Analizador de tamaño de partículas con movilidad de escaneo

Un medidor de tamaño de partículas por movilidad de barrido ( SMPS ) es un instrumento analítico que mide el tamaño y la concentración numérica de partículas de aerosol con diámetros de 2,5 nm a 1000 nm. ^[1] Emplean una técnica de escaneo rápido y continuo para proporcionar mediciones de alta resolución.

Las partículas que se investigan pueden ser de naturaleza biológica o química. El instrumento se puede utilizar para la medición de la calidad del aire en interiores, los gases de escape de los vehículos, ^[2] la investigación de bioaerosoles , los estudios atmosféricos y las pruebas toxicológicas.

El aire a analizar se bombea a través de una fuente ionizante (o neutralizador) que establecerá una distribución de carga conocida. Luego, la exposición a un campo eléctrico en el DMA aislará un cierto diámetro de partícula, que es una función del voltaje que genera el campo (un valor de voltaje que corresponde a un valor de diámetro de partícula que pasa a través del DMA). Finalmente, estas partículas del mismo diámetro serán contadas por un dispositivo óptico (CPC). ^[3] La entrada de aire a analizar puede estar equipada con un cabezal de impactación.

Un cabezal de impactación, o cabezal fraccionador, es un dispositivo que utiliza los principios de la mecánica de fluidos para atrapar, por su inercia, las partículas más grandes presentes en el aire. La entrada de muestreo de la SMPS está así protegida del polvo de gran tamaño y de los insectos, el aire que entra en ella contiene únicamente las partículas finas que se quieren cuantificar. ^[4] Estas suelen denominarse "entrada PM10" o "entrada PM2,5".

El flujo de aire pasa entonces a través de una fuente ionizante. El aire muestreado se expondrá a altas concentraciones de iones positivos y negativos; después de un cierto número de colisiones, la distribución de carga será estable y conocida. El neutralizador también se utiliza para eliminar las cargas electrostáticas de las partículas de aerosol. La distribución de carga del neutralizador es una distribución de carga equilibrada que sigue la ley de Boltzmann. ^[5]

La muestra entra entonces en un analizador de movilidad diferencial. El aire y el aerosol (cuya distribución de cargas ahora está equilibrada y es conocida) se introducen en un canal de flujo de aire. Un electrodo tubular central y otro concéntrico generan un campo eléctrico en este camino de fluido. En el canal, las partículas se someten a un campo eléctrico uniforme y a un flujo de aire. Las partículas se mueven entonces a una velocidad que depende de su movilidad eléctrica. A un voltaje dado, solo las partículas de un cierto diámetro seguirán este canal hasta que salgan; las más pequeñas y las más grandes chocarán contra los electrodos. ^[6]

El aire contiene ahora sólo partículas de un diámetro determinado. El flujo se introduce en un CPC, un contador de partículas por condensación , que mide la concentración de partículas en una muestra de aerosol. El CPC funciona mediante la condensación de vapor de butanol sobre las partículas presentes en la muestra de aire. Las partículas se exponen a vapor de butanol calentado a 39 °C. El vapor de butanol se condensa sobre las partículas, aumentando su tamaño y facilitando así su detección óptica. A continuación, las partículas se exponen a un haz láser y cada partícula dispersa la luz. Los picos de intensidad de luz dispersada se cuentan continuamente y se expresan en partículas/ ^cm3 .

Los resultados obtenidos por este tipo de dispositivo incluyen, por tanto, la distribución de tamaños de partículas en el aire de forma continua. El DMA generará voltaje de ida y vuelta entre sus electrodos de 0 a 10.000 V, correspondiente a un rango de medida de 8 nm a 800 o 1000 nm, y el CPC cuantificará cada uno de estos diámetros.