Inline Infrared Chemical Identification of Particulate Matter

Abstract

The health and environmental effects of particulate matter (PM) in the air depend on several parameters. Besides particle size, shape, and concentration, the chemical nature of the PM is also of great importance. State-of-the-art PM sensors only detect the particle size and concentration. Small, low-cost sensors only identify PM according to PM2.5 and PM10 standards. Larger detectors measure the complete particle size distribution. However, the chemical composition of PM is not often assessed. The current paper presents the initial stages of the development of an infrared-based detector for the inline assessment of the chemistry of PM in the air. By combining a mini cyclone that is able to concentrate the particles at least a thousand fold and a hollow waveguide that aligns the flow of particles with infrared light, the feasibility of the concept was shown in this study. A clear differentiation between amorphous and crystalline silica was demonstrated at outdoor PM levels of lower than 1 mg per cubic meter.

Biomass Bottom Ash as Supplementary Cementitious Material: The Effect of Mechanochemical Pre-Treatment and Mineral Carbonation

“…Thus, it is expected that Si-O vibrations of these phases will occur in this wavelength range. More specifically, the peak that occurred at 960 cm −1 is related to the stretch of Si-O bonds in Q 2 silica, while the peak at 1060 cm −1 is also associated with bond vibrations in Q 4 amorphous silica [ 70 ]. These peaks were present in all samples.…”

A Portable Infrared System for Identification of Particulate Matter

“…Aerosols were generated either using a fluidized bed setup [10] or with a custom system employing a 3410U Dust Aerosol Generator (TSI Incorporated, Shoreview, MN, USA) combined with a series of filters, mass flow controllers, and dilution units.…”

“…In our previous study, we described a portable demonstration unit that was designed to obtain the chemical fingerprint of airborne PM using a small FTIR spectrometer [10]. That system, known as the particulate matter chemical identifier (PM-CID), consisted of a miniature cyclone, a hollow waveguide, an air pump, optical fibers, and a compact FTIR unit.…”

Performance Evaluation of Low-Cost Particulate Matter Sensors for PM2.5 and PM10 Measurement

“…PM2.5 และ PM10 (Particulate matter with diameter of less than 2.5 and 10 microns) เกิ ดจากอนุ ภาคของแข็ งและ สารเคมี ที ่ เป็ นของเหลวที ่ ทํ าปฏิ กิ ริยาต่ อกั นในอากาศ เกิ ดขึ ้ นเป็ นฝุ่ นละอองขนาดไม่ เกิ น 2.5 ไมครอน ซึ ่ งฝุ่ น ละอองที ่ มี ขนาดเล็ กนี ้มี สารพิ ษจากสารเคมี ที ่ ปนเปื ้ อน จํ านวนมากที ่ ก่ อให้ เกิ ดอั นตรายต่ อสุ ขภาพและฝุ่ นละออง PM2.5 สามารถอยู ่ ในบรรยากาศได้ นานและสามารถ เดิ นทางได้ ไกลจากแหล่ งกํ าเนิ ด [1], [2] ทํ าให้ สภาพแวด-ล้ อมในอากาศบริ เวณนั ้ นเกิ ดผลกระทบต่ อสุ ขภาพ ปั จจุ บั นการวั ดฝุ่ นละอองขนาดเล็ กว่ ามี ปริ มาณที ่ มาก น้ อยเพี ยงใด มี อยู ่ หลากหลายวิ ธี การ เช่ น วิ ธี การใช้ แสง อิ นฟราเรดวั ดความขุ ่ นในอากาศ (Infrared method) [3], [4] วิ ธี การดู ดอากาศเข้ ามาผ่ านแผ่ นกรอง (Filter membrane) เพื ่ อแยกขนาดของฝุ่ นละอองนํ าไปวั ดนํ ้ าหนั ก (Gravimetric method) [5], [6] วิ ธี การติ ดตั ้ งแผ่ นกรองไว้ ในมาตรมวลวั ด อากาศ (Mass air flow sensor) โดยอาศั ยการสั ่ นของท่ อรู ป-ทรงกรวยภายในมาตรวั ด (TEOM: Tapered Element Oscil-lating Microbalance) [7], [8] วิ ธี การใช้ เครื ่ องมื อวั ดที ่ อาศั ย หลั กการการดู ดกลื นของรั งสี เบต้ า (Beta ray absorption method) [9], [10] ที ่ ฉายผ่ านแผ่ นกรอง วิ ธี การดู ดอากาศ ผ่ านหั วคั ดฝุ่ นละอองขนาดไม่ เกิ น 10 ไมครอน ให้ มาตก กระทบกั บแผ่ นกรองเพื ่ อเก็ บตั วอย่ าง (Dichotomous air sampler) [11], [12] และวิ ธี การวั ดโดยใช้ เลเซอร์ เป็ นแหล่ ง-กํ าเนิ ดแสง เพื ่ อวั ดมุ มที ่ เกิ ดจากการกระเจิ งของแสง (Laser scattering measurement method) [13], [14] (1)…”