仪器概述

MAGIC颗粒物计数器（英文名：MAGIC™ Water Condensation Particle Counter（MAGICTM CPC））是由美国Aerosol Devices Inc.生产的用于在线监测5nm~2.5μm的颗粒物的数浓度的计数器，是世界上第一款可倾斜运行、自我维持工作、能承受震动和冲击的纳米级水基颗粒物计数器。其中MAGIC是Moderated Aerosol Growth with Internal Water Cycling的首字母缩写，意指该仪器通过内部水循环使气溶胶缓慢、温和地增长。

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应用范围

  1. 环境空气质量研究，尤其是多点和垂直分布监测
  2. 基于移动平台的研究，包括汽车、飞机、远洋轮船、无人机、自行车等
  3. 室内空气质量监测
  4. 健康影响和流行病学研究
  5. 工作场所纳米级颗粒物研究

技术优点

  1. 利用内部水循环，可自我维持工作
  2. 工作液为水，无毒无味，经济且易获得
  3. 可短期倾斜或倒置运行，对震动和冲击不敏感
  4. 内部数据存储
  5. 设计便携、紧凑，配备充电电池时，运行所及之处令其它CPC望尘莫及

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技术指标

  1. 粒径范围：5nm — 2.5μm
  2. 方向：可短期倾斜或倒置运行，对震动和冲击不敏感；长期运行时，建议竖直放置
  3. 采样流量：0.3 L/min
  4. 浓度范围：0.01~4×105 #/cm3，单颗粒计数，实时订正重合事件
  5. 平均时间：1秒~30分钟，可自行选择
  6. 精度：浓度测量误差在10%以内（同时测量同一批气溶胶样品）
  7. 工作液：纯净水/过滤水
  8. 运行时间：当样气的相对湿度超过50%时，可连续运行24小时以上，无需加水； 配备加湿器时，运行时间更长
  9. 数据存储：非易失性数据存储，可存储125,000个数据。大约相当于存储一周时长的5秒平均数据
  10. 通信接口：RS-232，Type B USB，BNC
  11. 输出数据：采样时间，浓度，计数个数，计数时长，时钟，温度，输入温度/湿度，流量等
  12. 运行环境：环境温度：10-35℃；箱内湿度：5-95%，无凝结；仪器必须放置在室内/货柜/或其它防备恶劣天气的环境
  13. 电源：100-240 VAC；输入电压12 VDC，16 W； 断电恢复后可自动重启
  14. 尺寸及重量：18.5 cm (H) x 16.5 cm (W) x 21 cm (D)，2.0 kg(不包括加湿器和电池)

工作原理

MAGICTM CPC的冷凝增长通道由一根贯穿三个不同温度区域的芯构成。芯由水浸湿，并在中间部分加热成水蒸汽，为通过入口控温区的较冷粒子创造过饱和条件，使其活化长大。粒子再通过下游增长区继续长大，然后进入计数器计数。而多余的水汽又被回收到较冷的芯内，通过毛细作用再被输送回中间加热区。水循环利用的设计，和入口控温区的冷凝水可汇入冷芯内的特点都为粒子活化长大提供充足的水，延长了补水周期。该设计摒弃了普通CPC不可或缺的储液槽，允许短期倾斜或倒置运行。核心结构如图2所示：

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参考文献

  1. Hering, S. V., Lewis, G. S., Spielman, S. R., Eiguren-Fernandez, A MAGIC Concept for SelfSustained, Water based, Ultrafine Particle Counting, accepted by Aerosol Science Technology.
  2. Hering, S., Lewis, G., and Spielman, S.: Moderated, Water-Based Condensational Particle Growth in a Laminar Flow, Aerosol Science Technology, 48, 401-408, 2014.
  3. Hering, S. V., Lewis, G. S., Spielman, S. R., Eiguren-Fernandez, A., Kreisberg, N. M., Kuang,C., and Attoui, M.: Detection near 1-nm with a laminar-flow, water-based condensation particle counter, Aerosol Science Technology, 51, 354-362, 10.1080/02786826.2016.1262531, 2017.
  4. Kangasluoma et al. Characterization of three new condensation particle counters for sub-3 nm particle detection during the Helsinki CPC workshop: the ADI versatile water CPC, TSI 3777 nano enhancer and boosted TSI 3010, Atmospheric Measurement Techniques, 10, 2271-2281, 2017.