第一节
气溶胶的部分特征

一、气溶胶的基本特征

气溶胶有如下基本特征：

1.一定的分散程度

气溶胶的分散相具有粒子大小不同、分布不均匀的特征。

2.多相不均匀性

分散相与分散介质之间有明显的相界面，存在气相和固相或液相界面。

3.易聚结不稳定性

由于气溶胶的分散介质是气体，气体的黏度小，分散相与分散介质的密度差很大，气溶胶的分散相没有液溶胶的分散相那样的溶剂化层和扩散双电层，分散相相碰时极易粘结以及液体分散相的挥发，使气溶胶有自动聚集趋势。气溶胶的分散相有相当大的比表面积和表面能，可以使一些在普通情况下相当缓慢的化学反应进行得非常迅速，使气溶胶的稳定性降低，所以气溶胶是极不稳定的胶体分散体系。

气溶胶除上述基本特征外，还有其他特征，气溶胶的物理特性、化学特性、环境效应以及生物学效应等等，都随着它的成分、生产方式、粒径大小、环境条件的不同而差异很大。对于职业卫生，所关注的主要是气溶胶分散相的粒径及其分布、气溶胶分散相的浓度、气溶胶分散相的化学成分。

二、气溶胶分散相的粒径及其分布

气溶胶的分散相是液体或固体物质，对于分散相为固体物质的气溶胶，职业卫生通常称为粉尘，其分散相称为颗粒物。

（一）颗粒物中单一颗粒的粒径

气溶胶中颗粒物的颗粒大小不同，对人和环境的危害也不同，而且对工作场所空气采样来说，颗粒的大小对采集效率影响很大，所以颗粒的大小是气溶胶的基本特征之一。

若颗粒是球形，则可用其直径作为颗粒的代表性尺寸。但实际颗粒的形状多是不规则的，有接近球形的液体微粒，有片状、柱状、针状晶体微粒，有雪花状晶体微粒，还有形状极不规则固体微粒。因此需要按一定的方法确定单一颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径简称粒径。下面介绍几种常用的粒径定义方法。

1.用显微镜法观测颗粒时，粒径的几种定义

（1）定向直径（ d _F ），也称费雷特（Feret）直径，为各颗粒在投影图中同一方向上的最大投影长度，如图3-1（a）所示。

（2）定向面积等分直径（ d _M ），也称马丁（Martin）直径，为各颗粒在投影图中按同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度，如图3-1（b）所示。

（3）投影面积直径（ d _p ），简称投影直径，也称黒乌德（Heywood）直径，为与颗粒投影面积相等的圆的直径，如图3-1（c）所示。若颗粒的投影面积为 A ，则：

式（3-1）中：

d _p ——投影直径，单位为微米（μm）；

A ——投影面积，单位为平方微米（μm ² ）。

根据黒乌德测定分析表明，同一颗粒的 d _F > d _P > d _M 。定向直径（ d _F ）在工作场所空气中粉尘的分散度测定中应用广泛。

2.用筛分法测定时粒径的定义

筛分直径，为颗粒能够通过的最小筛孔的宽度。

3.用光散射法测定时粒径的定义

等体积直径（ d _V ），为与颗粒体积相等的圆球的直径。若颗粒的体积为 V ，则：

式（3-2）中：

d _V ——等体积直径，单位为微米（μm）；

V ——颗粒的体积，单位为立方微米（μm ³ ）。

4.用沉降法测定时粒径的两种定义

（1）斯托克斯（Stokes）直径（ d _s ），为在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相等的圆球的直径。

（2）空气动力学当量直径（ d _a ）（aerodynamic equivalent diameter，AED），为在空气中与颗粒的沉降速度相等的单位密度（ ρ _p =1g/cm ³ ）的圆球的直径（以下简称空气动力学直径）。

空气动力学直径用于描述气溶胶粒子的空气动力学特性，空气动力学直径的大小决定了气溶胶在空气中的运动规律和进入人体的行为，是职业卫生应用最多的直径。

粒径的测定方法不同，其定义方法也不同，得到的粒径数值往往差异很大，很难进行比较，如，空气动力学直径是一种假想的球体颗粒直径，它与实际存在的颗粒物的粒径有显著不同，实际存在的颗粒物的粒径与颗粒物组成、相对密度和形状有很大关系。在标准状况下颗粒物的空气动力学直径为0.5μm，而实际粒径，若相对密度为2g/cm ³ 时，只有0.34μm，若相对密度为0.5g/cm ³ 时，为0.74μm，因而实际中多是根据应用目的选择粒径的测定和定义方法。

（二）颗粒物粒径的分布

气溶胶中颗粒物粒径的分布又称颗粒的分散度，是指不同粒径范围内的颗粒的数量（如个数、质量、表面积）所占的比例。以颗粒的数量（或个数）表示所占的比例时，称为数量（或个数）分布；以颗粒的质量（或表面积）表示时，称为质量分布（或表面积分布）。在工作场所空气中粉尘测定中，将数量（或个数）分布的百分比定义为分散度，即：粉尘分散度指粉尘中不同粒径颗粒的数量（即个数）分布的百分比。

1.数量（或个数）分布

表3-3为实际测定数据按粒径间隔给出的数量（或个数）分布情况，其中 d _p 为显微镜下的投影直径， n _i 为每一个间隔测得的颗粒数量（或个数）， N =∑ n _i 为颗粒总数量（或个数），本例中N=1000个。

（1）数量（或个数）频率：

数量（或个数）频率为第 i 间隔中的颗粒数量（或个数） n _i 与颗粒总数量（或个数）∑ n _i 之比（或百分比），即：

并有：∑ f _i =1

《工作场所空气中粉尘测定　第3部分：粉尘分散度》（GBZ/T 192.3—2007）中，数量（或个数）频率的间隔按表3-4划分。

（2）数量（或个数）累计频率：

数量（或个数）累计频率为小于第 i 间隔上限粒径 d _p 的所有颗粒数量（或个数） 与颗粒总数量（或个数） 之比（或百分比），即：

并有

在评价粉尘危害强度时，经常出现小于5μm的颗粒物的百分比，就是指小于5μm的所有颗粒数量（或个数）与颗粒总数量（或个数）的百分比。

根据计算出的各级数量（或个数）累计频率 F _i 值对各级上限粒径 d _p ，可以画出数量（或个数）累计频率分布曲线（图3-2）。

（3）数量（或个数）频率密度：

数量（或个数）频率密度是指单位粒径间隔（即1μm）时的数量（或个数）频率，用函数表示为：

根据表3-3中数据可以计算出每一个间隔的平均频率密度：

2.质量分布

以颗粒数量（或个数）给出的粒径分布数据，可以转换为以颗粒质量分布，这是根据所有颗粒都具有相同的密度，以及颗粒的质量与其粒径的立方成正比的假定。这样，类似于数量（或个数）分布一样，就有了质量频率、质量累计频率、质量频率密度等概念。

（三）颗粒群的平均粒径

为了简明地表示颗粒群的某一物理特性和平均尺寸的大小，往往需要求出颗粒群的平均粒径。平均粒径的定义是：与实际的颗粒群某一物理性质相同的大小均匀的球形颗粒群直径。根据需要的物理特性不同，可以定义不同的平均粒径。

1.中位粒径

中位粒径可分数量（或个数）和质量中位粒径。

（1）数量（或个数）中位粒径（NMD）是指数量（或个数）累计频率分布曲线中 F =0.5时对应的粒径 d ₅₀ 。

（2）质量中位粒径是指质量累计频率分布曲线中 F =0.5时对应的粒径 d ₅₀ 。

2.众径

众径又称最大频率密度直径。为频率密度达到最大值时所对应的粒径。

3.其他平均粒径

常用的平均粒径还有长度平均粒径、表面积平均粒径、体积平均粒径等。

三、气溶胶的浓度

气溶胶浓度是指单位体积空气中气溶胶的某一物理量的量值的大小。针对不同的研究角度，人们关心的物理量各有不同，相对应的不同的物理量则有不同的“浓度”。针对职业卫生，所关心的主要是粒子数量、质量、化学成分含量等，因此，就有下列几种浓度。

1.数量（或个数）浓度

单位体积空气中气溶胶内粒子的数目。工作场所空气中石棉纤维粉尘计数浓度就是用数量（或个数）浓度表示，单位为f/cm ³ ，f代表石棉纤维的根数。

2.质量浓度

单位体积空气中气溶胶内粒子的总质量（用 C 表示）。

3.化学成分含量浓度

单位体积空气中气溶胶内粒子化学成分的质量。

四、气溶胶的化学成分

气溶胶的化学成分十分复杂，它含有各种金属、无机氧化物、硫酸盐、硝酸盐和有机化合物等。由于来源不同，形成过程也不同，故其成分不一。工作场所中的气溶胶的化学成分主要来源于原料、产品、副产品，因此，其化学成分是比较明确的。 v5uqNqHNscnKQRYLB3Yn6Mr5S4EQnlCiluoLxCNfSNNUIxyZis2+1TconGjplUhR