用ATOFMS测量散射光强反演气溶胶粒子折射率

发布时间：2017-05-26 03:04

  本文关键词：用ATOFMS测量散射光强反演气溶胶粒子折射率，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气溶胶是液体或固体颗粒物均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。准确测量气溶胶的物理、化学参数对于研究气溶胶的环境、气候和健康等效应十分重要。在过去的几十年,气溶胶检测技术获得了快速的发展,已经应用于气溶胶粒子的形状、大小、浓度和化学成分等信息的测量。折射率是大气气溶胶粒子的重要参数,其实部与气溶胶粒子的光散射特性密切相关。具有不同化学成分的气溶胶粒子,它们的折射率往往不同。本论文基于课题组自行研制的气溶胶飞行时间质谱仪(Aerosol Time-of-Flight Mass Spectrometer, ATOFMS),通过测量气溶胶粒子光散射强度,结合数学反演的方法获得气溶胶粒子的折射率参数,从而拓展了气溶胶飞行时间质谱仪的功能。具体而言,通过采用Mie散射理论,基于实际光散射区域的几何结构,推导出光散射信号强度与气溶胶粒子的大小和折射率之间的函数关系,结合实验测量获得的单个气溶胶粒子的光散射强度和粒径大小,对气溶胶粒子的折射率进行反演。利用气溶胶飞行时间质谱仪,我们开展了油酸、氯化钠气溶胶粒子的光散射实验研究,结合反演的方法获得了油酸、氯化钠气溶胶粒子的折射率,结果与已知的样品数据符合很好,表明反演方法可以应用于气溶胶粒子折射率的测量。同时,我们采用Matlab软件,编写了上述反演方法的具体计算程序,通过设计友好的图形化用户界面(Graphical User Interface,简称GUI),可以同时计算出气溶胶粒子的光通量、散射系数、吸收系数和消光系数等参数,大大提高了数据的处理效率和便捷性。
【关键词】：气溶胶 光散射 折射率 反演 气溶胶飞行时间质谱仪
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X831;X513
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究的现状10-11
• 1.3 气溶胶粒子折射率测定方法的概述11-12
• 1.4 主要的工作和本文的内容12
• 1.5 本章小结12-13
• 第二章 光散射原理与Mie散射理论13-21
• 2.1 光散射原理13-15
• 2.1.1 光散射的光学基础13-15
• 2.1.2 单重散射与多重散射15
• 2.2 Mie散射理论15-20
• 2.2.1 Mie散射光强的计算16-17
• 2.2.2 Mie散射光强相关系数的计算17-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第三章 实验装置与测量方法21-39
• 3.1 ATOFMS实验装置21-22
• 3.2 ATOFMS的真空系统22-23
• 3.3 ATOFMS的进样系统23-26
• 3.4 ATOFMS粒径测量系统26-27
• 3.5 ATOFMS单粒子化学成分分析系统27-29
• 3.6 时标电路29-31
• 3.7 ATOFMS数据采集与软件处理系统31-38
• 3.8 本章小结38-39
• 第四章 实验原理与数据处理39-61
• 4.1 实验原理39-43
• 4.2 反演理论43-46
• 4.3 实验与数据分析46-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 总结和展望61-63
• 5.1 工作总结61
• 5.2 工作的创新点61-62
• 5.3 未来的展望62-63
• 参考文献63-67
• 附录1 Mie散射相关系数编程67-71
• 致谢71-73
• 期间发表的学术论文与取得的其他研究成果73

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