Stof en aerosol deeltjes kunnen optisch gemeten worden. Er zijn instrumenten die middels een totaalsignaal werken als gevolg van lichtverstrooiing in een meetkamer (nefelometers). Dit signaal is veelal recht evenredig met de massaconcentratie. Een ander type instrument zijn deeltjestellers welke hele lage aantallen bepalen en opdelen in enkele klassen van deeltjesgrootte, de zogenaamde cleanroom counters. Hele nauwkeurige optische instrumenten betreffen de zogenaamde LSAS (Light Scattering Aerosol Spectrometer). Daarbij wordt een nauwkeurig spectrum van deeltjes (aantallen en grootte) verkregen als resultaat.

Meetprincipe LSAS

Een combinatie van het aanzuigdebiet, de inlaatnozzle en het gebruik van een luchtgordijn maakt dat de deeltjes welke intreden als een “parelketting” worden geordend. Vervolgens gaan de deeltjes door een (laser)lichtvlak. Onder een hoek is enerzijds een detector geplaatst en vaak anderzijds ook een spiegel. Tegenover de bron is een “lichtvang” geplaatst, meestal bestaande uit een mat-zwarte koker. Op deze manier wordt alleen het lichtsignaal op de detector verkregen welke het gevolg is van de verkregen directe lichtverstrooiing van het deeltje onder een bepaalde hoek (direct op de detector en via de spiegel). De deeltjes gaan dus achtereenvolgens door het (laser)lichtvlak en de detector genereert als gevolg hiervan de meetsignalen. Ieder signaal dat wordt verkregen vertegenwoordigt een deeltje. Daarmee worden de aantallen deeltjes bepaald. Eenvoudig gesteld is de hoogte van het signaal een maatvoering voor de deeltjesgrootte. Een meting met een aerosolspectrometer resulteert dus in deeltjesaantallen en bijbehorende deeltjesgrootte. Middels het toepassen van de dichtheid van het deeltje, kan de data omgerekend naar een massa-verdeling.

Lichtverstrooiing middels laserlicht

Lichtverstrooiing is een verzameling van de intensiteit in verschillende richtingen nadat het laserlicht het deeltje bereikt. Verstrooid licht is een mengsel van diffractie, breking, reflectie en absorptie wanneer een deeltje door het lasergordijn vliegt. De intensiteit van het verstrooide licht op de detector hangt af van de deeltjesgrootte, de brekingsindex en de hoek waaronder wordt gemeten. De technologie kent een ondergrens van de deeltjesgrootte welke gemeten kan worden. Daaronder komen we in de achtergrondruis van de detector als gevolg van de elektronica en de invloed van gasmoleculen in de lucht.
Op het moment dat de deeltjes groot genoeg zijn, vinden nauwelijks extra effecten plaats en is de meting “eenvoudig”. Het intensiteitssignaal is evenredig met de diameter in het kwadraat (dp2).
Echter, het laserlicht kan ook interactie aangaan met het deeltje. Bij de deeltjes veel kleiner dan de golflengte van het invallend licht, treedt het effect op van extra verstrooiing als gevolg van het initiëren van een oscillerende dipool in het deeltje. Deze stijging in het signaal is het resultaat van wat bekend staat als de zogenaamde Rayleigh verstrooiing. In dit gebied is de intensiteit evenredig met de diameter van het deeltje tot de 6e macht (dp6)
Zogenaamde MIE-verstrooiing is van toepassing op deeltjes met een grootte gelijk aan de golflengte van het invallende licht. Dit is het resultaat van een sterke interactie tussen licht en deeltjes met resonantie-effecten, resulterend in complexe data-analyse. Deze effecten vormen een bijzondere uitdaging voor kalibratie en signaalverwerking; verschillende deeltjesgroottes zorgen voor dezelfde strooilichtintensiteit in dit gebied! Een Grimm aerosolspectrometer meet daarom het verstrooide licht met behulp van de spiegel over een brede ruimtehoek en verzacht de resonantie-effecten. Hierdoor ontstaat een bijna eenduidige toewijzing van de deeltjesgrootte aan de intensiteit van het verstrooide licht.

Bepaling van massafracties

Een Aerosol spectrometer meet ieder deeltje individueel en bepaalt de concentratie aan deeltjes en classificeert deze in een deeltjesgrootte. Dit is een gevolg van een meting aan intensiteit van strooilicht en niet een absolute meting van de massaconcentratie. Omdat een volledig spectrum bepaald is, kunnen middels berekening diverse massaconcentraties simultaan berekend worden.
De efficiëntie curven voor de (arbo)metingen op de werkplek en de milieumetingen zijn als volgt:

Deze curves kunnen rekenkundig geïmplementeerd worden. Op het moment als we een soortelijke massa voor het stof aannemen en de meetresultaten benaderen als perfect bolvormige deeltjes, kunnen de massafracties berekend worden. In een aantal gevallen worden zelfs specifieke dichtheden gedefinieerd voor de verschillende deeltjesgrootten.

11-D Grimm Aerosol Spectrometer

Het model 11-D van Grimm Aerosol is een draagbare aerosol spectrometer welke laserlicht toepast en een detector onder een hoek van 90 graden. Het instrument meet de deeltjesaantallen en verdeelt deze onder 31 deeltjesgrootten (op gelijke afstand). Op basis van deze deeltjesgrootte en –aantallen verdeling berekent het instrument verschillende gedefinieerde stofmassa fracties. Voor de “Milieu” fracties (zoals PM10, PM2.5), worden verschillende soortelijke massa’s gebruikt in de berekeningen. Voor de “werkplek” gerelateerde metingen (zoals inhaleerbaar en respirabel) hanteert de monitor een vaste soortelijke masse van 1,68 g/cm3 voor alle deeltjesgrootte kanalen. In totaal geeft het instrument maar liefst 12 verschillende massaconcentraties. De “Milieu” fracties zijn: TSP, PM10, PM4, PM2,5, PMcoarse en PM1. De “arbo” fracties (gebaseerd op de dichtheid van 1,68 g/cm3) zijn: pm10, pm2.5, pm1, inhaleerbaar, thoracaal en respirabel.
Bijgeleverde software geeft zeer overzichtelijk alle resultaten zowel in tabelvormen als in grafieken. Tevens berekent de software de massa verdeling over de 31 kanalen. Alle meetresultaten kunnen ook heel eenvoudig worden geëxporteerd naar een overzichtelijke Excel file.

In de software worden ook statistische waarden berekend en de spreiding en positie van de massafracties worden in een Whisker Plot weergegeven.
De 11-D Aerosol spectrometer heeft een hoge count efficiëntie voor de verschillende deeltjesgrootten. Het kleinste deeltje welke geclassificeerd wordt is 250 nm. Door dataprocessing vanuit signalen van ieder individueel deeltje wordt een perfecte differentiering verkregen in de verschillende massafracties met een uitstekende herhaalbaarheid. Het toepassingsgebied voor deze monitor is heel breed: filter efficiëntie bepaling, arbeidsplaats monitoring, binnenmilieu monitoring, buitenmilieu monitoring en R&D applicaties.

RAVEBO gebruikt cookies om deze website gebruiksvriendelijker te maken. Deze cookies hebben uitsluitend functionele, communicatieve of analytische doeleinden. Door gebruik te maken van deze website gaat u akkoord met het gebruik van cookies. Voor meer informatie zie ons Cookie Statement.
Ok