Sedimentationszelle - Technische Beschreibung
Activaeros Sedimentationszelle ist einem Messingblock herausgearbeitet und besitzt einen konvektionsfreien Sedimentationskanal mit dem Durchmesser von 6mm. Die in den Kanal gelangenden Aerosolpartikel sedimentieren in dieser Röhre mit einer Geschwindigkeit, die proportional zum Quadrat ihres Durchmessers ist. Um diese Partikel sichtbar zu machen, werden sie vom Licht einer Laserdiode mit einer Wellenlänge von 780 nm beleuchtet. Das Streulicht der Partikel wird unter einem Winkel von 90° von einer Miniatur-CCD-Kamera detektiert, die in die Zelle eingebaut ist.
Abb. 1: Software für die Partikelanalyse
Die Kamera liefert ein herkömmliches Videosignal, das von einer Datenerfassungskarte digitalisiert und zwischengespeichert wird. Die digitalisierten Grauwert Bilder werden anschließend mit dem Programm LabVIEW® (siehe Abb. 1) am Computer weiterverarbeitet. Durch Mustererkennung ordnet die Software jedem Partikel auf den einzelnen Bildern eine x/y-Koordinate zu.
Hier ein Video mit sinkenden Partikeln. >>
Durch Vergleich der Koordinaten auf den aufeinander folgenden Bildern erfolgt die Zuordnung der Partikel was dann eine Berechnung der Sinkgeschwindigkeit ermöglicht. Der aerodynamische Durchmesser kann dann für jedes einzelne Partikel aus Sinkgeschwindigkeit bestimmt werden (siehe Abb. 2).
Abb. 2: Prinzipskizze der Partikelzuordnung
Die Sinkgeschwindigkeit vs ergibt sich aus dem Quotienten der zurückgelegten Wegstrecke Δx und der dazu benötigten Zeited Δt. Der aerodynamische Durchmesser dae wird mit folgender Formel berechnet:
ηL: dynamische Viskosität der Luft
g: Fallbeschleunigung
CC: Cunningham-Slipkorrekturfaktor
ERgebnis
Der Größe der Partikel, die in der Sedimentationszelle analysiert werden können, liegt zwischen 0,5 µm und 10 µm. Aus der Abbildung 3 gehen die hohe Genauigkeit und Selektivität des Systems hervor.
Abb 3: Partikelgrößenverteilung eines Multimodalen Styrolpartikel Aerosols.
Bei einem direkten Vergleich zwischen der Sedimentationszelle und dem Andersen-Impaktor zeigte die Sedimentationszelle eine signifikant geringere Standardabweichung (Abb. 4). Die schlechtere Standardabweichung des Andersen-Impaktors liegt an der höheren Variabilität der Partikeltrennung im Impaktor. Die Werte der Medianen Aerodynamischen Massen Durchmesser (MMAD = Mass Median Aerodynamic Diameter) unterscheiden sich nur geringfügig.
Abb. 4: Vergleich der Sedimentationszelle mit dem Andersen-Impaktor.
ERGEBNIS
Die Sedimentationszelle ist ein genaues und selektives Messinstrument für monodisperse als auch polydisperser Aerosole. Die Sedimentationszelle ist ein besonders nützliches Gerät für die Analyse von trockenem Pulver mit großen Unterschieden in der Aerosoldichte. Anders als die langwierigen bisher verwendeten Labormethoden erlaubt die Sedimentationszelle eine vollständige Messung innerhalb weniger Minuten.