霧 や靄は エアロゾルである。エアロゾルとは、空気 または他の気体 中に浮遊する 微細な固体 粒子 または液滴の こと である。エアロゾルは、自然または 人為的な原因 によって発生する。科学用語のエアロゾルは、気体中の 微粒子 の混合物を指し、微粒子物質そのものを指すのではない。[ 2 ] エアロゾル中の液体または固体粒子の直径は、通常1μm 未満である。沈降速度がかなり大きい大きな粒子は、 混合物を懸濁液にするが、その区別は明確ではない。
自然エアロゾルの例としては、霧 、もや 、地質学的または生物学的起源の塵などがあります。 呼吸 中の小さな飛沫によって広がる感染症 もあり、これはバイオエアロゾル と呼ばれることもあります。[ 3 ] 火山性、砂漠の塵、海塩など、地球の気候に大きな影響を与える大気エアロゾルの種類がいくつかあります。これらは生物起源と人為起源の両方に由来します。火山性エアロゾルは、噴火後に成層圏で硫酸の液 滴として形成され、最長2年間存在し、太陽光を反射して温度を下げます。砂漠の塵、高高度に吹き上げられた鉱物粒子は熱を吸収し、嵐雲の形成を阻害する原因となる可能性があります。
日常会話では、エアロゾルは スプレー缶 から消費者向け製品を噴射するディスペンサーシステム を指すことが多い。人間が作り出すエアロゾルの他の例としては、アトマイザー からの香水、呼吸器疾患の治療薬、材料や産業由来の粉塵、 煙 、灌漑ミスト、散布された農薬 、粒子状 大気汚染物質、 水力発電ダム からの放水によるミストなどがある。
主に石油や石炭の燃焼によって発生する人為的な硫酸塩エアロゾルは 、雲の挙動に影響を与えます。[ 5 ] エアロゾルが汚染物質を吸収すると、汚染物質が地表や水域に沈着しやすくなります。[ 6 ] これは環境と人間の健康の両方に害を及ぼす可能性があります。
船舶航跡 雲とは、船舶が静かな海上に放出する排気ガス によって形成される雲のこと です。排気ガスに含まれる微粒子(エアロゾル )の周りに水分子が集まり、雲の種を形成します。 この 種に水が蓄積され続けることで、目に見える雲が形成されます。船舶航跡雲の場合、風によって船舶の排気ガスが運ばれた細長い経路に沿って雲の種が広がるため、結果として生じる雲は海上に長い糸のように連なります。
人間が生み出す温室効果ガスによる温暖化は、人間が生み出すエアロゾルの冷却効果によってある程度相殺されてきた。2020年には、燃料規制により国際船舶からの二酸化硫黄排出量が約80%大幅に削減され、予期せぬ地球規模の地球工学終焉ショックにつながった。[ 7 ]
定義 走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した顕微鏡写真:2,000倍の倍率で撮影した フライアッシュ 粒子。このエアロゾル中の粒子のほとんどはほぼ球形である。エアゾールスプレー缶 エアロゾルは、気体中に固体または液体の粒子が懸濁したシステムとして定義されます。エアロゾルには、粒子と懸濁ガス(通常は空気)の両方が含まれます。気象学者や気候学者は、これらを粒子状物質と呼ぶことが多いですが、PM2.5やPM10などのサイズ範囲による分類[ 8 ] [ 9 ] は、大気汚染の分野で有用です。これらのサイズ範囲は、人間の健康への有害な影響を確かめる上で役割を果たします。[ 10 ] フレデリック・G・ドナンは 、おそらく第一次世界大戦 中に、空気中の微細な粒子の雲であるエアロ溶液 を説明するために、エアロゾル という用語を初めて使用しました。この用語は、分散媒体として水を持つコロイドシステムである ハイドロゾル という用語と類似して発展しました。 一次エアロゾル には、気体中に直接導入された粒子が含まれます。二次エアロゾルは 、気体から粒子への変換によって形成されます。
主要なエアロゾル群には、硫酸塩、有機炭素、黒色炭素、硝酸塩、鉱物ダスト、海塩などがあり、これらは通常凝集して複雑な混合物を形成します。[ 9 ] エアロゾルのさまざまな種類は、物理的な形態と発生方法によって分類され、ダスト、ヒューム、ミスト、煙、霧などがあります。
エアロゾル濃度にはいくつかの測定方法があります。環境科学 や環境衛生で は、単位体積あたりの粒子状物質の質量として定義される質量濃度 (M )がよく使用され、単位はμg/ m³などです。また、単位体積あたりの粒子数として定義される粒子 数濃度 (N )もよく使用され、単位はm³あたりの粒子数や cm³あたりの粒子数など です。
粒子サイズは粒子の特性に大きな影響を与え、エアロゾル粒子の半径または直径(d p )はエアロゾルを特徴づけるために使用される重要な特性です。
エアロゾルは分散性 が異なる。実験室で生成可能な単分散エアロゾルは、均一なサイズの粒子を含む。しかし、ほとんどのエアロゾルは多 分散 コロイド系であるため、さまざまなサイズの粒子を示す。液滴はほぼ常にほぼ球形であるが、科学者は等価直径を 使用して、非常に不規則な形状を含むさまざまな形状の固体粒子の特性を特徴付ける。等価直径は、不規則な粒子と同じ物理的特性値を持つ球形粒子の直径である。等価体積直径 ( d e ) は、不規則な粒子と同じ体積の球の直径として定義される。また、空気力学的直径 d a もよく使用される。
生成と応用 人々は、以下のような様々な目的でエアロゾルを発生させます。
機器の校正 、研究の実施、サンプリング機器やエアフィルターのテストのためのテスト用エアロゾルとして使用されます。 デオドラント 、塗料 、その他の消費者向け製品をスプレーで提供するため。 散布および農業用途向け 呼吸器疾患 の治療のため;および燃料噴射 システムやその他の燃焼 技術において。エアロゾルを生成するための装置には以下のようなものがある。
大気中で インド 北部とバングラデシュ上空のエアロゾル汚染 地球周辺のエアロゾルの大規模雲の概要(緑:煙、青:塩、黄:塵、白:硫黄) 大気エアロゾルには、火山性、砂漠の塵、海塩、生物起源のもの、人為的なものなど、地球の気候に大きな影響を与える種類がいくつかあります。火山性エアロゾルは、噴火後に成層圏で硫酸の液 滴として形成され、最長2年間存在し、太陽光を反射して気温を下げます。砂漠の塵は、高高度に吹き上げられた鉱物粒子で、熱を吸収し、嵐雲の形成を阻害する原因となる可能性があります。人為的な硫酸エアロゾルは 、主に石油や石炭の燃焼から発生し、雲の挙動に影響を与えます。[ 5 ]
固体と液体を問わず、すべての水粒子は エアロゾルと表現できますが、比較的大きな水滴や氷晶を含む分散体(雲や降水など)とエアロゾル粒子は一般的に区別されます。地球の大気に は、以下のような様々な種類と濃度のエアロゾルが含まれています。
エアロゾルは、都市生態系 において様々な形態で存在し、例えば以下のようなものがある。
地球の大気中にエアロゾルが存在すると、気候だけでなく人間の健康にも影響を与える可能性がある。
影響 エアロゾルの冷却効果は、温室効果ガスの放射強制力(温暖化効果)に比べて小さい。[ 21 ] ハンセンら( 2025 )は、IPCCがエアロゾルの冷却効果を過小評価したため、気候感度 (温室効果ガス濃度の上昇に対する地球の反応性)も過小評価したと述べている。[ 22 ] ハンセンがファウスト的取引 と呼んだように、エアロゾルの規制によって大気質は改善されたものの、エアロゾルの冷却効果は温室効果ガスの温暖化効果の増大を緩和するには不十分となり、2023~2024年の予想外の大規模な地球温暖化を説明した。[ 22 ] 火山噴火は大量の硫酸 、硫化水素 、塩酸を 大気中に放出します。これらのガスはエアロゾルを形成し、最終的には酸性雨 として地上に戻り、環境や人間の生活に多くの悪影響を及ぼします。 [ 23 ]
エアロゾルが汚染物質を吸収すると、汚染物質が地表や水域に沈着しやすくなります。[ 6 ] これは環境と人間の健康の両方に害を及ぼす可能性があります。
エアロゾルは、地球のエネルギー収支 に直接的および間接的な2つの方法で影響を与える。
例えば、エアロゾルが入射する太陽放射を散乱・吸収するという直接的な影響があります。 [ 24 ] これは主に地表の冷却(太陽放射が宇宙空間に散乱される)につながりますが、入射する太陽エネルギーの吸収によって地表の温暖化にも寄与する可能性があります。[ 25 ] これは温室効果の 要素の一つとなり、地球規模の気候変動に寄与します。[ 6 ] 間接的な 影響とは、エアロゾルが放射線と直接相互作用する構造に干渉することを指します。例えば、エアロゾルは下層大気中の雲粒子の大きさを変化させることができ、それによって雲が光を反射および吸収する方法が変化し、地球のエネルギー収支が変化します。[ 23 ] 人為起源のエアロゾルが一部の地域で温室効果ガスの影響を実際に相殺していることを示唆する証拠があり、そのため北半球の地表温暖化は南半球よりも遅いが、これは単に北半球が南から暖かい海水を運ぶ海流を通じて後から熱を吸収することを意味するだけである。[ 26 ] しかし、地球規模では、エアロゾル冷却は温室効果ガスによる加熱を完全に相殺することなく減少させる。[ 27 ] 船舶航跡 雲は、船舶が静かな海上に放出した排気ガス の周りに形成される雲 です。排気ガス中の微粒子(エアロゾル )の周りに水分子が集まり、雲の種を形成します。 種 の上に水がどんどん蓄積され、目に見える雲が形成されます。船舶航跡雲の場合、雲の種は風によって船舶の排気ガスが運ばれた細長い経路に沿って伸びているため、結果として生じる雲は海上に長い紐のように見えます。[ 28 ]
人間が生み出す温室効果ガスによる温暖化は、人間が生み出すエアロゾルの冷却効果によってある程度相殺されてきた。2020年には、燃料規制により国際船舶からの二酸化硫黄 排出量が約80%大幅に削減され、予期せぬ地球規模の地球工学終焉ショックにつながった。[ 7 ]
20 μm 範囲のエアロゾルは 、「ジェットライダー」挙動(空気のジェットとともに移動し、ゆっくりと動く空気中では重力によって落下する)のため、空調された部屋では特に長い持続時間を示します。[ 29 ] このエアロゾルサイズは人間の鼻に最も効果的に吸着されるため、[ 30 ] COVID-19 の原始的な感染部位である鼻では、このようなエアロゾルがパンデミックに寄与する可能性があります。[ 31 ]
有効直径が10μm未満のエアロゾル粒子は 気管支に入り込むことができ、有効直径が2.5μm未満の粒子は 肺のガス交換領域まで入り込むことができ、[ 32 ] これは人間の健康に有害となる可能性がある。
サイズ分布 同じ仮想的な対数正規分布(二峰性)エアロゾル分布を、上から順に、粒子数対直径分布、表面積対直径分布、体積対直径分布としてプロットした。上部には代表的なモード名が示されている。各分布は、総面積が1000になるように正規化されている。 単分散エアロゾルの場合、粒子径という単一の数値で粒子のサイズを表すのに十分です。しかし、多分散エアロゾルでは、より複雑な粒子サイズ分布 によって粒子のサイズが表されます。この分布は、サイズに従って分類された粒子の相対的な量を定義します。[ 33 ] 粒子サイズ分布を定義する1つのアプローチは、サンプル中のすべての粒子のサイズのリストを使用することです。しかし、このアプローチは、数百万個の粒子を含むエアロゾルでは確認するのが面倒で、使用しにくいことがわかっています。別のアプローチでは、サイズ範囲を区間に分割し、各区間内の粒子の数(または割合)を見つけます。これらのデータはヒストグラム で表示でき、各棒の面積はそのサイズビン内の粒子の割合を表します。通常、ビン内の粒子の数を区間の幅で割ることによって正規化され、各棒の面積がそれが表すサイズ範囲内の粒子の数に比例します。ビンの幅がゼロに近づく と、頻度関数は次のようになります。
d f = f ( d p ) d d p {\displaystyle \mathrm {d} f=f(d_{p})\,\mathrm {d} d_{p}} どこ
d p dp は粒子の直径ですd f {\displaystyle \,\mathrm {d} f} 直径がd p dp そしてd p dp +d d p {\displaystyle \mathrm {d} d_{p}} f ( d p ) {\displaystyle f(d_{p})} 周波数関数したがって、2つのサイズaとb の間の頻度曲線の下の面積は、そのサイズ範囲の粒子の総割合を表します。
f 1 b = ∫ 1 b f ( d p ) d d p {\displaystyle f_{ab}=\int _{a}^{b}f(d_{p})\,\mathrm {d} d_{p}} また、全数密度N の観点から定式化することもできます。
d N = N ( d p ) d d p {\displaystyle dN=N(d_{p})\,\mathrm {d} d_{p}} 球形エアロゾル粒子を仮定すると、単位体積あたりのエアロゾル表面積(S )は、2次モーメント によって与えられます。
S = π ∫ 0 ∞ N ( d p ) d p 2 d d p {\displaystyle S=\pi \int _{0}^{\infty }N(d_{p})d_{p}^{2}\,\mathrm {d} d_{p}} そして3次モーメントは粒子の総体積濃度(V )を与える:
V = π / 6 ∫ 0 ∞ N ( d p ) d p 3 d d p {\displaystyle V=\pi /6\int _{0}^{\infty }N(d_{p})d_{p}^{3}\,\mathrm {d} d_{p}} 粒子サイズ分布は近似できます。正規分布は、通常、より大きな粒子の 長い裾野 に伴う歪み のため、エアロゾルの粒子サイズ分布を適切に記述しません。また、多くのエアロゾルサイズのように広範囲にわたって変化する量の場合、分布の幅は負の粒子サイズを意味し、物理的に現実的ではありません。ただし、正規分布は、試験用エアロゾル、特定の花粉 粒や胞子 などの一部のエアロゾルには適している場合があります。
より広く選ばれている対数正規分布 では、数の頻度は次のようになります。
d f = 1 d p σ 2 π e − ( l n ( d p ) − d p ¯ ) 2 2 σ 2 d d p {\displaystyle \mathrm {d} f={\frac {1}{d_{p}\sigma {\sqrt {2\pi }}}}e^{-{\frac {(ln(d_{p})-{\bar {d_{p}}})^{2}}{2\sigma ^{2}}}}\mathrm {d} d_{p}} どこ:
σ {\displaystyle \sigma } はサイズ分布の標準偏差 であり、d p ¯ {\displaystyle {\bar {d_{p}}}} は算術平均 直径です。対数正規分布は負の値を持たず、広い範囲の値を取り得ることができ、多くの観測されたサイズ分布にかなりよく適合します。[ 39 ]
粒子サイズを特徴付けるために時々使用される他の分布には、粗く分散した粉塵や噴霧に適用されるロジン・ラムラー分布 、非常に広いサイズ範囲の噴霧に適用されるヌキヤマ・タナサワ分布、大気エアロゾルに時折適用されるべき関数分布、粉末状物質に適用される 指数分布 、雲粒に適用されるクルギアン・マジン分布などがあります。
物理
流体中の粒子の終端速度 レイノルズ数 が低い値(<1) の場合、ほとんどのエアロゾル運動に当てはまりますが、ストークスの法則は 流体中の固体球状粒子にかかる抵抗力を記述します。ただし、ストークスの法則は粒子の表面でのガスの速度がゼロの場合にのみ有効です。しかし、エアロゾルを特徴づける小さな粒子 (< 1 μm) の場合、この仮定は成り立ちません。この不備を考慮するために、常に 1 より大きいカニンガム補正係数 を導入することができます。この係数を含めると、粒子にかかる抵抗力とその速度の関係は次のようになります。
F D = 3 π η V d C c {\displaystyle F_{D}={\frac {3\pi \eta Vd}{C_{c}}}} どこ
F D {\displaystyle F_{D}} 球状粒子に作用する抵抗力η {\displaystyle \eta } は気体の動粘度である V {\displaystyle V} 粒子の速度はC c {\displaystyle C_{c}} これはカニンガム補正係数です。これにより、静止空気中で重力沈降する粒子の終端速度 を計算できます。浮力の 影響を無視すると、次のようになります。
V T S = ρ p d 2 g C c 18 η {\displaystyle V_{TS}={\frac {\rho _{p}d^{2}gC_{c}}{18\eta }}} どこ
V T S {\displaystyle V_{TS}} は粒子の終端沈降速度である。終端速度は他の種類の力についても導出できます。ストークスの法則が成り立つ場合、運動に対する抵抗は速度に直接比例します。比例定数は粒子の機械的移動度 ( B ) です。
B = V F D = C c 3 π η d {\displaystyle B={\frac {V}{F_{D}}}={\frac {C_{c}}{3\pi \eta d}}} 任意の妥当な初期速度で移動する粒子は、緩和時間に等しいe 倍の時間で指数関数的に終端速度に近づきます。
V ( t ) = V f − ( V f − V 0 ) e − t τ {\displaystyle V(t)=V_{f}-(V_{f}-V_{0})e^{-{\frac {t}{\tau }}}} どこ:
V ( t ) {\displaystyle V(t)} 時刻 t における粒子の速度はV f {\displaystyle V_{f}} 最終的な粒子速度はV 0 {\displaystyle V_{0}} は初期粒子速度です非球形粒子の形状の影響を考慮するために、ストークスの法則に動的形状係数 と呼ばれる補正係数が適用されます。これは、同じ体積と速度を持つ球形粒子に対する不規則粒子の抵抗力の比として定義されます。
χ = F D 3 π η V d e {\displaystyle \chi ={\frac {F_{D}}{3\pi \eta Vd_{e}}}} どこ:
χ {\displaystyle \chi } 動的形状係数
空力直径 不規則粒子の空気力学的直径は、密度が 1000 kg/m 3 で不規則粒子と同じ沈降速度を持つ球状粒子の直径として定義される。
滑り補正を無視すると、粒子は空力 直径d a の二乗に比例する終端速度で沈降する。
V T S = ρ 0 d 1 2 g 18 η {\displaystyle V_{TS}={\frac {\rho _{0}d_{a}^{2}g}{18\eta }}} どこ
ρ 0 {\displaystyle \ \rho _{0}} = 標準粒子密度 (1000 kg/m 3 )。この式は空力直径を与える:
d 1 = d e ( ρ p ρ 0 χ ) 1 2 {\displaystyle d_{a}=d_{e}\left({\frac {\rho _{p}}{\rho _{0}\chi }}\right)^{\frac {1}{2}}} 空気力学的直径は、粒子状汚染物質や吸入薬に適用して、呼吸器系のどこに粒子が沈着するかを予測することができます。製薬会社は通常、吸入薬中の粒子を特徴付けるために、幾何学的直径ではなく空気力学的直径を使用します。[ 47 ]
ダイナミクス これまでの議論は、単一のエアロゾル粒子に焦点を当てていました。これに対し、エアロゾルダイナミクスは、 エアロゾル集団全体の進化を説明します。粒子の濃度は、多くのプロセスの結果として時間とともに変化します。研究対象のガス体積の外に粒子を移動させる外部プロセスには、拡散 、重力沈降、電荷 、および粒子移動を引き起こすその他の外部力が含まれます。特定のガス体積の内部における2番目のプロセス群には、粒子形成(核生成)、蒸発、化学反応、および凝集が含まれます。
エアロゾル一般動的方程式 (GDE)と呼ばれる微分方程式は、 これらのプロセスによるエアロゾル中の粒子数密度の変化を特徴づける。
∂ n 私 ∂ t = − ∇ ⋅ n 私 q + ∇ ⋅ D p ∇ 私 n 私 + ( ∂ n 私 ∂ t ) g r o w t h + ( ∂ n 私 ∂ t ) c o 1 g − ∇ ⋅ q F n 私 {\displaystyle {\frac {\partial {n_{i}}}{\partial {t}}}=-\nabla \cdot n_{i}\mathbf {q} +\nabla \cdot D_{p}\nabla _{i}n_{i}+\left({\frac {\partial {n_{i}}}{\partial {t}}}\right)_{\mathrm {growth} }+\left({\frac {\partial {n_{i}}}{\partial {t}}}\right)_{\mathrm {coag} }-\nabla \cdot \mathbf {q} _{F}n_{i}} 時間変化=対流輸送+ブラウン拡散 +気体粒子相互作用+凝集+外部力による移動
どこ:
n 私 {\displaystyle n_{i}} サイズカテゴリーの粒子の数密度私 {\displaystyle i} q {\displaystyle \mathbf {q} } 粒子の速度はD p {\displaystyle D_{p}} 粒子のストークス・アインシュタイン 拡散係数は q F {\displaystyle \mathbf {q} _{F}} は、外部力に関連する粒子の速度です。
凝固 エアロゾル中の粒子や液滴が互いに衝突すると、合体または凝集が起こることがあります。このプロセスにより、エアロゾル粒子のサイズ分布が変化し、粒子の総数が減少するにつれてモードの直径が大きくなります。時には、粒子が多数の小さな粒子に砕けることもありますが、このプロセスは通常、エアロゾルとして考慮するには大きすぎる粒子で主に発生します。
動的レジーム 粒子のクヌーセン数は、 エアロゾルの挙動を支配する3つの異なる動的領域を定義する。
K n = 2 λ d {\displaystyle K_{n}={\frac {2\lambda }{d}}} どこλ {\displaystyle \lambda } は懸濁ガスの平均自由行程 であり、d {\displaystyle d} は粒子の直径です。[ 50 ] 自由分子領域 の粒子の場合、K n >> 1 となります。粒子は懸濁ガスの平均自由行程に比べて小さいです。[ 51 ] この領域では、粒子はガス分子との一連の「弾道」衝突を通して懸濁ガスと相互作用します。そのため、粒子はガス分子と同様に振る舞い、流線に沿ってブラウン運動によって急速に拡散する傾向があります。自由分子領域における質量流束方程式は次のとおりです。
私 = π 1 2 k b ( P ∞ T ∞ − P A T A ) ⋅ C A α {\displaystyle I={\frac {\pi a^{2}}{k_{b}}}\left({\frac {P_{\infty }}{T_{\infty }}}-{\frac {P_{A}}{T_{A}}}\right)\cdot C_{A}\alpha } ここで、 a は粒子の半径、P∞ とP A はそれぞれ液滴から遠い位置と液滴表面での圧力、k b はボルツマン定数、T は温度、C A は平均熱速度、α は質量付着係数である。この式の導出は、圧力と拡散係数が一定であることを前提としている。
K n << 1の場合、粒子は連続体領域 にある。[ 51 ] この領域では、粒子は懸濁ガスの平均自由行程に比べて大きいため、懸濁ガスは粒子の周囲を流れる連続流体として作用する。[ 51 ] この領域における分子束は次のようになる。
私 c o n t ~ 4 π 1 M A D A B R T ( P A ∞ − P A S ) {\displaystyle I_{cont}\sim {\frac {4\pi aM_{A}D_{AB}}{RT}}\left(P_{A\infty }-P_{AS}\right)} ここで、aは粒子 A の半径、M A は粒子A の分子量、D AB は粒子A とB の間の拡散係数、R は理想気体定数、T は温度 (ケルビンなどの絶対単位)、P A∞ とP AS は それぞれ無限遠と表面での圧力です。
遷移領域には、 自由分子領域と連続体領域の中間にあるすべての粒子、すなわちK n ≈ 1 の粒子が含まれる。粒子が受ける力は、個々のガス分子との相互作用と巨視的な相互作用の複雑な組み合わせである。質量流束を記述する半経験式は次のとおりである。
私 = 私 c o n t ⋅ 1 + K n 1 + 1.71 K n + 1.33 K n 2 {\displaystyle I=I_{cont}\cdot {\frac {1+K_{n}}{1+1.71K_{n}+1.33{K_{n}}^{2}}}} ここで、Icont は 連続体領域における質量流量である。この式はフックス・ストゥギン補間式と呼ばれる。これらの式は発熱効果を考慮していない。
アクティベーション 水はエアロゾル中の粒子を覆い、活性化さ せます。これは通常、雲粒の形成(森林の樹木からのエアロゾルによる自然の雲の種まきなど)の文脈で起こります。[ 53 ] ケルビン方程式 (液滴の曲率に基づく)によれば、小さな粒子は大きな粒子よりも平衡を維持するために高い周囲の相対湿度 を必要とします。平衡時の相対湿度 は次の式で表されます。
R H = p s p 0 × 100 % = S × 100 % {\displaystyle RH={\frac {p_{s}}{p_{0}}}\times 100\%=S\times 100\%} どこp s {\displaystyle p_{s}} は平衡状態にある粒子(湾曲した液滴の周囲)上の飽和蒸気圧、 p 0 は飽和蒸気圧(同じ液体の平面表面)、S は飽和比です。
曲面上の飽和蒸気圧に関するケルビン方程式は次のとおりです。
ln p s p 0 = 2 σ M R T ρ ⋅ r p {\displaystyle \ln {p_{s} \over p_{0}}={\frac {2\sigma M}{RT\rho \cdot r_{p}}}} ここで、rは 液滴の半径、σは 液滴の表面張力、ρは 液体の密度、Mは モル質量、Tは 温度、Rは モル気体定数である。
一般運動方程式の解 一般動的方程式 (GDE) には一般的な解は ありません。 一般動的方程式を解くために一般的に使用される方法には、次のものがあります。[ 55 ]
検出 エアロゾルは、現場で 測定することも、地上または航空機によるリモートセンシング 技術を用いて測定することもできる。
現地 観測利用可能な現場測定技術には以下のようなものがある。
リモートセンシングアプローチ リモートセンシングの手法には以下が含まれる。
サイズ選択サンプリング 粒子は、鼻 、口 、咽頭 、喉頭 (頭部気道領域)、呼吸器系のより深い部分(気管から 終末細気管支 まで)、または肺胞領域 に沈着する可能性がある。呼吸器系におけるエアロゾル粒子の沈着場所は、そのようなエアロゾルへの曝露による健康への影響を大きく左右する。この現象により、呼吸器系の特定の部分に到達するエアロゾル粒子の一部を選択するエアロゾルサンプラーが発明された。
職業衛生において重要なエアロゾルの粒子サイズ分布のサブセットの例としては、吸入可能、胸郭、および呼吸可能分画が挙げられます。呼吸器系の各部分に入ることができる分画は、気道の上部への粒子の沈着に依存します。吸入可能粒子分画は、もともと空気中にあった粒子のうち鼻や口に入ることができる割合として定義され、外部の風速と風向、および空気力学的直径による粒子サイズ分布に依存します。胸郭分画は、周囲のエアロゾル中の粒子のうち胸部または胸郭領域に到達できる割合です。呼吸可能分画は、空気中の粒子のうち肺胞領域に到達できる割合です。空気中の粒子の呼吸可能分画を測定するには、サンプリングフィルターを備えたプレコレクターを使用します。プレコレクターは、気道が吸入空気から粒子を除去する際に粒子を排除します。サンプリングフィルターは測定用の粒子を収集します。前処理コレクターにはサイクロン分離を使用するのが一般的ですが、他の技術にはインパクター、水平 エルトリエーター 、大孔径膜フィルター などがあります。
大気モニタリングでよく使用される2つの代替サイズ選択基準は、PM 10 とPM 2.5 です。PM 10は、 ISO によって、空気力学的直径10 μm で50%の効率カットオフを持つサイズ選択入口を通過する粒子 として定義され、PM 2.5は、 空気力学的直径2.5 μm で50%の効率カットオフを持つサイズ選択入口を通過する粒子 として定義されています。PM 10 は、ISO 7708:1995、第6項で定義されている「胸部慣例」に相当し、PM 2.5は 、ISO 7708:1995、7.1で定義されている「高リスク呼吸性慣例」に相当します。[ 70 ] 米国環境保護庁は、 1987 年に総浮遊粒子状物質に基づく粒子状物質の古い基準を PM 10に基づく別の基準に置き換え [ 71 ] 、その後 1997 年に PM 2.5 (微粒子状物質としても知られる)の基準を導入しました。 [ 72 ]
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外部リンク 国際エアロゾル研究会議(2020年1月21日 アーカイブ) アメリカエアロゾル研究協会 NIOSH分析方法マニュアル(エアロゾルサンプリングに関する章を参照)