[PDF]
http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.46411
Open access article / Atviros prieigos straipsnis
Lith. J. Phys. 46, 489–496 (2006)
NEW CONDENSATION PARTICLE
COUNTER UF-02
K. Plauškaitėa, G. Mordasa,b, J.
Andriejauskienėa, and V. Ulevičiusa
aInstitute of Physics, Savanorių 231, LT-02300
Vilnius, Lithuania
E-mail: ulevicv@ktl.mii.lt
bDepartment of Physical Sciences, University of
Helsinki, P.O. Box 64, FI-00014 Helsinki, Finland
Received 1 September 2006
A newly developed condensation
particle counter UF-02 was approbated and tested. The
investigations of the measured concentration range have shown that
the condensation particle counter UF-02 can be used for measuring
the particle number concentration from 0.002 to 100 000 cm–3,
and the determined cut-off size was 4 nm. Three newly developed
condensation particle counters (CPCs) UF-02 were tested at the
SMEAR I station in Värriö (Lapland, Finland). The studied period
covers 26 April and 12 May 2003. These CPCs were used for
measurement of the aerosol particle number concentration in the
atmospheric boundary layer at the SMEAR I station. Two instruments
were set into action with the cut-off size of 4.5 nm and one with
10 nm. The data of the particle number concentration variability
were collected. The air mass backward trajectories were used to
estimate the prehistory of the air masses. Moreover, trace gas (O3,
NOx, and SO2) concentrations were
analysed. During these studies the calibration and
inter-comparison of instruments were also performed. The
information about new characteristics of the instruments was
obtained.
Keywords: condensation particle counter
(CPC), nucleation, aerosol particles, air mass backward
trajectories, meteorological parameters
PACS: 92.20.Bk, 92.60.Mt, 92.10.Lq
NAUJAS KONDENSACINIS DALELIŲ
SKAITIKLIS UF-02
K. Plauškaitėa, G. Mordasa,b, J.
Andriejauskienėa, V. Ulevičiusa
aFizikos institutas, Vilnius, Lietuva
bHelsinkio universitetas, Helsinkis, Suomija
Sukurtas naujas kondensacinis dalelių
skaitiklis UF-02, galintis matuoti aerozolio dalelių skaitinę
koncentraciją nuo 0,002 iki 100000 cm–3,
bei įvertintas skaitiklio registravimo efektyvumas. Nustatyta, kad
prietaisas 4 nm sidabro daleles, naudotas kalibravimui,
registruoja 50% efektyvumu. Eksperimentiniams aerozolio dalelių
skaitinės koncentracijos matavimams trys naujai sukurti
kondensaciniai dalelių skaitikliai UF-02 buvo išbandyti SMEAR I
stotyje Värriö (Suomija). Matavimai buvo vykdomi 2003 metų
balandžio 26 – gegužės 12 dienomis. Du prietaisai buvo suderinti
taip, kad matuotų didesnes nei 4,5 nm skersmens daleles, o
trečiasis – didesnes nei 10 nm. Tuo pačiu metu atliekant bendros
dalelių (Dp > 4,5 nm) koncentracijos
matavimus su dviem vienodais instrumentais, gautas aukštas
koreliacijos koeficientas (R = 0,95) ir nustatyta, kad abu
kondensaciniai dalelių skaitikliai patikimai matuoja bendrą
skaitinę dalelių koncentraciją subarktinėmis sąlygomis.
Skaičiuotos atgalinės oro masių pernašos trajektorijos, nustatant
oro masių priešistorę. Taip pat buvo matuojamos SO2, NOx
ir O3 dujų koncentracijos. Matavimo laikotarpiu buvo
užregistruoti trys nukleacijos epizodai. Tyrimai parodė, kad naujų
dalelių susidarymas vyko esant didelei saulės radiacijai.
Nedidelės SO2, ir NOx dujų
koncentracijos, užregistruotos atslinkus švaraus oro masėms, taip
pat gali būti susijusios su nukleacijos vyksmais. Nedidelė dalelių
koncentracija prieš nukleacijos epizodą bei maža santykinė drėgmė
yra vienos iš sąlygų naujų dalelių susidarymui subarktinėmis
sąlygomis. Eksperimento metu gauta informacija yra vertinga
aprobuojant ir įsisavinant sukurtą naują kondensacinį dalelių
skaitiklį UF-02 nukleacijos procesų atmosferoje tyrimams.
References / Nuorodos
[1] L. Gradon and A. Podgorski, Kinetics of particle retention in
the human respiratory tract, Annals Occupat. Hygiene 35, 249-259
(1991).
[2] B. Altshuler, E.D. Palmes, and N. Nelson, Regional Aerosol
Deposition in the Human Respiratory Tract (Pergamon Press, New York,
1997).
[3] G. Buzorius and K. Hämeri, Spatial variation of aerosol number
concentration in Helsinki city, Atmos. Environ. 33, 553-565 (1999).
https://doi.org/10.1016/S1352-2310(98)00287-8
[4] P.M. Korhonen, M. Kulmala, A. Laaksonen, Y. Viisanen, R. McGraw,
and J.H. Seinfeld, Ternary nucleation of H2SO4, NH3, and H2O in the
atmosphere, J. Geophys. Res. 104, 26349-26353 (1999).
https://doi.org/10.1029/1999JD900784
[5] R.J. Weber, P.H. McMurry, L. Mauldin, D.J. Tanner, F.L. Eisele,
F.J. Brechtel, S.M. Kreidenweis, G.L. Kok, R.D. Schillawski, and D.
Baumgardner, A study of new particle formation and growth involving
biogenic and trace gas species measured during ACE 1, J. Geophys.
Res. 103, 16385-16396 (1998).
https://doi.org/10.1029/97JD02465
[6] J.H. Seinfeld and S.N. Pandis, Atmospheric Chemistry and
Physics, from Air Pollution to Climate Change (John Wiley &
Sons, Inc., New York., 1998).
https://doi.org/10.1063/1.882420
[7] P.H. McMurry, A review of atmospheric aerosol measurements,
Atmospheric Environment 34, 1959-1999 (2000).
https://doi.org/10.1016/S1352-2310(99)00455-0
[8] L. Pirjola, M. Kulmala, M. Wilck, A. Bischoff, F. Stratmann, and
E. Otto, Effects of aerosol dynamics on the formation of the
sulphuric acid aerosols and cloud condensation nuclei, J. Aerosol
Sci. 30, 1079-1094 (1999).
https://doi.org/10.1016/S0021-8502(98)00776-9
[9] M. Kulmala, A. Toivonen, J.M. Mäkelä, and A. Laaksonen, Analysis
and growth of the nucleation mode particles observed in Boreal
forest, Tellus B 50, 449-462 (1998).
https://doi.org/10.1034/j.1600-0889.1998.t01-4-00004.x
[10] M. Kulmala, Atmospheric science: How particles nucleate and
grow, Science 302, 1000-1001 (2003).
https://doi.org/10.1126/science.1090848
[11] M. Kulmala, H. Vehkamäki, T. Petäjä, M. Dal Maso, A. Lauri,
V.M. Kerminen, W. Birmili, and P.H. McMurry, Formation and growth
rates of ultrafine atmospheric particles: A review of observations,
J. Aerosol Sci. 35, 143-176 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2003.10.003
[12] M. Vana, M. Noppel, U. Hõrrak, T.M. Ruuskanen, P.P. Aalto, and
M. Kulmala, Formation and growth events of atmospheric nanoparticles
at Värriö research station during LAPBIAT measurement campaign, in:
Abstracts of European Aerosol Conference 2005, ed. W. Maenhaut
(Ghent, Belgium, 2005) p. 488.
[13] G.J. Sem, Design and performance characteristics of three
continuous-flow condensation particle counters: A summary, Atmos.
Res. 62, 267-294 (2002).
https://doi.org/10.1016/S0169-8095(02)00014-5
[14] V. Ulevičius, M. Kulmala, G. Mordas, V. Matulevičius, V.
Grigoraitis, K. Hämeri, and P. Aalto, Method and apparatus for
increasing the size of small particles, EU Patent No. EP1702205
(2006).
[15] A.L. Metnieks and L.W. Pollak, Instruction for Use of
Photo-electric Condensation Nucleus Counters, Geophys. Bull. No. 16
(School of Cosmic Physics, Dublin Institute for Advanced Studies,
1959).
[16] J.A. Bricard, P. Delattre, G. Madeleine, and M. Pourprix,
Detection of ultra-fine particles by means of a continuous flux
condensation nuclei counter, in: Fine Particles: Aerosol Generation,
Measurement, Sampling, and Analysis, ed. B.Y.H. Liu (Academic Press,
New York, 1976) pp. 565-580.
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-452950-2.50029-4
[17] Y. Kousaka, T. Niida, K. Okuyama, and H. Tanaka, Development of
a mixing type condensation nucleus counter, J. Aerosol Sci. 13,
231-240 (1982).
https://doi.org/10.1016/0021-8502(82)90064-7
[18] R. Mavliev, Turbulent mixing condensation nucleus counter,
Atmos. Res. 62, 302-314 (2002).
https://doi.org/10.1016/S0169-8095(02)00016-9
[19] J. Wang, V.F. McNeill, D.R. Collins, and R.C. Flagan, Fast
mixing condensation nucleus counter: Application to rapid scanning
differential mobility analyzer measurements, Aerosol Sci. Technol.
36, 678-689 (2002).
https://doi.org/10.1080/02786820290038366
[20] Y.S. Cheng, Condensation detection and diffusion size
separation techniques, in: Aerosol Measurement: Principles,
Techniques and Applications, eds. K. Willeke and P.A. Baron (Van
Nostrand Reinhold, New York, 1993) pp. 427-451.
[21] M. Kulmala, K.E.J. Lehtinen, L. Laakso, G. Mordas, and K.
Hämeri, On the existence of neutral atmospheric clusters, Boreal
Env. Res. 10, 79-87 (2005).
[22] National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA, U.S.)
Air Resources Laboratory HYSPLIT model,
http://www.arl.noaa.gov/ready.html