近日，清华大学环境学院蒋靖坤教授研究组合作研发出一种通用冷凝粒子计数器(CPC)。该仪器既可以使用醇，也可以使用水作为工作液体，实现了对气溶胶粒子的高效检测。新仪器已在北京、上海、深圳等城市大气环境站和黑龙江龙凤山、云南香格里拉、新疆阿克达拉等区域大气本底站开展了应用。
CPC在颗粒物飞行过程中将过饱和蒸汽冷凝在其表面，使之长大成为微米级液滴，并在线通过光学检测器实现颗粒物计数。该仪器广泛适用于环境监测、机动车尾气检测、净化过滤、工业环境监测等领域。CPC产生蒸气的工作液体通常有正丁醇、异丙醇、水等。由于醇和水理化性质不同，现有CPC针对不同工作液体使用了不同的结构，分别形成了醇基CPC和水基CPC。醇基CPC易使疏水颗粒物长大，目前使用较为广泛，但会释放醇蒸气，易引入杂质气体。水基CPC易使亲水颗粒物长大，在环境暴露监测、半导体无尘室和无尘工艺检测等领域应用广泛。研制兼容醇和水的通用冷凝粒子计数器有助于实现各应用场景的无缝切换，可根据具体的应用需求和条件选择使用最合适的工作液体。
图1.通用冷凝粒子计数器示意图
研究团队通过理论模拟和实验研究，设计了一种兼容醇和水的通用蒸发室和冷凝室结构，通过调整蒸发室蒸发温度、冷凝室冷凝温度、光散射强度等参数，创造了适宜的醇蒸气和水蒸气过饱和冷凝生长环境，在同一台CPC应用醇和水实现了气溶胶粒子的高精度检测。评测通用CPC的计数效率，使用正丁醇时，50%计数效率对应的颗粒物直径分别为10纳米(氯化钠)和7纳米(银)；使用水时，50%计数效率对应的颗粒物直径均在3纳米左右。另外，当环境露点温度高于冷凝室冷凝温度时，通用CPC还能从空气中收集水汽，用来补给工作液体，实现CPC的长期自维持运行。新仪器不仅提高了CPC的适用性和灵活性，还为各应用场景提供了更加高效经济的解决方案。
图2.通用冷凝粒子计数器的计数效率
图3.运行醇和水工作液体的示意图
9月3日，相关研究成果以“使用醇和水作为工作液体的通用冷凝粒子计数器”(A convertible condensation particle counter using alcohol or water as the working fluid)为题，发表于《气溶胶科学与技术》(Aerosol Science and Technology)。
清华大学环境学院2019级博士生李怡然和核研院助理研究员陈小彤为论文共同第一作者，蒋靖坤为论文通讯作者，重要合作作者包括环境学院郝吉明院士、2022级博士生吴金、科研助理张强以及核研院研究员张振中。研究得到国家重大科研仪器研制项目的支持。
