[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 cm3, 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 cm3, 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