[发明专利]基于由虚拟撞击器浓缩的颗粒的光吸收来量化空气中的矿物粉尘的方法和执行该方法的设备

说明书

本发明属于用于测量颗粒浓度的设备和方法的领域，更确切地，属于基于颗粒的物理特性，特别是利用光学手段对颗粒进行量化的设备和方法的领域。本发明涉及一种基于由虚拟撞击器浓缩的颗粒的光吸收来确定环境中的矿物粉尘浓度的方法以及执行该方法的设备。该方法包括以下步骤：‑对颗粒大小小于1μm(PM₁)的空气样本进行采样，并对颗粒大小达到10μm的空气样本进行采样；‑使用虚拟撞击器(VI)将颗粒大小达到10μm的样本进行浓缩；‑测量收集到的样本在从紫外到红外范围的至少一个波长的光吸收，优选为370nm至950nm，最优选为370nm；‑从由虚拟撞击器浓缩的样本的光吸收中减去颗粒大小小于1μm的样本的光吸收。

技术领域

本发明属于用于测量颗粒浓度的设备和方法的领域，更确切地涉及用于基于颗粒的物理特性，特别是使用光学手段来量化颗粒的设备和方法的领域。本发明涉及一种基于由虚拟撞击器浓缩的颗粒的光吸收来确定空气中的矿物粉尘浓度的方法以及执行该方法的设备。

背景技术

矿物粉尘是一种覆盖空气中颗粒的表述，该颗粒是由构成土壤的矿物的悬浮而产生的。它主要由各种氧化物和碳酸盐组成，而其准确的元素组成取决于粉尘的来源。撒哈拉沙漠被认为是矿物粉尘的主要来源，这些粉尘跨过地中海扩散到欧洲，也跨过加勒比海扩散到南美北部、中美洲和北美东部。空气中的矿物粉尘的另一个来源是影响东亚和北美西部的戈壁沙漠。

空气中发现的粉尘颗粒会影响多个不同方面，最重要的是会影响气候、各种生态系统的生物地球化学和人类健康。如Middleton等人报告的(2008，doi：10.1168/1476-069X-7-39)和Perez等人报告的(2012，doi：10.1016/j.envint2012.07.001)，撒哈拉粉尘事件显示为主要通过呼吸道和心血管疾病增加发病率。此外，一些研究表明，从沙漠扩散的矿物粉尘在向其他生态系统(诸如亚马逊雨林)输送养分方面起着重要作用(Koren等人的，2006，doi：10.1088/1748-9326/1/1/014005)。铁是包括海洋环境中的生物有机体的所有生物有机体的基本元素。众所周知，海洋是铁稀缺的环境，但是矿物粉尘气溶胶(主要是沙漠粉尘和火山喷发产生的粉尘)是铁的来源，因此可以在粉尘沉积普遍的地方增加生物上可用的铁的量。

更为重要的是，矿物粉尘的光学性质与大气的光学性质显著不同。粉尘颗粒可以吸收和散射太阳辐射，从而影响地球的辐射平衡，从而导致区域气候和降水变化。矿物粉尘可以充当云形核，从而与云相互作用。因此，云的大小分布、停留时间和光学性质会受到影响，可能会导致意外的气候变化。此外，沉积在雪和海洋冰川上的矿物粉尘可以减少雪的反照率，从而改变雪融化时间。

由于矿物粉尘的显著影响，人们每天都会对空气中的矿物粉尘进行跟踪，但是目前已知的方法不能令人满意地进行量化。需要一种可靠、实时的方法来确定大气中的粉尘浓度，这也有助于增进对矿物粉尘的性质、传输和清除的了解。

根据欧盟空气质量指令(2008/50/EC)，矿物粉尘是天然气溶胶，可用于修正如Viana等人的(2010；https://doi.org/10.1021/es1022625)中讨论的超过PM₁₀值的天数。此类修正会使得降低超过PM₁₀值的处罚。因此，重要的是可靠地量化空气中的矿物粉尘，同时希望保持单参数测量的简便性。

综上所述，本发明解决的技术问题是设计一种实时量化空气中的矿物粉尘的方法。

现有技术