Ультрамикроскопические и оптические методы измерения
В области размеров аэрозолей от 0,2 мкм до нескольких мик¬рометров по радиусу широкое распространение находят оптиче¬ские методы измерений, основанные на явлении рассеяния и по¬глощения света аэрозольными частицами. Процесс рассеяния лучистой энергии в атмосфере зависит существенно от размера и формы частиц, а также от длины волны падающего света. Со¬гласно теории рассеяния света, развитой Релеем [11, 14], для оптически изотропных, сферических, прозрачных частиц, раз¬меры которых малы по сравнению с длиной волны падающего света и сопоставимы с молекулярными, индикатриса рассея¬ния, характеризующая зависимость коэффициента рассеяния от направления падающего светового потока, симметрична.
В реальной атмосфере, особенно в ее нижних слоях, размеры аэрозольных частиц значительно отличаются от молекулярных, вследствие чего процесс рассеяния света усложняется. Как сле¬дует из теории светорассеяния Ми [17], при увеличении раз¬меров частиц индикатриса рассеяния теряет свою симметрич¬ность и вытягивается в направлении падающего света. Кроме того, с ростом частиц интенсивность рассеиваемого ими света быстро увеличивается. Эти оптические свойства частиц в атмо-сфере используются для определения их размеров.
Во многих оптических приборах и методах для измерения аэрозолей используется явление Тиндаля, заключающееся в том, что при попадании частицы в объем, освещаемый сильным на¬правленным источником света, она интенсивно рассеивает свет и воспринимается в виде вспыхнувшей точки [23]. Эту свето¬вую вспышку можно зарегистрировать визуально посредством микроскопа или с помощью фотоэлектрического умножителя.
Одним из важных методов изучения аэрозольных частиц размером от 0,02—0,5 мкм и выше является ультрамикроскопия. В отличие от обычного микроскопа, при помо-щи ультрамикрос¬копа можно исследовать более мелкие частицы, что практически дости-гается за счет способа освещения наблюдаемого объекта. При использовании бокового освещения или темнопольных кон¬денсоров в ультрамикроскопе создается темное поле, при попадании в которое частица, интенсивно рассеивающая падаю¬щий на нее свет, вос-принимается в виде световой вспышки.
Большим преимуществом по сравнению с обычными ультра¬микроскопами облада-ет метод поточной ультрамикроскопии, разработанный Б. В. Дерягиным и Г. Я. Власенко [29, 32], ко¬торый заключается в счете частиц в непрерывном потоке, пере¬секающем за определенное время освещенную зону. Применение поточного метода устраняет ошибки в определении концентра¬ции частиц, обусловленные броуновским движением и их седи-ментацией, которые могут возникать при обычных методах измерений в механически ограниченных объемах. С помощью по¬точного метода можно вести измерения в большом диапазоне концентраций частиц, от 3-Ю7—4-Ю7 до 1—2 в 1 см3 воздуха. Использование объемного счетчика для определения расхода воздуха в поточном методе позволяет уменьшить ошибки, воз¬никающие при измерении счетного объема воздуха приборами с фиксированным объемом рабочей камеры. Простота счетной кюветы, отсутствие рассея-ния света ограничивающими счетный объем поверхностями устраняют ошибки за счет осаждения на последних частиц аэрозоля. Кроме того, важное достоинство поточного ме-тода состоит в том, что на его основе возможно осуществление автоматизации измерений аэрозольных ча¬стиц [12].
Вся работа доступна по Ссылке
