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大气颗粒物与空气质量、能见度以及人体健康等密切相关。了解大气颗粒物的状态信息,如数量浓度、质量浓度及尺寸分布等,对于地球环境、大气物理化学过程及人类健康保护等研究领域具有重要意义。 由于大气颗粒物的化学组分、浓度、尺寸、形状及内部结构等决定了其光学性质,因此,颗粒物光散射特性的测量成为获取大气颗粒物状态信息的重要方法。本文研究了大气颗粒物近前向散射光测量方法,搭建了实验装置,分析了大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用。 采用Mie散射理论计算了单粒径油酸与邻苯二甲酸二辛酯(DOP)颗粒物的近前向散射光强度与粒径的关系,并与实验测量结果进行了比较。通过单粒径油酸样本实验获取实验装置的响应度,得到的DOP颗粒散射强度理论计算值与实验测量结果符合较好。单位质量浓度的单分散DOP颗粒物对应的散射光强度在颗粒直径约为0.9μm时有最大值,随着颗粒直径增大,单位质量浓度对应的散射强度呈振荡性衰减,且颗粒物直径在1~5μm范围内对应的振荡特性较强。 采用Mie散射理论计算了不同粒径分布情况下的近前向散射光强度,并考察了多分散油酸、DOP、NaCl、(NH4)2S O4、核黄素、水滴以及合成油粒子的输出响应特性。结果表明,该装置可用于环境大气气溶胶质量浓度的测量。通过已知参数的多分散气溶胶样品定标测量,借助Mie散射理论计算,可以获得较为准确的响应度数值,并估计测量实际大气颗粒物的修正系数和误差范围。如采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标,测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度,可进行约2.5倍的修正。