儀器概述
MAGIC顆粒物計數(shù)器（英文名：MAGIC? Water Condensation Particle Counter（MAGICTM CPC））是由美國Aerosol Devices Inc.生產(chǎn)的用于在線監(jiān)測5nm~2.5μm的顆粒物的數(shù)濃度的計數(shù)器，是世界上第一款可傾斜運行、自我維持工作、能承受震動和沖擊的納米級水基顆粒物計數(shù)器。其中MAGIC是Moderated Aerosol Growth with Internal Water Cycling的首字母縮寫，意指該儀器通過內(nèi)部水循環(huán)使氣溶膠緩慢、溫和地增長。
工作原理
MAGICTM CPC的冷凝增長通道由一根貫穿三個不同溫度區(qū)域的芯構(gòu)成。芯由水浸濕，并在中間部分加熱成水蒸汽，為通過入口控溫區(qū)的較冷粒子創(chuàng)造過飽和條件，使其活化長大。粒子再通過下游增長區(qū)繼續(xù)長大，然后進入計數(shù)器計數(shù)。而多余的水汽又被回收到較冷的芯內(nèi)，通過毛細作用再被輸送回中間加熱區(qū)。水循環(huán)利用的設(shè)計，和入口控溫區(qū)的冷凝水可匯入冷芯內(nèi)的特點都為粒子活化長大提供充足的水，延長了補水周期。該設(shè)計摒棄了普通CPC不可或缺的儲液槽，允許短期傾斜或倒置運行。核心結(jié)構(gòu)如圖2所示：
技術(shù)優(yōu)點
- 利用內(nèi)部水循環(huán)，可自我維持工作
- 工作液為水，無毒無味，經(jīng)濟且易獲得
- 可短期傾斜或倒置運行，對震動和沖擊不敏感
- 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲
- 設(shè)計便攜、緊湊，配備充電電池時，運行所及之處令其它CPC望塵莫及
應(yīng)用范圍
- 環(huán)境空氣質(zhì)量研究，尤其是多點和垂直分布監(jiān)測
- 基于移動平臺的研究，包括汽車、飛機、遠洋輪船、無人機、自行車等
- 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測
- 健康影響和流行病學研究
- 工作場所納米級顆粒物研究
技術(shù)指標
- 粒徑范圍：5nm ~ 2.5μm
- 方向：可短期傾斜或倒置運行，對震動和沖擊不敏感；長期運行時，建議豎直放置
- 采樣流量：0.3 L/min
- 濃度范圍：0.01~4×105 #/cm3，單顆粒計數(shù)，實時訂正重合事件
- 平均時間：1秒~30分鐘，可自行選擇
- 精度：濃度測量誤差在10%以內(nèi)（同時測量同一批氣溶膠樣品）
- 工作液：純凈水/過濾水
- 運行時間：當樣氣的相對濕度超過50%時，可連續(xù)運行24小時以上，無需加水； 配備加濕器時，運行時間更長
- 數(shù)據(jù)存儲：非易失性數(shù)據(jù)存儲，可存儲125,000個數(shù)據(jù)。大約相當于存儲一周時長的5秒平均數(shù)據(jù)
- 通信接口：RS-232，Type B USB，BNC
- 輸出數(shù)據(jù)：采樣時間，濃度，計數(shù)個數(shù)，計數(shù)時長，時鐘，溫度，輸入溫度/濕度，流量等
- 運行環(huán)境：環(huán)境溫度：10-35℃；箱內(nèi)濕度：5-95%，無凝結(jié)；儀器必須放置在室內(nèi)/貨柜/或其它防備惡劣天氣的環(huán)境
- 電源：100-240 VAC；輸入電壓12 VDC，16 W； 斷電恢復后可自動重啟
- 尺寸及重量：18.5 cm (H) x 16.5 cm (W) x 21 cm (D)，2.0 kg(不包括加濕器和電池)
參考文獻
- Hering, S. V., Lewis, G. S., Spielman, S. R., Eiguren-Fernandez, A MAGIC Concept for SelfSustained, Water based, Ultrafine Particle Counting, accepted by Aerosol Science Technology.
- Hering, S., Lewis, G., and Spielman, S.: Moderated, Water-Based Condensational Particle Growth in a Laminar Flow, Aerosol Science Technology, 48, 401-408, 2014.
- Hering, S. V., Lewis, G. S., Spielman, S. R., Eiguren-Fernandez, A., Kreisberg, N. M., Kuang,C., and Attoui, M.: Detection near 1-nm with a laminar-flow, water-based condensation particle counter, Aerosol Science Technology, 51, 354-362, 10.1080/02786826.2016.1262531, 2017.
- Kangasluoma et al. Characterization of three new condensation particle counters for sub-3?nm particle detection during the Helsinki CPC workshop: the ADI versatile water CPC, TSI 3777 nano enhancer and boosted TSI 3010, Atmospheric Measurement Techniques, 10, 2271-2281, 2017.