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黑碳光度計
無需過濾器預濃縮直接測量黑碳
黑碳光度計™ (BCP™) 是一種堅固、便攜、高精度和經濟的儀器，用于測量污染城市環境中的大氣黑碳顆粒。 BCP 使用簡單而直接的長程光度計技術實時量化氣溶膠（氣體 + 顆粒）相中顆粒的總消光量和質量濃度。 這種直接的方法避免了與當前市售儀器相關的偽影和其他問題，例如目前見的使用過濾器來預濃縮樣品進行分析的空氣測量技術。
黑碳光度計的檢測池采用折疊管狀設計，這是一項獲得的創新，可使其快速沖洗（樣品和參考測量之間的快速切換所必需的）。 因此，BCP 具有高靈敏度，不需要預先濃縮過濾器，并且可以快速測量黑碳。 吸收池被折疊以在緊湊的空間內提供長（2.1 米）的路徑長度，從而使儀器重量輕（約 19 磅/8.6 千克）且尺寸適合在標準機架安裝系統中使用。 我們在大氣測量技術（Birks et al., AMT, 11, 2821-2835, 2018）的同行評審出版物中描述了折疊管狀設計，例如用于黑碳光度計的設計。
黑碳光度計設計用于在兩個波長（405 nm 和 880 nm）下直接測量由顆粒物質引起的總消光（吸光度 + 散射）。 880 nm 通道可用于計算黑碳質量濃度。 在較短的 405 nm 波長處的消光可以憑經驗與給定位置的 PM2.5 相關。
黑碳光度計對于研究黑碳在空氣質量和氣候中的作用的研究人員以及對估計社區暴露風險感興趣的空氣質量管理人員非常有用。
操作理論
下圖是黑碳光度計的簡化示意圖。 樣品空氣通過氣泵以~1.0-1.6 L/min 的流速連續吸入儀器及其光學檢測池。 參考閥交替繞過或發送樣品空氣通過 PTFE 微粒過濾器（下面標記為微粒過濾器 #1），去除樣品中的所有微粒，從而允許在不存在微粒 (Io) 和存在微粒的情況下交替測量光強度 顆粒物 (I)。 然后使用 Beer-Lambert 定律計算顆粒消光
Bext
= 1/L ln(Io/I)
這里，L 是路徑長度（2.1 m）。
顆粒消光是兩個因素的總和：氣溶膠吸收和散射。 在黑碳光度計的較長波長 (880 nm) 處，吸收對消光的影響要大得多。 在受污染的城市空氣中，儀器在 880 nm 處的響應主要是由于黑碳吸收。 在儀器的較短波長 (405 nm) 處，散射占主導地位，儀器響應更能表明總氣溶膠濃度。
規格
測量原理 | 在 405 nm 和 880 nm 處直接消光 |
測量輸出 | 405 和 880 nm 處的消光 (Mm-1) 880 nm 處的質量濃度 (µg m-3) |
線性動態范圍 | 0-10,000 Mm-1 |
分辨率 | 0.1 Mm-1 |
精度（10 秒測量，1σ rms 噪聲） | 405 納米：4.1 毫米-1； 0.7 Mm-1 帶自適應濾波器 880 納米：2.8 毫米-1； 0.5 Mm-1 帶自適應濾波器 （0.35 µg m-3；0.07 µg m-3 帶自適應濾波器） 880 nm，1 小時平均值：0.018 µg m-3 |
準確性 | 2 Mm-1 或讀數的 2% 中的較大者 |
檢測限 (2σ) | 405 nm：<1.6 Mm-1（帶自適應濾波器） 880 nm：<1.1 Mm-1（帶自適應濾波器） 880 nm，1 小時平均值：0.036 µg m-3 |
流速 | 1.3 L min-1（：1.0 L min-1； 1.6 L min-1） |
測量頻率 | 0.1 Hz（每 10 秒一次） |
平均次數 | 10 s, 1 min, 5 min, 1 hr |
響應時間，99% 的階躍變化 | 10 秒平均為 20 秒 30 秒，帶自適應濾波器 |
內部數據記錄器容量 | 10 GB，>3.2 年的 10 秒數據 |
用于便攜式數據記錄的 USB | Yes |
壓力單位 | mbar |
溫度單位 | °C |
T 和 P 更正 | User-Selected |
工作溫度范圍 | 5 to 45 °C |
操作壓力 | 600-1000 mbar |
電源要求 | 11-14 V dc 或 120/240 V ac，12 V 時為 1.3 A，運行期間平均約 16 瓦 |
尺寸 | 機架安裝：17 英寸寬 x 14.5 英寸深 x 5.5 英寸高（43 x 37 x 14 厘米） |
重量 | ~19.2 lb (8.7 kg) |
用戶界面 | 觸摸屏或串行 |
數據輸出 | RS232； 0-2.5 V 模擬輸出，用于 405 和 880 nm 消光； USB驅動器 |
數據傳輸波特率 | 2400 |
輸出范圍 | 用戶在比例因子菜單中定義 |
長壽命泵 | Yes: 15,000 hours |
流量計 | Yes |
內置自動調零功能 | Yes |
特征
?在兩個波長（880 nm 和 405 nm）下直接測量顆粒物的消光度，可以實時測量顆粒物，包括黑碳和 PM2.5
?直接方法無需在過濾器上預濃縮樣品，從而避免相關的偽影
?低功耗（預熱后平均約 16 瓦）
?重量輕（~19.2 磅，8.7 千克），標準機架安裝尺寸
?長壽命泵（~15,000 小時）
?觸摸屏
?內部數據記錄器容量：10 GB
?用于便攜式數據記錄的 USB 端口
?串行和用戶縮放的模擬電壓輸出
?方便的微處理器用戶界面，通過觸摸屏或串行，包括校準參數（增益和零）和質量轉換系數
?可選擇 10 秒的測量時間或 1 分鐘、5 分鐘和 1 小時的數據平均時間
?內置歸零功能
?幾乎不需要技術維護，適合在現場條件下連續運行（可電池供電運行）
?與其他市售儀器相比更經濟
系統包括
?黑碳光度計
?2.5A 電源適配器（2.5 安培，100-240 VAC 至 12 VDC），帶精選電源線
?串口線（9PinF-9PinF）
?U 盤上的操作手冊
?校準數據和 NIST 可追溯校準證書
?儀器出生證明
?一年保修
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