光散射法工作原理 - 測量空氣中可吸入顆粒物

 近年來，利用光與微小顆粒作用時發生散射現象研制出各種能定量測定量煙塵和可吸入顆粒的分析儀器。如圖1所示為用于Dustmate可吸入煙塵分析儀中的光散射檢測器^[8]。它采用由激光二極管發出的激光光源，經聚焦的光束沿x方向穿過一個三維檢測腔。在該三維檢測腔交匯處，被測試樣由z方向導入，并與激光光束發生作用，使部分光產生散射。未散射的光沿原方向投射在黑體上被吸收，而散射光的方向被改變，其中一部分經由y方向射到一個光度計，由光度計測量其光通量，其余散射光被黑體吸收。途經三維檢測腔交匯處的試樣由真空泵抽出。
  用光散射法檢測可吸入煙塵的是一個很復雜的過程。有二個因素制約著它的測量精度。一是采樣過程。空氣中塵埃顆粒大小可從100微米，研究表明，經采樣器和氣路實際能進入檢測腔的塵埃是一個與顆粒形狀，大小，進氣口處空氣流速與采樣氣流流速的比率，氣樣渦流和進氣口導向有關的復雜函數。表1顯示了顆粒大小及其能到達檢測腔的關系。

從上表中可知，大于50微米的顆粒幾乎是不可能到達檢測處，除非使用特殊的可控制和選擇顆粒大小的進氣口。第二個因素是被顆粒散射的光密度與顆粒的形狀，大小和折射率有關。直徑在0.1 – 10微米之間的顆粒可獲得比其他顆粒大得多的散射效果^[8] ，如圖2所示。因此，目前使用光散射原理的檢測器，比較適用于對0.1 – 10微米之間的可吸入顆粒的測量。

圖2：散射光光密度與顆粒大小的關系