попасть в нос или рот, зависит от скорости и направления внешнего ветра, а также от гранулометрического состава по аэродинамическому диаметру. ^[51] Торакальная фракция - это доля частиц в атмосферном аэрозоле, которые могут достигать грудной клетки или грудной клетки. ^[52]Вдыхаемая фракция - это доля частиц в воздухе, которые могут достичь альвеолярной области. ^[53] Для измерения вдыхаемой фракции частиц в воздухе используется предварительный коллектор с фильтром для отбора проб. Предварительный коллектор удаляет частицы, поскольку дыхательные пути удаляют частицы из вдыхаемого воздуха. Фильтр для отбора проб собирает частицы для измерения. Обычно для предварительного коллектора используется циклонная сепарация , но другие методы включают ударные, горизонтальные отстойники и мембранные фильтры с большими порами . ^[54]

Два альтернативных критерия отбора по размеру, часто используемые при атмосферном мониторинге, - это PM ₁₀ и PM _2,5 . ТЧ ₁₀ определяется ISO как частицы, которые проходят через входное отверстие избирательного размера с отсечкой эффективности 50% при аэродинамическом диаметре 10 мкм, а ТЧ _2,5 как частицы, которые проходят через входное отверстие избирательного размера с отсечкой эффективности 50%. при аэродинамическом диаметре 2,5 мкм . PM ₁₀ соответствует «грудному условию», как определено в ISO 7708: 1995, раздел 6; PM _2.5 соответствует «условию респирабельности высокого риска», как определено в ISO 7708: 1995, 7.1. ^[55]Агентство по охране окружающей среды США заменило старые стандарты для твердых частиц, основанные на общем содержании взвешенных частиц, другим стандартом, основанным на PM ₁₀ в 1987 году ^[56], а затем ввело стандарты для PM _2,5 (также известных как мелкие твердые частицы) в 1997 году ^[57].

Атмосферный [ править ]

Несколько типов атмосферных аэрозолей оказывают значительное влияние на климат Земли: вулканические, пустынная пыль, морская соль, происходящая из биогенных источников и созданная руками человека. Вулканический аэрозоль образуется в стратосфере после извержения в виде капель серной кислоты, которая может сохраняться до двух лет и отражать солнечный свет, понижая температуру. Пустынная пыль и минеральные частицы, уносимые на большие высоты, поглощают тепло и могут быть причиной предотвращения образования грозовых облаков. Созданные человеком сульфатные аэрозоли, в первую очередь из-за сжигания нефти и угля, влияют на поведение облаков. ^[58]

Хотя все гидрометеоры , твердые и жидкие, могут быть описаны как аэрозоли, обычно проводится различие между такими дисперсиями (т.е. облаками), содержащими активированные капли и кристаллы, и частицами аэрозоля. Атмосфера Земли содержит аэрозоли различных типов и концентраций, в том числе количества:

• природные неорганические материалы: мелкая пыль, морская соль или капли воды
• природные органические материалы: дым, пыльца , споры или бактерии
• антропогенные продукты сгорания, такие как дым, зола или пыль

Аэрозоли можно найти в городских экосистемах в различных формах, например:

• Пыль
• Сигаретный дым
• Туман из аэрозольных баллончиков
• Сажа или пары в выхлопных газах автомобилей

Присутствие аэрозолей в атмосфере Земли может повлиять на ее климат, а также на здоровье человека.

Эффекты [ править ]

• Вулканические извержения выбрасывают в атмосферу большое количество серной кислоты , сероводорода и соляной кислоты . Эти газы представляют собой аэрозоли и в конечном итоге возвращаются на Землю в виде кислотных дождей , оказывая ряд неблагоприятных воздействий на окружающую среду и жизнь человека. ^[59]
• Аэрозоли напрямую и косвенно взаимодействуют с энергетическим балансом Земли двумя способами.

Например, прямой эффект заключается в том, что аэрозоли рассеивают и поглощают приходящую солнечную радиацию. ^[60] Это в основном приведет к охлаждению поверхности (солнечное излучение рассеивается обратно в космос), но также может способствовать нагреванию поверхности (вызванному поглощением поступающей солнечной энергии). ^[61] Это будет дополнительным элементом парникового эффекта и, следовательно, внесет вклад в глобальное изменение климата. ^[62]

В Косвенные эффекты относятся к аэрозолями интерферирующих с образованиями , которые взаимодействуют непосредственно с излучением. Например, они могут изменять размер частиц облаков в нижних слоях атмосферы, тем самым изменяя способ отражения и поглощения света облаками и, следовательно, изменяя энергетический баланс Земли. ^[59]

Есть данные, позволяющие предположить, что антропогенные аэрозоли фактически компенсируют воздействие парниковых газов, поэтому в северном полушарии наблюдается более медленное нагревание поверхности, чем в южном полушарии, хотя это просто означает, что северное полушарие поглотит тепло позже за счет океанских течений, приносящих более теплые воды. с юга. ^[63]

• Когда аэрозоли поглощают загрязнители, это способствует их осаждению на поверхности земли, а также в водоемах. ^[62] Это может нанести вред окружающей среде и здоровью человека.
• Аэрозоли в диапазоне 20 мкм демонстрируют особенно долгое время удержания в помещениях с кондиционированием воздуха из-за их поведения «наездника» (движение с воздушными струями, гравитационное выпадение в медленно движущемся воздухе); ^[64] поскольку аэрозоль такого размера наиболее эффективно адсорбируется в носу человека, ^[65] первичном очаге инфекции COVID-19 , такие аэрозоли могут способствовать пандемии.
• Частицы аэрозоля с эффективным диаметром менее 10 мкм могут попадать в бронхи, тогда как частицы с эффективным диаметром менее 2,5 мкм могут проникать в область газообмена в легких ^[66], что может быть опасно для здоровья человека.

См. Также [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме аэрозолей .

• Аэрогель
• Аэрозольный баллончик , распылительное устройство
• Атмосферные твердые частицы
• Биоаэрозоль
• Осаждение (физика аэрозолей)
• Глобальное затемнение
• Распылитель

Ссылки [ править ]

Цитированные работы [ править ]

• Колбек, Ян, Михалис Лазаридис (редакторы) (2014). Аэрозольная наука: технология и применение . Джон Уайли и сыновья - Наука. ISBN 978-1-119-97792-6.CS1 maint: extra text: authors list (link)
• Хайндс, Уильям К. (1999). Аэрозольные технологии (2-е изд.). Wiley - Interscience. ISBN 978-0-471-19410-1.
• Хиди, Джордж М. (1984). Аэрозоли, Промышленность и экология . Academic Press, Inc. ISBN 978-0-12-412336-6.

Дальнейшее чтение [ править ]

• Фридлендер, Шелдон К. (2000). Дым, пыль и дымка (2-е изд.). ISBN 978-0-19-512999-1.
• Кулкарни, Прамод; Барон, Пол А .; Виллеке, Клаус, Измерение аэрозолей - принципы, методы и приложения, 2011 John Wiley & Sons, ISBN 978-0-470-38741-2 . 
• Прейнинг, Отмар и Э. Джеймс Дэвис (редакторы), История науки об аэрозолях, Австрийская академия дер Виссеншафтен, ISBN 3-7001-2915-7 (PBK.) 
• Образовательные ресурсы по аэрозолям
• Пруппахер, HR; Дж. Д. Клетт (1996-12-31). Микрофизика облаков и осадков (2-е изд.). Springer. ISBN 978-0-7923-4409-4.
• Сайнфелд, Джон; Спирос Пандис (1998). Химия и физика атмосферы: от загрязнения воздуха до изменения климата (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: ISBN John Wiley & Sons, Inc. 978-0-471-17816-3.

Внешние ссылки [ править ]

• Международная ассамблея по исследованию аэрозолей
• Американская ассоциация исследований аэрозолей
• Руководство по аналитическим методам NIOSH (см. Главы по отбору проб аэрозолей)