Der schwarze Kohlenstoffmonitor quantitativ analysiert die Konzentration von schwarzen Kohlenstoffpartikeln durch die Messung der Absorptionseigenschaften von Licht. Das Kernprinzip kann in den folgenden Schritten zusammengefasst werden:

Lichtabsorption und -dämpfung

Schwarze Kohlenstoffpartikel sind sehr absorbierend für Licht mit bestimmten Wellenlängen. Wenn die Umgebungsluft durch das Instrument passiert, werden schwarze Kohlenstoffpartikel auf Quarzfilterpapier oder Filterfilm adsorbiert, um eine schwarze Ablageschicht zu bilden. Nachdem das Licht, das von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, durch diese Ablagenschicht hindurchgeht, wird ein Teil des Lichts absorbiert und die restliche Lichtintensität nimmt ab. Der Abbau ist proportional zur schwarzen Kohlenstoffkonzentration, d. h. je höher der schwarze Kohlenstoffgehalt ist, desto schwächer ist die durchlässige Lichtintensität.

Mehrbandüberwachungstechnologie

Um die Messgenauigkeit zu verbessern, verfügen moderne Schwarzkohlenstoffmonitoren über ein mehrbandiges Design, das das UV- bis nahe Infrarotspektrum abdeckt. Die Absorptionseigenschaften von schwarzem Kohlenstoff in verschiedenen Banden unterscheiden sich erheblich von anderen Aerosolen, so dass der unabhängige Beitrag von schwarzem Kohlenstoff durch Mehrbanddaten unterschieden und die Auswirkungen von Interferenzen ausgeschlossen werden können.

Dynamische Kalibrierungs- und Kompensationsalgorithmen

Das Gerät kompensiert den Filterfilm-Lasteffekt mittels Doppelpunktprobentechnik oder dynamischer Heizmodule. Einige Modelle sind mit einem Feuchtigkeitskontrollsystem ausgestattet, das die Umgebungsfeuchtigkeit unter 50% stabilisiert und die Störungen der Lichtabsorption durch Wasserdampf vermeidet.

Konzentrationsberechnungsmodell

Gemäß dem Bill-Lambert-Gesetz kann das Instrument die Konzentration von schwarzem Kohlenstoff in Echtzeit ausgeben.

Anwendungsbereiche: Interdisziplinäre Instrumente von der Umweltüberwachung bis zur Klimaforschung

Schwarzer Kohlenstoff-Monitor umfasst eine Vielzahl von Anwendungsszenarien, die Atmosphärenwissenschaft, Umweltpolitik, industrielle Kontrolle und andere Bereiche abdecken:

Umweltüberwachung und Luftqualitätsbewertung

Luftqualitätsnetzwerk in Städten: Schwarzer Kohlenstoff ist ein Schlüsselkomponent von PM2,5, dessen Konzentration direkt den Grad der Verschmutzung durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen und die Verbrennung von Biomasse widerspiegelt.

Studie der regionalen Verschmutzungsübertragung: In Kombination mit Daten über die optische Dicke von Aerosolen kann die Überwachung des schwarzen Kohlenstoffs die regionalen Übertragungswege von Schadstoffen verfolgen.

Klimawandelforschung und Schätzung des Strahlungszwangs

Direkter Strahlungszwang: Schwarzer Kohlenstoff erwärmt die Atmosphäre durch die Absorption von Sonnenstrahlung mit einer Strahlungszwangseffizienz, die hundertmal so hoch ist wie CO2.

Indirekte Klimaeffekte: Die Ablagerung von schwarzem Kohlenstoff auf der Eis- und Schneeoberfläche verringert die Reflexion und beschleunigt das Schmelzen des Gletschers.

Analyse und Kontrolle von industriellen Emissionsquellen

Überarbeitung von Kohlekraftwerken mit ultraniedrigen Emissionen: Durch die Überwachung der Konzentration von schwarzem Kohlenstoff im Rauchgas und die Bewertung der Effizienz von Entschwefelungs- und Entnitrierungsanlagen wie feuchtelektronischen Staubsaugern wird sichergestellt, dass die Emissionen die Normen erreichen.

Unorganisierte Emissionskontrolle in der Stahlindustrie: Schwarzer Kohlenstoff-Monitor kann in der Fabrik eingesetzt werden, um die unorganisierten Emissionen von Lager, Handling und Entladung zu erfassen und Unternehmen zur Umsetzung von geschlossenen Lagern zu fördern.

Emissionsüberwachung und Stadtplanung

Fernerkennung von Abgasen für Kraftfahrzeuge: Installation eines schwarzen Kohlenstoffmonitors an der Straße, in Kombination mit der Kennzeichenerkennungstechnologie, zur Analyse der Emissionsfaktoren verschiedener Modelle, um die Grundlage für die Politik zur Abschaffung von hochemissiven Fahrzeugen zu schaffen.

Design grüner Verkehrskorridore: Optimieren Sie das Layout der städtischen Lüftungskorridore durch die Überwachung der schwarzen Kohlenstoffkonzentrationen entlang der U-Bahn- und Busstrecken, um die Wirkung des öffentlichen Verkehrs auf die Luftqualität zu bewerten.

Gesundheitsrisikobewertung und Interventionen im öffentlichen Gesundheitswesen

Epidemiologische Studien: Schwarzer Kohlenstoff kann tief in die Lungenbläschen und sogar in den Blutkreislauf gelangen und ist eng mit Herz-Kreislauf- und Atemkrankheiten verbunden. Erstellen Sie Modelle für gesundheitliche Risiken, die Schutzmaßnahmen für empfindliche Bevölkerungsgruppen anwenden, indem Sie die Exposition von schwarzem Kohlenstoff in der Gemeinde langfristig überwachen.

Raumluftqualitätskontrolle: Einsatz von schwarzen Kohlenstoffmonitoren in geschlossenen Räumen wie Küchen und Keller, um die Schadstoffemissionen durch Kochen, Heizen und andere Aktivitäten zu bewerten, um die Verbreitung von sauberen Herden und frischen Windsystemen zu fördern.