Aerosoolimõõtmise tehnoloogia arendamine
TÜ keskkonnafüüsika instituudis
Instituut on ülemaailmselt tuntud ja tunnustatud aerosoolimõõtmise
elektrilise meetodi arendaja ja vastavate mõõteseadmete väljatöötaja.
Elektriline meetod kasutab mõõtmiseks aerosooliosakestel
kas atmosfääris loomulikult omandatud või mõõteseadmes
kunstlikult tekitatud elektrilaenguid. Järgnevalt kirjeldatakse peamisi
instituudis välja töötatud mõõteseadmeid.
Aeroioonide loendureid on instituudi praegu instituudi koosseisu kuuluvas
Aeroelektrilaboratooriumis konstrueeritud ja ehitatud juba nelikümmend
aastat. Õhu ioonid (aeroioonid) on atmosfääriõhus
hõljuvad elektriliselt laetud aerosooliosakesed või nendest
väiksemad molekulide kogumid (klastrid). Aeroioonide loenduri tuntuimat
mudelit UT 8401 on valmistatud üle saja. See on ühe mõõtekanaliga
seade õhu ioonide arvkontsentratsiooni mõõtmiseks.
Mõõdetavate ioonide parameetrid (minimaalne liikuvus ehk
piirliikuvus) seatakse käsitsi.
Käsitsi juhitav aeroioonide loendur UT 8401 on praegugi kasutatav
klasterioonide kontsentratsiooni määramisel usaldusväärse
mõõteriistana.
Aeroelektrilaboratooriumi eriline teene aerosoolimõõtmiste
tehnoloogia arendamisel on paljukanalilise meetodi väljatöötamine.
Esimene 50-kanaline aeroioonide spektromeeter valmis 1973. a. Selle kanaleid
kommuteeriti veel elektromehaanilise sammvalija abil.
Enamtuntud riist on paljukanaline elektriline aerosoolispektromeeter
EAS. See määrab aerosooliosakeste jaotuse osakeste
läbimõõdu unikaalselt laias vahemikus 3 nanomeetrist
kuni 10 mikromeetrini. Ta tekitab osakestel kontrollitud viisil elektrilaengud,
jaotab nad mõõtekanalitesse
ja mõõdab saadud signaalide jaotuse.
Pildil on esimese EAS-i osaliselt koostatud sisendseadmed, mille abil
osakesi laetakse enne nende liikuvuste mõõtmist.
Osakeste suuruste jaotusfunktsioon arvutatakse matemaatilise mudeli
alusel, kasutades aparaadi teoreetilise ja eksperimentaalse kalibratsiooni andmeid.
EAS mõõdab osakesed kogu mõõtevahemikus samaaegselt, mis võimaldab
mõõta ka osakeste kiiresti
muutuva kontsentratsiooni tingimustes ja saavutada suurt ajalist lahutusvõimet
(kuni 20 korda ühes minutis).
Kaasaegne EAS on kõrgtehnoloogiline elektro-mehhaano-pneumaatiline
mõõteseade.
EAS arendamise kogemusi on kasutatud paljukanaline
aeroioonide spektromeetri AIS konstrueerimisel. See on spetsiaalne mõõteseade,
mis jagab positiivsed ja negatiivsed aeroioonid 42 liikuvuskanalisse. AIS
põhirakenduseks on aerosooliosakeste tekkeprotsesside uurimisele
nanomeeterosakeste piirkonnas. Ta on piisavalt tundlik selleks, et mõõta
ülinõrka atmosfääri looduslike laetud klastrite ja
aerosooliosakeste poolt tekitatud signaali, Tema mõõtepiirkond
osakeste suuruste skaalasse arvutatuna on poolest nanomeetrist 40 nanomeetrini.
AIS on unikaalne 42 mõõtekanaliga spektromeeter. Pildil
on näha 42 elektromeetrilist võimendit, mille tundlikkus on
suurusjärgus 0,1 fA.
Aeroelektrilaboratooriumis realiseeriti esmakordselt
ioonispektromeetria kaldväljameetod.
Pildil näidatud aparaadi IGMA valmistas väikefirma AIREL
ja see töötab nüüd Minnesota Ülikoolis USA-s.
Valmistamise mõttes vähemkulukas kui
AIS on ühe mõõtekanaliga bipolaarne skaneeriv aeroioonide analüsaator BSMA.
Piiratud mõõtekanalite arv kompenseeritakse
mõõtekanali parameetrite ajalise muutmise (skaneerimise)
teel. Suur tundlikkus (ioonide hästi väikese kontsentratsiooni
mõõtmise võime) saavutatakse siseneva õhuvoolu
tavatult suure ruumkiirusega 52 liitrit sekundis.
Skaneerivat analüsaatorit BSMA kasutatakse klasterioonide ja kuni
7.5 nanomeetriste osakeste uurimiseks.