催化汽提器 CS（Catalytic Stripper）

简介

气溶胶采样在多个科学和工业领域中都占据关键地位，涵盖空气质量、排放控制、毒理学研究等诸多方面。催化汽提器CS（ Catalytic Stripper ）一直是精准测量固体气溶胶的核心工具，尤其在需要分离非固体组分的应用场景中不可或缺。通过将挥发性和半挥发性化合物化学转化为非反应性气体，催化汽提器确保仅对颗粒物的固体组分进行测量。

催化汽提器的工作原理与气溶胶测量中常用的蒸发管ET（Evaporation Tube）或热脱附器TD（Thermal Denuder）相似，这三种设备均通过将气溶胶进样口加热至特定温度，使挥发性物质转化为气相以实现分离。但催化汽提器的核心优势在于其催化活性设计：与仅让挥发性物质凝结在内部表面或重新凝结成气溶胶形式的蒸发管不同，催化汽提器利用加热的催化剂，将碳氢化合物及其他非固体物质化学转化为非反应性气态物质，确保从催化汽提器中排出的气溶胶仅包含原始样品中的固体组分。

型号

应用（3）：环境空气测量

林等人（2018年）以美国加利福尼亚州里弗赛德市的环境气溶胶为研究对象，在测量气溶胶密度前，利用催化汽提器去除其中的挥发性组分，开展了环境气溶胶有效密度的研究。该研究旨在探究挥发性组分的存在对颗粒物密度和形貌的影响，实验中分别在开启和关闭催化汽提器的状态下，采用DMA-CPMA-CPC联用装置进行测量。

测量设置

实验通过采集环境气溶胶，并将其通入在300℃下运行的实验室自制催化汽提器进行处理。研究人员交替采用催化汽提器模式（CS模式）和旁路模式（BP模式），观察其对颗粒物密度的影响。实验装置中配备了三通电磁阀，每10分钟在旁路模式和催化汽提器模式之间切换一次。在该装置的下游，依次连接了差分迁移率分析仪（DMA）、离心颗粒质量分析仪（CPMA）和凝结核粒子计数器（CPC），用于测量粒径为50、70、101和152纳米的颗粒物的有效密度。

图1为实验装置示意图，清晰展示了催化汽提器在系统中的安装位置。该图凸显了催化汽提器在颗粒物进入DMA-CPMA-CPC联用装置前对其进行处理的过程，确保在测量密度前去除其中的挥发性组分（林等人，2018年）。

图2为旁路模式和催化汽提器模式下颗粒物的平均有效密度对比图，展现了催化汽提器对环境气溶胶有效密度的显著影响。结果表明，在所有粒径范围内，催化汽提器模式下测得的颗粒物有效密度均更低，体现了去除挥发性化合物带来的影响（林等人，2018年）。

关键研究发现

研究发现，开启催化汽提器后，颗粒物的有效密度有所下降，这表明催化汽提器成功去除了气溶胶中密度较低的挥发性组分。与旁路模式下测得的颗粒物相比，经催化汽提器处理后的颗粒物（催化汽提器模式）呈现出更致密的结构特征，其质量分形维数为2.85。这些研究结果表明，在环境气溶胶研究中使用催化汽提器，对于精准测量非挥发性颗粒核芯的性质具有重要意义。

参考文献

林, Y.、巴赫雷尼, R.、齐默尔曼, S.、福菲, E.A.、阿萨-阿武库, A.、朴, K.、李, S.B.、裴, G.N.、郑, H.S.（2018年）。开启和关闭催化汽提器条件下的环境气溶胶有效密度研究。《大气环境》，187卷，84-92页。https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.05.063。