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[摘 要]本文综述了大气颗粒物中催泪剂气溶胶、黑碳气溶胶、放射性气溶胶粒子、粉尘气溶胶等不同气溶胶粒子的浓度测试研究方法，为催泪剂烟幕浓度测试提供参考和借鉴。
[关键词]气溶胶；浓度；测试方法
中图分类号：P58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0034-01
气溶胶是指固体或液体微粒稳定地悬浮于气体介质中形成的分散体系，粒径一般分布在0.01～10μm之间，不仅会影响气候变化及空气质量，还会传播各种病毒[1-3]。因此，学者们对不同种类气溶胶的浓度测试理论和技术方法进行了详尽研究。
1催泪剂气溶胶浓度测试
催泪性防暴弹药是武警部队遂行任务的主战弹种，在维稳处突方面发挥不可替代的作用，刺激剂CS是该系列弹药主装药的重要组分，它是一种对人的眼睛、上呼吸道和皮肤有强烈刺激作用的物质，沾染后会引起流泪、流涕、喷嚏、呕吐、皮肤刺痛、红肿等难以忍受的症状，从而达到预定的战术效能；其终点效应以气溶胶形式为主，因此，CS气溶胶浓度是评价和衡量该种弹药刺激威力的重要指标[1-3]。
周振中等[1]首次将气相色谱分析方法应用在催泪弹气溶胶中CS含量的测定中，讨论了色谱条件对实验结果的影响，该方法提高了气溶胶浓度的测量精度，获得了满意的结果。
张振中[2]首先通过自制氧弹生成催泪剂烟雾，并对其进行采样收集、制作标本；而后对催泪弹烟幕粒径浓度采用显微镜观察统计；最后基于消光全散射法对烟幕粒子平均粒径及粒径分布进行了测量，并利用粒径分布反演软件对烟幕粒径进行了反演；结果表明，由全散射法和显微镜观察法得到的催泪剂烟幕平均粒径及其分布相互吻合较好，有94%的催泪剂烟幕颗粒粒径分布在1～5μm。
李博[3]在采用高效液相色谱方法对未发烟之前催泪性防暴弹主装药柱进行加速寿命试验前后时CS的含量进行测试；并采用接触法对是否经过加速寿命的同种催泪剂浓度性能进行对比试验测试，具体将同一受体置于距离催泪剂燃烧中心1米处，通过对刺激性烟雾的耐受时间来判定烟雾浓度的性能。
2大气颗粒物中黑碳气溶胶浓度的测定
黑碳（BC）气溶胶是大气中对光具有强烈吸收能力的碳质气溶胶，是大气的重要污染源，在大气中对全球变暖的影响仅次于CO2。由于BC可直接被吸入并沉积在肺中，引发呼吸系统哮喘以及心血管、癌症等疾病的发生[4-6]。因此，准确测定其浓度对指导环境污染改善和人体健康具有非常重要的作用。
秦亚丽等[4]根据黑碳气溶胶对可见光所具有的吸收衰减特性，通过测量探测黑碳气溶胶入、反射光的强度，先根据式（1）计算出BC的质量面密度，再通过式（2）计算空气中BC的体积浓度。
BC的质量面密度（μg/cm2）=[100/（2εF）]ln（入射光强度/反射光强度） 式1
BC的体积浓度=膜上黑碳的质量面密度×膜的采样面积/采样时抽气的体积 式2
其中，ε—质量吸收系数（推荐值一般为7m2/g）；
F—校正因子，（若忽略硫酸盐等对光的吸收，则假设F=1）。
张宏群等[5]为了更为准确测定大气中黑碳气溶胶的浓度，在理论分析基于光衰减法的黑碳气溶胶浓度检测方法的基础上，依据该思路研制了检测系统，并设计了相应反演计算软件；对反演结果进行研究详细分析发现，可以满足预期目标的需求。
刘晓林[6]利用光衰减的原理，以MSP430系列单片机作为控制器、Delphi为开发工具，设计了一套黑碳气溶胶浓度检测系统。验证试验发现该系统检测结果一致性较好，能满足大气黑碳气溶胶的浓度检测，并具有操作简单、功耗低、成本低等突出优点。
3放射性气溶胶粒子的浓度测定
放射性颗粒物是构成人体及其他生物体外辐照剂量的主要来源，而且处于不同粒径范围颗粒物还能通过呼吸道、消化道甚至皮肤等进入人体脏器，从而造成内辐照剂量，对人类的健康造成极大威胁[7-9]。
王凯锋等[7]研制开发了一套基于Linux为平台、Qt为开发工具，适合测量放射性气溶胶粒径及其分布状况的测试系统。该系统能够对检测过程进行控制，不仅能够实现粒径分布计算，还可以对所探测图像进行显示，同时具有普适性强、可移植、运行稳定等优点。
马英课题组[8] 基于Mie散射理论，从理论上计算分析了散射光强度与被测粒子质量浓度之间的线性关系；然后根据分析结果设计并研制了一套近前向散射光测量系统光学模组。实际测试结果验证了该模型的科学性、合理性、有效性及正确性。
田新等[9]为快速、准确测量α/β放射性气溶胶的浓度，采用累积采样和累积测量的方式，并从诸多方法中选择了适合α放射气溶胶的能量甄别修正法和适合单独α或单独β 气溶胶的α/β的 比值法，实现了小流量采样条件下对 α/β 放射性气溶胶的同时监测。
4粉尘气溶胶浓度测试
随着社会物质产品的丰富和人民生活水平的提高，化工、建筑、煤炭等工矿企业均会释放出大量的有毒、有害、易燃粉尘，为对排放粉尘的浓度进行有效监测，研制高效准确的测试方法及仪器意义重大[10-12]。
田贻丽[10]研究了基于光散射测量粉尘浓度的方法，解决了低浓度粉尘浓度测量时的问题，利用 Mie 散射理论，推导出通过计算一定散射角度的散射光強来计算粉尘浓度的测量方法。同时，基于衍射法提出了用两个不同散射角的散射光强比求取平均粒度的方法，解决了衍射法测平均粒度的缺点；并经过大量的计算，分析了这种利用散射的测量方法在不同粒径范围的情况下适当测量角度的选取。
李静等[11]对用电容法测量工业粉尘浓度的技术方法进行深入研究，提出了一种新的电容测量方法；该方法是在分析电容传感器原理的基础上进行的，其数据测量电路及测量系统采用电桥法来实现。该课题组用所设计的方案搭建了实际实验平台，对工业粉尘进行测量，得到了输出电压值与粉尘浓度之间的关系，该结果表明用电容法测量工业粉尘浓度的方法科学可行。 王智超等[12]依据滤料的阻力特性提出了一种新的粉尘质量浓度测量方法，其原理是在保证采样滤膜过滤特性不变的情况下，空气中的粉尘质量浓度与采样滤膜阻力增量之间存在一定的函数关系；并且发现不同的采样滤膜对粉尘测试仪的性能有较大的影响；通过实验研究了粉尘测试仪采样滤膜的性能，并验证了研发的粉尘测试仪的准确性。结果表明，研发的粉尘测试仪与称重法测试粉尘质量浓度的测量误差在10%之内。
当前，国内外对CS气溶胶浓度测试方法研究报道较少，然而，一般气溶胶浓度及粒径大小的测试技术在诸多学者的关注下发生了很大进步。虽说CS气溶胶有其自身特性，但也具备一般气溶胶的共性，故通过研究目前常规气溶胶浓度的测试技术发展状况，为催泪剂CS气溶胶浓度测试提供借鉴和参考。
参考文献
[1]周振中，赵雁武，王宪伟.催泪弹气溶胶中CS的气相色谱分析[J].武警工程学院学报，2002，18（2）：24-26.
[2]张振中.催泪弹烟幕粒径浓度全散射法测量研究[D].西安：西安电子科技大学，2012.
[3]李博.催泪弹贮存失效特性与寿命趋势预测研究[D].西安：武警工程大学，2014.
[4]秦亚丽，张海青，张贵英，等.大气颗粒物中黑碳浓度的反射法测定[J].原子能科學技术，2011，45（1）：102-107.
[5]张宏群，刘晓林，邹应全.基于光衰减法的黑碳气溶胶浓度检测系统设计[J].信息技术，2012，（7）：55-58.
[6]刘晓林.大气黑碳气溶胶浓度检测系统设计[D].南京：南京信息工程大学，2012.
[7]王凯锋，刘良军.放射性气溶胶粒径分布测量软件研究[J].核电子学与探测技术，2012，32（4）：448-451.
[8]马英，刘群，丘丹圭，等. DOP气溶胶浓度的光学检测[J].光子学报，2010，39（6）：1132-1136.
[9]田新，王善强，梁卫平，等.α/β放射性气溶胶的小流量采样快速测量技术研究[J].核电子学与探测技术，2012，32（4）：449-452.
[10]田贻丽.粉尘浓度测量方法的研究[D].重庆：重庆大学，2003.
[11]李静，司瑾，王泽民.电容法测量工业粉尘浓度技术研究[J].电子科技，2016，29（2）：148-151.
[12]王智超，吴占松，杨英霞，等.粉尘质量浓度测试方法的实验研究[J].清华大学学报（自然科学版），2013，53（3）：366-370.
基金项目：武警工程大学基础研究基金（WJY201508）
[关键词]气溶胶；浓度；测试方法
中图分类号：P58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0034-01
气溶胶是指固体或液体微粒稳定地悬浮于气体介质中形成的分散体系，粒径一般分布在0.01～10μm之间，不仅会影响气候变化及空气质量，还会传播各种病毒[1-3]。因此，学者们对不同种类气溶胶的浓度测试理论和技术方法进行了详尽研究。
1催泪剂气溶胶浓度测试
催泪性防暴弹药是武警部队遂行任务的主战弹种，在维稳处突方面发挥不可替代的作用，刺激剂CS是该系列弹药主装药的重要组分，它是一种对人的眼睛、上呼吸道和皮肤有强烈刺激作用的物质，沾染后会引起流泪、流涕、喷嚏、呕吐、皮肤刺痛、红肿等难以忍受的症状，从而达到预定的战术效能；其终点效应以气溶胶形式为主，因此，CS气溶胶浓度是评价和衡量该种弹药刺激威力的重要指标[1-3]。
周振中等[1]首次将气相色谱分析方法应用在催泪弹气溶胶中CS含量的测定中，讨论了色谱条件对实验结果的影响，该方法提高了气溶胶浓度的测量精度，获得了满意的结果。
张振中[2]首先通过自制氧弹生成催泪剂烟雾，并对其进行采样收集、制作标本；而后对催泪弹烟幕粒径浓度采用显微镜观察统计；最后基于消光全散射法对烟幕粒子平均粒径及粒径分布进行了测量，并利用粒径分布反演软件对烟幕粒径进行了反演；结果表明，由全散射法和显微镜观察法得到的催泪剂烟幕平均粒径及其分布相互吻合较好，有94%的催泪剂烟幕颗粒粒径分布在1～5μm。
李博[3]在采用高效液相色谱方法对未发烟之前催泪性防暴弹主装药柱进行加速寿命试验前后时CS的含量进行测试；并采用接触法对是否经过加速寿命的同种催泪剂浓度性能进行对比试验测试，具体将同一受体置于距离催泪剂燃烧中心1米处，通过对刺激性烟雾的耐受时间来判定烟雾浓度的性能。
2大气颗粒物中黑碳气溶胶浓度的测定
黑碳（BC）气溶胶是大气中对光具有强烈吸收能力的碳质气溶胶，是大气的重要污染源，在大气中对全球变暖的影响仅次于CO2。由于BC可直接被吸入并沉积在肺中，引发呼吸系统哮喘以及心血管、癌症等疾病的发生[4-6]。因此，准确测定其浓度对指导环境污染改善和人体健康具有非常重要的作用。
秦亚丽等[4]根据黑碳气溶胶对可见光所具有的吸收衰减特性，通过测量探测黑碳气溶胶入、反射光的强度，先根据式（1）计算出BC的质量面密度，再通过式（2）计算空气中BC的体积浓度。
BC的质量面密度（μg/cm2）=[100/（2εF）]ln（入射光强度/反射光强度） 式1
BC的体积浓度=膜上黑碳的质量面密度×膜的采样面积/采样时抽气的体积 式2
其中，ε—质量吸收系数（推荐值一般为7m2/g）；
F—校正因子，（若忽略硫酸盐等对光的吸收，则假设F=1）。
张宏群等[5]为了更为准确测定大气中黑碳气溶胶的浓度，在理论分析基于光衰减法的黑碳气溶胶浓度检测方法的基础上，依据该思路研制了检测系统，并设计了相应反演计算软件；对反演结果进行研究详细分析发现，可以满足预期目标的需求。
刘晓林[6]利用光衰减的原理，以MSP430系列单片机作为控制器、Delphi为开发工具，设计了一套黑碳气溶胶浓度检测系统。验证试验发现该系统检测结果一致性较好，能满足大气黑碳气溶胶的浓度检测，并具有操作简单、功耗低、成本低等突出优点。
3放射性气溶胶粒子的浓度测定
放射性颗粒物是构成人体及其他生物体外辐照剂量的主要来源，而且处于不同粒径范围颗粒物还能通过呼吸道、消化道甚至皮肤等进入人体脏器，从而造成内辐照剂量，对人类的健康造成极大威胁[7-9]。
王凯锋等[7]研制开发了一套基于Linux为平台、Qt为开发工具，适合测量放射性气溶胶粒径及其分布状况的测试系统。该系统能够对检测过程进行控制，不仅能够实现粒径分布计算，还可以对所探测图像进行显示，同时具有普适性强、可移植、运行稳定等优点。
马英课题组[8] 基于Mie散射理论，从理论上计算分析了散射光强度与被测粒子质量浓度之间的线性关系；然后根据分析结果设计并研制了一套近前向散射光测量系统光学模组。实际测试结果验证了该模型的科学性、合理性、有效性及正确性。
田新等[9]为快速、准确测量α/β放射性气溶胶的浓度，采用累积采样和累积测量的方式，并从诸多方法中选择了适合α放射气溶胶的能量甄别修正法和适合单独α或单独β 气溶胶的α/β的 比值法，实现了小流量采样条件下对 α/β 放射性气溶胶的同时监测。
4粉尘气溶胶浓度测试
随着社会物质产品的丰富和人民生活水平的提高，化工、建筑、煤炭等工矿企业均会释放出大量的有毒、有害、易燃粉尘，为对排放粉尘的浓度进行有效监测，研制高效准确的测试方法及仪器意义重大[10-12]。
田贻丽[10]研究了基于光散射测量粉尘浓度的方法，解决了低浓度粉尘浓度测量时的问题，利用 Mie 散射理论，推导出通过计算一定散射角度的散射光強来计算粉尘浓度的测量方法。同时，基于衍射法提出了用两个不同散射角的散射光强比求取平均粒度的方法，解决了衍射法测平均粒度的缺点；并经过大量的计算，分析了这种利用散射的测量方法在不同粒径范围的情况下适当测量角度的选取。
李静等[11]对用电容法测量工业粉尘浓度的技术方法进行深入研究，提出了一种新的电容测量方法；该方法是在分析电容传感器原理的基础上进行的，其数据测量电路及测量系统采用电桥法来实现。该课题组用所设计的方案搭建了实际实验平台，对工业粉尘进行测量，得到了输出电压值与粉尘浓度之间的关系，该结果表明用电容法测量工业粉尘浓度的方法科学可行。 王智超等[12]依据滤料的阻力特性提出了一种新的粉尘质量浓度测量方法，其原理是在保证采样滤膜过滤特性不变的情况下，空气中的粉尘质量浓度与采样滤膜阻力增量之间存在一定的函数关系；并且发现不同的采样滤膜对粉尘测试仪的性能有较大的影响；通过实验研究了粉尘测试仪采样滤膜的性能，并验证了研发的粉尘测试仪的准确性。结果表明，研发的粉尘测试仪与称重法测试粉尘质量浓度的测量误差在10%之内。
当前，国内外对CS气溶胶浓度测试方法研究报道较少，然而，一般气溶胶浓度及粒径大小的测试技术在诸多学者的关注下发生了很大进步。虽说CS气溶胶有其自身特性，但也具备一般气溶胶的共性，故通过研究目前常规气溶胶浓度的测试技术发展状况，为催泪剂CS气溶胶浓度测试提供借鉴和参考。
参考文献
[1]周振中，赵雁武，王宪伟.催泪弹气溶胶中CS的气相色谱分析[J].武警工程学院学报，2002，18（2）：24-26.
[2]张振中.催泪弹烟幕粒径浓度全散射法测量研究[D].西安：西安电子科技大学，2012.
[3]李博.催泪弹贮存失效特性与寿命趋势预测研究[D].西安：武警工程大学，2014.
[4]秦亚丽，张海青，张贵英，等.大气颗粒物中黑碳浓度的反射法测定[J].原子能科學技术，2011，45（1）：102-107.
[5]张宏群，刘晓林，邹应全.基于光衰减法的黑碳气溶胶浓度检测系统设计[J].信息技术，2012，（7）：55-58.
[6]刘晓林.大气黑碳气溶胶浓度检测系统设计[D].南京：南京信息工程大学，2012.
[7]王凯锋，刘良军.放射性气溶胶粒径分布测量软件研究[J].核电子学与探测技术，2012，32（4）：448-451.
[8]马英，刘群，丘丹圭，等. DOP气溶胶浓度的光学检测[J].光子学报，2010，39（6）：1132-1136.
[9]田新，王善强，梁卫平，等.α/β放射性气溶胶的小流量采样快速测量技术研究[J].核电子学与探测技术，2012，32（4）：449-452.
[10]田贻丽.粉尘浓度测量方法的研究[D].重庆：重庆大学，2003.
[11]李静，司瑾，王泽民.电容法测量工业粉尘浓度技术研究[J].电子科技，2016，29（2）：148-151.
[12]王智超，吴占松，杨英霞，等.粉尘质量浓度测试方法的实验研究[J].清华大学学报（自然科学版），2013，53（3）：366-370.
基金项目：武警工程大学基础研究基金（WJY201508）