Aerosolimittalaitteiden kalibrointimenetelmän kehitys

Abstract

Opinnäytetyö suoritettiin ilmakehätieteiden osastolla Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella.

Opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää aerosolimittalaitteiden kalibrointiin soveltuva laitteisto, joka tuottaa kerran varattuja, ominaisuuksiltaan hyvin määriteltyjä hiukkasia. Hiukkasten tulee olla kerran varattuja, sillä monesti varautuneet hiukkaset aiheuttavat ongelmia aerosolihiukkasten koko- ja lukumääräpitoisuuskalibroinnissa. Laitteiston kehityksessä otettiin mallia Jaakko Yli-Ojanperän kehittämästä SCAR (Single Charged Aerosol Reference) -laitteistosta, joka on validoitu 10 – 500 nm kokoisten hiukkasten lukumääräpitoisuusstandardiksi.

Kalibrointilaitteisto rakennettiin, sen toiminta varmistettiin, ja sille määritettiin optimaaliset mittausolosuhteet. Laitteiston testaus suoritettiin kalibroimalla hiukkasten kokoa mittaava differentiaalinen liikkuvuusanalysaattori ja hiukkasten lukumääräpitoisuutta mittaava kondensaatiohiukkaslaskuri.

Työssä onnistuttiin kehittämään aerosolimittalaitteille kalibrointilaitteisto, joka tuottaa kapeita, yhdesti varautuneiden hiukkasten kokojakaumia 1 µm hiukkaskokoon asti. Kahdesti varautuneiden hiukkasten osuus on vain 0,043 %, eli lähes yhtä pieni kuin SCAR-laitteistossa. Kehitettyä laitteistoa voidaan käyttää hiukkasten lukumääräpitoisuusstandardina hiukkaskokoalueella 12 – 1000 nm pitoisuuteen 20 000 cm-3 asti ja sillä voidaan kalibroida luotettavasti aerosolimittalaitteita.

This study was carried out at the Division of Atmospheric Sciences in the Department of Physics, University of Helsinki.

The aim of the study was to develop a calibration device for aerosol measurement instruments that generates singly charged aerosol particles with a narrow size distribution. The particles should be singly charged, because multiply charged particles cause error in the size and number concentration calibrations. The built calibration device is similar as the SCAR (Single Charged Aerosol Reference) –device, which Jaakko Yli-Ojanperä has designed.

The calibration device was built, its performance was assessed and the optimum measurement conditions were determined. The device was tested by calibrating differential mobility analyser and condensation particle counter.

In this study a calibration device that generates narrow size distribution of singly charged particles up to 1 µm size was developed. The fraction of the doubly charged particles is only 0.043 %, which is almost as small as in the SCAR –device. The device can be used as a particle number concentration standard for reliable calibration of aerosol measurement instruments. The calibration can be done in the particle size range of 12 – 1000 nm until the concentration reaches 20 000 cm-3.