大气污染控制实验讲义VIP免费

实验一粉尘的粒径分布测定一、实验目的1、了解LS900激光粒度分析仪的工作原理;2、了解不同粉尘粒度的分布情况;3、掌握LS900激光粒度分析仪的基本操作;二、实验原理(1)基础知识——颗粒对光的散射理论众所周知,光是一种电磁波。它在传播过程中遇到颗粒时，将与之相互作用，其中的一部分将偏离原来的行进方向，称之为散射，如图1所示：图1光的散射现象示意图当颗粒是均匀、各向同性的圆球时，可以根据Maxwell电磁波方程严格地推算出散射光场的强度分布，称为Mie散射理论，摘录如下：Ia=|∑l=1∞2l+1l(l+1){alπl(cosθ)+blτl(cosθ)}|2Ib=|∑l=1∞2l+1l(l+1){blπl(cosθ)+alτl(cosθ)}|2其中Ia和Ib分别表示垂直偏振光和水平偏振光的散射光强；θ表示散射角，al和bl的表达式分别如下：al=^nϕl(q)ϕl(^nq)−ϕl(q)ϕl(^nq)^nζl(1)(q)ϕl(^nq)−ζl(1)(q)ϕl(^nq)bl=^nϕl(q)ϕl(^nq)−ϕl(q)ϕl(^nq)^nζl(1)(q)ϕl(^nq)−ζl(1)(q)ϕl(^nq)此地，^n=√1∈介(∈+i4πσω)，ω=cλ0，q=2πλ介r；式中，∈介为介质的介电常数，∈为散射粒子的介电常数，σ为电导率，λ0和λ介分别为真空和介质中的光波长，r为粒子半径，而ϕl(q)=√πq2Jl+12(q)ζl(1)(q)=ϕl(q)+iχ(q)其中χl(q)=−√πq2Nl+12(q)这里Jl+12(q)和Nl+12(q)分别是第一类Bessel函数和诺俟曼函数。πl和τl的表达式则为：πl(cosθ)=∑m=0l/2(−1)m(2l−2m)(l−2m)2lm(l−m)(l−2m)(cosθ)l−2m−1=1sinθpl(1)(cosθ)τl(cosθ)=cosθπl(cosθ)−sin2θdπl(cosθ)dcosθ=ddθpl(1)(cosθ)其pl(1)为一次缔合勒让德多项式Mie理论是描述散射光场的严格理论，适用于经典意义上任意大小的颗粒。但是对大颗粒(r¿¿λ¿)，Mie散射公式的数值计算十分复杂。通常人们认为这种情况下散射现象可以用较常见而简单的衍射公式描述。当散射粒子到观察点的距离无限远时，衍射公式可简化为Fraunhoff衍射公式：I(θ)=(πr2）2（Aλf)2[2J1(krsinθ)krsinθ]2。(2)工作原理激光粒度仪由测量单元、样品池、计算机和打印机组成，如图2所示:图2LS900型激光粒度仪的结构示意图从He-Ne激光器发出波长为0.6328μm的激光束，经扩束镜后会聚在针孔，针孔将滤掉所有的高阶散射光，只让空间低频的激光通过。然后激光束成为发散的光束。该光束遇到透镜后被聚焦。反射棱镜使光学系统的光轴转折90°，即，使之由水平传播变成垂直传播。当样品池内没有颗粒时，光束将被聚焦在环形光电探测器的中心，并穿过中心的小孔照到中心探测器上。当样品池内有颗粒样品时，会聚的光束将有一部分被颗粒散射到环形探测器的各探测单元以及大角探测器上。设样品池内没有颗粒时，中心探测器接收到的光能为E0，其他各探测单元接收到的光能（由于象差和尘埃散射等）从里到外依次为B1，B2，…，Bn；样品内有待测颗粒时，变为E`0，S`1，S`2，…，S`n；则：Blr=E0−E0E0，称为遮光比。样品浓度越高，遮光比越大。si=si−bi,I=1,2,…,n；称为散射光能分布，它包含了待测颗粒的粒度分布信息。光能信号通过光电探测器转换成了相应的电流信号，送给数据采集卡。该卡将电信号放大，再进行A/D转换后送入计算机。根据光的散射理论和仪器的光学结构，计算机事先已计算出了仪器测量范围内各种直径粒子对应的散射光能分布，其集合组成了光能矩阵M，即：¯M=¿[m11,m12,......,m1n¿][m21,m22,......,m2n¿][....................¿]¿¿¿¿矩阵中每一列代表一个粒径范围一个单位重量的颗粒产生的散射光能分布。因此:[s1¿][s2¿][¿¿]¿¿¿¿式中w1，w2，…，wn代表颗粒的重量分布。根据上式，只要已知散射光能分布s1,s2,…,sn,通过适当的数值计算手段可以计算出与之相应的粒度分布。三、测试准备1、仪器及用品准备(1)仔细检查粒度仪、电脑、打印机等，看它们是否连接好，放置仪器的工作台是否牢固，并将仪器周围的杂物清理干净。(2)向超声波分散器分散池中加大约250ml的水。(3)准备好样品池，蒸馏水、取样勺、搅拌器、取样器等实验用品，装好打印纸。2、取样与悬浮液的配置：BT—9300H型激光粒度仪是通过对少量样品进行粒度分布测定来表征大量粉体粒度分布的。因此要求所测的样...