테이퍼 소자 진동 마이크로 밸런스

Tapered element oscillating microbalance

테이퍼 소자 발진 마이크로 밸런스(TEOM)는 질량 농도를 측정하여 에어로졸 입자의 실시간 검출에 사용되는 장치이다.에어로졸 입자가 퇴적되면 진동 주파수가 변하는 작은 유리관을 이용해 관성을 높인다.TEOM 기반 장치는 미국 환경보호국(Environmental Protection Agency)과 미국 광산안전보건국(Mine Safety and Health Administration)이 여러 호흡기 질환을 예방하기 위한 석탄 분진 노출을 모니터링하는 것으로 승인했습니다.

작동

An diagram showing the airflow through the machine. The air flows from a sampling inlet to a flow splitter, where some of the flow goes to a heated sensor unit containing a tapered element mass transducer connected to an amplifier and frequency counter, while the rest goes to a bypass flowline. Both lines then goe in parallel to in-line filters and mass flow controllers, before rejoining at a vacuum pump leading to exhaust.
테이퍼 소자를 발진시키는 마이크로 밸런스 계측기의 동작을 나타내는 그림.

TEOM은 중공 유리관을 마이크로 밸런스로 사용합니다.유입입자는 관 끝의 필터에 퇴적되어 부가질량에 의해 전자적으로 검출되는 발진주파수에 변화가 생긴다.요소는 주기적으로 순환되어 원래 주파수로 돌아갑니다.디바이스 입구에는 원하는 크기 범위의 입자만 들어갈 수 있습니다.TEOM 장치는 지속적으로 작동하며 대용량 [1]공기 샘플러만큼 필터를 자주 변경할 필요가 없습니다.

기계적 노이즈와 급격한 온도 변동은 TEOM [2]디바이스의 동작을 방해할 수 있습니다.또한 물방울은 입자 질량과 구별할 수 없으므로 유입 공기 온도를 조절하여 물방울이 [3]증발하도록 하거나 건조기 또는 습도 센서를 장착하여 [4]측정값을 조정해야 합니다.이상적인 조건에서 TEOM은 표준 기준 방법만큼 정확하지만, 그 민감도는 도시 지역의 [2]환경 모니터링에 사용하기에는 복잡하다.

필터 동적 측정 시스템(FDMS)을 사용하여 질량의 휘발성 성분을 조정할 수 있습니다.TEOM은 사용되는 온도 및 습도 조건으로 인해 반휘발성 입자에 대한 감도가 낮습니다.FDMS가 있는 TEOM 계측기는 베이스 사이클과 기준 사이클을 번갈아 사용하며, 후자는 깨끗한 공기가 필터를 통과할 때 필터의 질량 손실을 측정하여 베이스 사이클 중의 질량 손실을 [4][5]추정할 수 있습니다.에어컨 시스템이 TEOM 계측기와 동일한 기간에 걸쳐 사이클링하지 않는 것이 중요합니다. 앨리어싱이 [4]발생할 수 있기 때문입니다.

적용들

A photograph of a black apparatus with a digital readout.
퍼스널 더스트 모니터
광산에서 사용 중인 지속적인 개인 먼지 감시기

TEOM을 사용하는 계측기는 거칠고 미세한 입자 물질(PM10, PM2.5 및 PMC)[2]의 환경 공기 품질 모니터링을 위해 미국 환경 보호국에 의해 연방 동등한 방법으로 지정되었습니다.TEOM 계측기는 베타 감쇠 및 석영 결정 마이크로 밸런스([6]QCM) 방식보다 빠르고 어려움을 피합니다.

TEOM은 광산의 석탄 분진에 대한 지속적인 퍼스널 더스트 모니터(CPDM)의 기반으로서 흑색 폐질환과 진행성 대량 섬유화를 일으키는 탄광 분진에 근로자가 노출되지 않도록 보호합니다.CPDM이 도입되기 전에는 필터에 집진된 먼지 입자를 실험실에서 분석해야 했기 때문에 결과가 나오는 데 몇 주가 걸렸다.지속적인 모니터링을 통해 먼지 농도가 노출 한계를 초과할 경우 다른 지역으로 이동하거나 활동을 변경하는 등의 시정 조치를 취할 수 있습니다.한 연구에서는 이를 통해 먼지 노출 [7][8]한계를 초과하는 샘플이 90% 감소했습니다.2016년 2월, 미국 광산안전보건국(MSHA)은 지하 탄광의 작업 구역과 진폐증 [9]발병의 증거가 있는 근로자들에게 CPDM 사용을 의무화했다.2017년 현재 MSHA에 의해 승인된 유일한 CPDM 계측기는 [10][11]TEOM을 사용합니다.

TEOM은 2013년 기준 10 μm, 2.5 μm, 1μm 크기의 차단 입자와 [12]기기의 물리적 크기 때문에 나노물질의 작업장 모니터링에 적합하지 않은 것으로 평가되었습니다.

역사

TEOM은 뉴욕주 올버니의 Rupprecht와 Patashnick Co., Inc.에 의해 개발된 특허 기술이며, 그 후임 회사는 Thermo Fisher Scientific입니다.[7]'[2]TEOM'은 등록상표입니다.원래는 고정 사이트 환경 입자 질량 [7]모니터로 개발되었으며,[6] 1981년에 TEOM 에어로졸 검출기를 사용할 수 있었다.

지속적인 개인 먼지 감시기의 개발은 미국 국립 산업 안전 보건 연구소의 계약에 따라 Thermo Fisher가 다른 정부,[8][11] 노동 및 산업 기관의 의견을 받아 수행했습니다.기계에 장착된 연속 먼지 감시기는 1997년부터 [3]사용 가능했습니다.

레퍼런스

  1. ^ "Tapered element oscillating microbalance". Queensland Department of Environment and Heritage Protection. 2017-03-27. Retrieved 2017-06-28.
  2. ^ a b c d Gilliam, Joseph H.; Hall, Eric S. (2016-07-13). "Reference and Equivalent Methods Used to Measure National Ambient Air Quality Standards (NAAQS) Criteria Air Pollutants – Volume I". U.S. Environmental Protection Agency. pp. 10, 24, 32. Retrieved 2017-06-28.
  3. ^ a b "Machine-Mounted Continuous Respirable Dust Monitor". NIOSH Technology News. U.S. National Institute for Occupational Safety and Health. July 1997. Retrieved 2017-06-28.
  4. ^ a b c Ray, Alison E.; Vaughn, David L. (2009-09-01). "Standard Operating Procedure for the Continuous Measurement of Particulate Matter" (PDF). U.S. Environmental Protection Agency. pp. 1–1, 3-1–3-2, 6-1–6-2. Retrieved 2017-06-28.
  5. ^ Stevenson, John Alexander; Loughlin, Susan C.; Font, Anna; Fuller, Gary W.; MacLeod, Alison; Oliver, Ian W.; Jackson, Ben; Horwell, Claire J.; Thordarson, Thor (2013-05-24). "UK monitoring and deposition of tephra from the May 2011 eruption of Grímsvötn, Iceland". Journal of Applied Volcanology. 2 (1). Additional file 3: Detailed air quality monitoring methodology. doi:10.1186/2191-5040-2-3. ISSN 2191-5040.
  6. ^ a b Lewis, Charles W. (October 1981). "Tapered Element Oscillating Microbalance A Monitor For Short-term Measurement Of Fine Aerosol Mass Concentration". U.S. Environmental Protection Agency. Retrieved 2017-07-06.
  7. ^ a b c Mischler, Steven; Coughanour, Valerie (2017-02-03). "Continuous Personal Dust Monitor". NIOSH Science Blog. U.S. National Institute for Occupational Safety and Health. Retrieved 2017-06-28.
  8. ^ a b "CPDM Helps Coal Miners Avoid Hazardous Dust". U.S. National Institute for Occupational Safety and Health. 2016-12-30. Retrieved 2017-06-28.
  9. ^ "Continuous Personal Dust Monitor (CPDM) Training". U.S. Mine Safety and Health Administration. Retrieved 2017-06-28.
  10. ^ "Continuous Personal Dust Monitors (CPDM) Certification Examination Question Pool" (PDF). U.S. Mine Health and Safety Administration. Retrieved 2017-06-29.
  11. ^ a b "New Personal Dust Monitor Designed to Help Reduce Miners' Exposure to Coal Dust". Thermo Fisher Scientific eNews. 2015-03-06. Retrieved 2017-06-29.
  12. ^ "Current Strategies for Engineering Controls in Nanomaterial Production and Downstream Handling Processes". U.S. National Institute for Occupational Safety and Health. November 2013. pp. 49, 57. Retrieved 2017-03-05.

추가 정보