气溶胶有效密度测试

密度(ρ)是粒子最重要的物理特性之一，因为它影响粒子在大气和人类唿吸系统中的运输特性，从而影响粒子的命运^[1]。采用密度的两个定义来表征颗粒的性质，包括颗粒密度(ρp)和材料密度(ρm)。Ρp 通过粒子质量(mp)除以粒子体积(Vp)计算，粒子体积(Vp)由包裹在粒子包络内的所有材料和空隙空间决定，ρm 通过粒子质量(mp)除以粒子内的所有材料体积(Vm)计算。Ρp 与光学性质有关，Liu 和 Daum发现 ρm 在折射率效应中起主导作用。科赫等人报告说，黑碳(BC)的 ρp 在1.0和2.0 g cm-3之间的变化可能导致气溶胶辐射效应的大幅波动。此外，ρp 是确定迁移率直径(Dm)和空气动力学直径(Da)之间的关系以及将高时间分辨率的环境颗粒数分布转换为与空气质量和能见度相关的质量浓度不可或缺的参数。

虽然气溶胶 ρm 可以从成分分辨密度推断出来，但直接密度测试更可靠，特别是对于大气气溶胶的复杂性质。目前，球形颗粒的 ρp 可以通过光学直径(Do)和 Da的组合以及 Dm 和真空气动直径(Dva)的组合。对于非球面粒子，Park 等人，2004a，Park 等人，2004b 提出了基于粒子质量(mp)和体积(V)的测定 ρp 的计算方法，Vaden 等人利用 Dva 和空气动力透镜的检测效率来计算 ρ。然而，V 的获取只能用于基于经验计算的柴油碳烟集合体，其检测效率只能用于大约100纳米 Dva 的小范围颗粒，这限制了其在环境大气中的更广泛应用。

受非球面气溶胶粒子 ρ 测定技术的限制，有效密度(ρe)已经被普遍采用作为 ρp 的替代方案，这解释了用于参数化粒子形态的动态形状系数(χ)^[2]。Ρe 与颗粒的动力学、形态学和化学性质密切相关，并且作为气溶胶颗粒的重要特征之间的联系，例如，其体积当量直径(Dve)和 Da 之间，或者其 ρp 和 χ 之间。它还用于跟踪粒子的大气处理，例如新粒子的形成和化学反应过程中的组分转化。最近，ρe 也被发现与直接决定气溶胶光学特性的粒子折射率高度相关。

• Liu, P.H. Daum,Relationship of refractive index to mass density and self-consistency of mixing rules for multicomponent mixtures like ambient aerosols,J. Aerosol Sci., 39 (2008), pp. 974-986, 10.1016/j.jaerosci.2008.06.006.
• Yon, A. Bescond, F.X. Ouf,A simple semi-empirical model for effective density measurements of fractal aggregates,J. Aerosol Sci., 87 (2015), pp. 28-37, 10.1016/j.jaerosci.2015.05.003.

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