微粒的大小通常以粒徑表示。但是微粒特別是灰塵粒子并不都具有球形、立方形等規(guī)則的幾何外形,因此通常所稱微粒的“粒徑”,并不是指真正球體的直徑。在氣溶膠及空氣潔凈技術(shù)中,“粒徑”的意義通常是指通過微粒內(nèi)部的某個(gè)長度因次,而并不含有規(guī)則幾何形狀的意義。在分析微粒大小的時(shí)候,“粒徑”就是指的這種含意。具體地說,粒徑可分為兩大類:
一類是按微粒幾何性質(zhì)直接進(jìn)行測(cè)定和定義的,如顯微鏡法確定的粒徑。例如,在灰塵采樣以后,用普通光學(xué)顯微鏡來觀測(cè)時(shí),使灰塵標(biāo)本向一個(gè)方向移動(dòng)通過測(cè)微尺,此時(shí)微粒投影通過這一標(biāo)尺時(shí),為標(biāo)尺刻度線所切的兩端的長度就代表粒徑。順序地、無選擇地逐粒進(jìn)行量測(cè),遇塵粒的長徑則測(cè)其長徑,遇短徑則測(cè)其短徑(如圖1-2所示)。這里的長徑和短徑叫做定方向切線徑,也稱隨遇直徑,當(dāng)被測(cè)微粒足夠多時(shí),結(jié)果能正確反映樣本塵粒的平均斷面。這樣,對(duì)測(cè)定比較方便。但是也有規(guī)定只取投影最大線距為微粒直徑的,例如美國早年關(guān)于潔凈室的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是如此。顯然,這就必須在測(cè)定時(shí)旋轉(zhuǎn)測(cè)微尺,而且也不可能精確確定最大線距位置,所以日本的“潔凈室中懸浮微粒測(cè)定法”(工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS)就說明不必旋轉(zhuǎn)測(cè)微尺,而只要估測(cè)投影最大徑,并認(rèn)為引起的誤差很小。對(duì)于正方體也有采用對(duì)角線為其粒徑的,那就要以√3乘以邊長;如投影為矩形,可以取長短邊之平均值,也可以仍以短邊為準(zhǔn),換算成對(duì)角線粒徑,下面講到氯化鈉微粒,因其晶體投影一般為方形,即用對(duì)角線法確定粒徑。
另一類是按微粒某種物理性質(zhì)間接進(jìn)行測(cè)定和定義的,如沉降法、光電法確定的粒徑,這實(shí)際上是一種當(dāng)量直徑或等價(jià)直徑。前聯(lián)邦德國標(biāo)準(zhǔn)VDI-2083就定義粒徑為與測(cè)量方法有關(guān)的當(dāng)量直徑。即讓在此直徑下,作為參照微粒的某物理性質(zhì)、物理量,相當(dāng)于(等價(jià)于,等效于)該群微粒的某物理性質(zhì)、物理量。例如,用光散射式粒子計(jì)數(shù)器測(cè)定時(shí),“粒徑”是指將所測(cè)微粒與標(biāo)準(zhǔn)粒子(如聚苯乙烯小球)作散射光強(qiáng)度的等效比較,而得到的綜合效果(代表著某一個(gè)幾何尺寸的范圍)。還可以測(cè)出微粒沉降速度,按第六章所述斯托克斯定律求出在靜止空氣中沉降速度與所測(cè)微粒沉降速度相等的、具有和微粒相同密度的球體直徑,稱為沉降直徑,也稱為斯托克斯直徑,以dst表示,一般小于其他直徑。如果設(shè)密度為1,則和微粒具有相同沉降速度的球體直徑亦稱為空氣動(dòng)力學(xué)直徑,在環(huán)境科學(xué)中被廣泛采用,以da表示,顯然有美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209C至209E則說明可以用微粒的最大視在線性長度,也可以用自動(dòng)儀器測(cè)量到的當(dāng)量直徑來表示粒徑,即上述兩類粒徑中可用任何一種。1—2—2平均粒徑由于微粒形狀極不相同,按上述方法得到的粒徑對(duì)于一個(gè)微粒來說,也是不一樣的'這在實(shí)際應(yīng)用中就很不方便。因此,必須確定一種能反映全部微粒某種特征的粒徑的平均數(shù)值,這就是“平均粒徑”。它是用特殊的方法表示全部微粒某種特征的一個(gè)假設(shè)的微粒直徑。
對(duì)于表中所列平均粒徑名稱要注意的是,在文獻(xiàn)中常出現(xiàn)互相顛倒的稱呼,例如此處稱“平均面積直徑”,而彼處則稱“面積平均直徑”,所以只有知道其表達(dá)式才能弄清準(zhǔn)確意義。但是,若從概念出發(fā),這是容易弄明白的。例如在表1-1中,“平均面積”顯然是指所有的面積被某種量(如粒數(shù))去平均,因此面積在分子上;“面積平均”(“比面積”)顯然是指單位面積而言,因此面積在分母上。記住這個(gè)原則,就不會(huì)混淆了。至于選用哪種平均直徑合理,這要看工作目的而定。研究計(jì)重測(cè)塵時(shí)顯然應(yīng)采用和質(zhì)量有關(guān)的直徑Dv;麗研究微粒的光散射性質(zhì)時(shí)宜用平均面積直徑Ds或平均體積直徑Dv,因?yàn)楣馍⑸淞吭诓煌牧椒秶鷥?nèi),可能與微粒面積或者微粒體積有關(guān);在與光的折射性質(zhì)有關(guān)的范圍內(nèi)的問題應(yīng)采用算術(shù)平均直徑D:,這種性質(zhì)與微粒長度因次有關(guān)。現(xiàn)舉例計(jì)算微粒平均直徑。在鈉焰法測(cè)塵中,用電子顯微鏡測(cè)得在送風(fēng)氣流中采樣的某標(biāo)本片上的823個(gè)氯化鈉微粒的短邊尺寸,假定讀值時(shí)放大倍數(shù)為30000倍(即包含電鏡放大倍數(shù)和對(duì)電鏡照片讀數(shù)用的讀數(shù)顯微鏡的放大倍數(shù)
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