(T)DMPS/ SMPS

Die Messung der trockenen Anzahlgrößenverteilungen von Aerosolpartikeln wird mit dem (T)DMPS System (twin differential mobility particle sizer, Birmili et al., 1999) oder auch SMPS System durchgeführt.

Das  TDMPS System (siehe auch Abb. 1 und 2) besteht aus zwei parallelen Hauke DMAs (differential mobility analyzer) mit den zugehörigen Kondensationskernzählern (CPC, condensation particle counter). Im ersten, ultrafeinen DMA (UDMA) werden Partikel mit Durchmessern zwischen 3 und 22 nm bei einem Aerosolfluss von 2 l/min und einem Schleierluftfluss von 20 l/min selektiert. Hinter dem UDMA wird die Anzahlkonzentration der monomobilen Aerosolpartikel mit einem ultrafeinen CPC (UCPC, TSI, Modell 3025A) gemessen. Im zweiten DMA werden bei einem Aerosolfluss von 0.5 l/min und einem Schleierluftfluss von 5 l/min Partikel im Größenbereich zwischen 22 und 800 nm selektiert. Hinter diesem DMA wird die monomobile Anzahlkonzentration mit einem CPC (TSI, Modell 3010) gemessen.

Abb. 1: Schematischer Aufbau des TDMPS-Systems.

Abb. 2: Foto eines TDMPS-Systems.

Je nach Anwendung werden auch DMPS Systeme verwendet, die aus Auflader, einem DMA und CPC bestehen, die Funktionsweise ist identisch.

Der Schleiluftstrom im DMA kann entweder durch Anschluss von Druckluft und Vakuum realisiert werden oder durch den so genannten ‚closed-loop’ Betrieb, das heißt die Überschussluft wird gefiltert und getrocknet und anschließend wieder als Schleierluft ins DMA geleitet (Abbildung 3).

Abb. 3: SMPS/DMPS-System als closed-loop System.

Die Messungen werden durch ein LabView Programm gesteuert. Zu Beginn jeder Messung wird von beiden DMPS-Systemen die Konzentrationen im Überlappkanal von 22 nm gemessen. Anschließend messen beide Systeme die Anzahlkonzentration schrittweise mit einer Auflösung von 16 Messkanälen pro Größendekade bis zu ihren jeweiligen Kanalgrenzen. Das TDMPS-System misst  eine komplette Mobilitätsverteilung im Durchmesserbereich von 3 bis 800 nm mit einer Zeitauflösung von 10 Minuten. Die Umrechung der gemessenen Mobilitätsverteilung erfolgt offline unter Berücksichtigung der tatsächlichen Transferfunktionen der DMAs.

Ein SMPS System ist vom Aufbau her identisch zum DMPS, der wesentlich Unterschied besteht in der Ansteuerung der Hochspannung für das DMA. Während die Hochspannung im DMPS System schrittweise verändert wird erfolgt dieses im SMPS kontinuierlich. Es wird also eine gesamte Spannungsrampe hoch- oder runter gefahren und anschließend die Konzentration im CPC gemessen.

Die verwendeten Systeme sind teilweise mit programmgesteuerten elektrischen Umschaltventilen ausgerüstet, die jeweils nacheinander die Messung der Größenverteilungen mit und ohne Thermodenuder  erlauben.

Referenz:

Birmili, W., F. Stratmann, A. Wiedensohler (1999), Design of a DMA-based size spectrometer for a large particle size range and stable operation, J. Aerosol Sci., 30, (4), 549 -- 554.