ذرات معلق ذرات معلق واژه*ای است که برای توصیف ذرات جامد و مایع بزرگتر از یک ملکول منفرد (ملکول*هاي دارای قطر تقریبي m 0002/0) و کوچکتر از m500 (cm4-10 = 1 میکرومتر = m1) به کار می*رود که در هوا پخش هستند. ذرات با قطر هایی در این دامنه از چند ثانیه تا چندین ماه در هوا معلق می*مانند. ذرات با قطرهایی کمتر از m1/0 تحت تأثير حرکات تصادفی برونین قرار می*گیرند که ناشی از برخورد با ملکول*های جداگانه است. ذراتی با قطرهای بین 1/0 تا 2 میکرومتر دارای سرعت*های ته*نشینی خاصي در هوای آرام هستند که در مقایسه با سرعت*های باد ناچیز است. این ذرات تمایل دارند که از طریق ایجاد باران و باران*شویی همانطور که در شکل 1-1 نشان داده شده از آتمسفر خارج شوند. ذراتی با قطر بزرگتر از m2 دارای سرعت*های ته نشینی قابل توجه اما کوچکی هستند. ذرات با قطر تقريبي بيشتر از m20 دارای سرعت*های ته نشینی بزرگتر بوده و توسط نیروی ثقل و سایر فرآیندهای اینرسیایی از هوا خارج می*شوند. روابط مربوط به سرعت*های ته*نشینی و جداسازی اینرسیایی در بخش*های بعدی خواهد آمد. از آنجایی که حرکت برونین برای ذرات کوچکتر و نیروهای اینرسیایی برای ذراتی با ابعاد بزرگتر افزایش می*یابد، برخی دستگاه*های کنترل ذرات، حداقل بازدهی جمع*آوری را برای ذراتي با قطر 05/0 تا 1 میکرومتر دارند. از جمله این دستگاه*ها می*توان به رسوب*دهنده*های الکترواستاتیک و فیلترهای پارچه*ای (فیلترخانه*ها) اشاره کرد. 1-5- الف- سنجش ذرات معلق اولين اندازه*گيري هاي مربوط به ذرات معلق براساس خصوصیت ته نشینی ذرات بزرگ بوده است. جمع*آوری ذرات با قراردادن جمع*آورنده دهانه باز یا جمع آورنده ذرات رسوب شونده که سطح جمع*آورنده مشخصی داشتند، در هوای آزاد در طی یک زمان معین (معمولاً یک ماه) انجام می*شد. میزان غبار رسوب کرده یا ذرات معلق قابل رسوب، با فیلتر کردن برای تعیین غبار نا محلول، یا با تبخیر ماده فیلتر شده برای تعیین کل غبار (محلول + نامحلول) سنجش می*شد. میزان غبار رسوب کرده برحسب جرم بر و احد سطح و زمان*گزارش می*گردید (مثلا year -2ton/mi يا-sec 2kg/m) [14]. نمونه بردار رسوب اسید در شکل 1-2 (الف) نشان داده شده است. اين یک نمونه*بردار مدرن براي سنجش رسوب آزاد ذرات می*باشد. این دستگاه شامل دو جمع*آورنده غبار است، یکی برای جمع*آوری ذرات به صورت رسوب خشک، دیگری برای رسوب ذرات در طول بارندگی. یک سنسور گرمایی برای تعیین وجود باران به کار می*رود و هنگام بارندگی سوئیچی را فعال می*کند و سبب می*شود کلاهک از یک جمع*آورنده به سمت جمع*آورنده دیگر حرکت کند. بیشتر سنجش*های معمول ذرات معلق در*دهه1970 و 1980 در ایالات متحده، نمونه*بردار با شکل1-2: نمونه هایی از دستگاه*های سنجش کل ذرات معلق، ذرات قابل ته نشینی و دستگاه*های سنجش دائم [مرجعالف) و(د)؛ Grseby Anderson, Inc.,Smyma, GA(ب)؛ Wedding&Associates, Inc., Fort Collins, CO (ج)؛ General Metal Works, Inc., Village of Cleves, OH] حجم زياد بود که کل ذرات معلق (TSP) را اندازه*گیری می*کرد[15]. نمونه*بردار نشان داده شده در شکل1-2 (ب) با دبی /min3m 7/1-1/1 (40-60 فوت مکعب در*دقیقه برای یک دوره24ساعته) کار می*کند. جریان هوا از میان فیلتری با بازدهی بالا، محلي که ذرات معلق روی آن جمع می*شوند، عبور می*کند. جرم ذرات جمع*آوری شده در 24 ساعت تقسیم بر حجم کل هوای نمونه*برداری شده، نشان دهنده کل ذرات معلق (TSP) است و برحسب 3g/mµ گزارش می*شود. نمونه*بردار با حجم زياد بر اساس TSP 24 ساعته مطابق استاندارد کیفی هواست که در فصل دوم شرح داده شده است. دامنه ذراتی که به سطح فیلتر می*رسند داراي قطر آئرودینامیکي m50-25 است [16]. تحقیقات اواخر دهه 1960 و 1970 در مورد اثر ذرات معلق روی سلامت انسان نشان داد که اندازه ذراتی که توسط نمونه*بردار با حجم زياد گرفته می*شود، بسیار بزرگتر از ذراتی است که به سیستم تنفسی انسان وارد می*شوند. در نتیجه، استاندارد کیفی هوا و نمونه**بردار ذرات به گونه*ای تغییر داده شد که ذرات تا m10 را جدا سازد. استاندارد ذرات هم به استاندارد 10PM تغییر داده شد که مقدار حداکثر 24 ساعته آن 3g/mµ 150 است [17]. در حالی که استاندارد TSP برابر 3g/mµ 260 بود. نمای ظاهری یک دستگاه نمونه بردار10PM در شکل 1-2 (ج) نشان داده شده است که در آن کلاهک نمونه بردار با حجم زياد با ورودی 10PM جایگزين شده تا به طور موثر از رسیدن ذراتی با قطر آئرودینامیکی بزرگتر از m 10 به سطح فیلتر جلوگیری *نماید [18]. اگرچه استاندارد 10PM براساس میانگین غلظت 24 ساعته است، هم اکنون سنجشگرهایی وجود دارند که اندازه گيري مداوم غلظت 10PM را ممکن می*سازند. چنین دستگاه*هایی مجهز به یک فیلتر نواری هستند که ذرات معلق 10PM روی آنها جمع*آوری می*شود. به شکل 1-2 (د) توجه کنید. اشعه بتا با قدرت پایین از یک منبع رادیواکتیو تابش کرده و از میان ذرات رسوب کرده روی نوار عبور می*کند. همزمان با افزایش جرم ذرات، اشعه بتاي نفوذ کننده از ميان فیلتر که به آشکارساز واقع در طرف مقابل نوار می*رسد، کاهش می*یابد. تغییر در میزان نفوذ اشعه مستقیماً متناسب با تغییر جرم ذرات رسوب کرده بوده و با ایجاد میکروبالانس در پرتوسنجی اندازه*گیری انجام می*شود. محدودیت اندازه ذره در نمونه بردار فوق به محدودیت قطر آئرودینامیکی ذره نسبت داده می*شود و به این واقعیت بستگی دارد که حذف ذره در مجاری تنفسی در رابطه با نیروهای ثقلی و اینرسیایی است. هر دو این نیروها متأثر از اندازه ذره، dP و دانسیته آن p ، هستند. قطر آئرودینامیکی ذره عبارت است از قطر ذره*ای کروی با دانسیته برابر یک که دارای سرعت ته نشینی برابر سرعت ته نشینی ذره مورد نظر در هوای آرام باشد. قطر آئرودینامیکی ذره را می*توان با رابطه زیر تخمین زد: ضریب تصحیح کانینگهام است که به طور کامل در فصل پنجم شرح داده خواهد شد. از آنجایی که این ضریب برای ذرات بزرگتر از m2 تقريباً برابر 1 است، نسبت KC ذراتی با قطر dP و KC ذراتی با قطر daero تقریباً برابر 1 است. به علاوه از آنجایی که بنا به تعریف daero دارای دانسیته aero برابر 3g/m 1 است، رابطه فوق به صورت زیر ساده می شود: در اینجا واحد p باید 3g/cm باشد. این رابطه می*تواند برای پیش بینی تقریبی قطر آئرودینامیکی ذراتی با قطر فیزیکی بزرگتر از m 1 با خطای کمتر از 10% به کار رود. ذراتی که دارای قطر آئرودینامیکی یکسان هستند تمایل دارند که در صورت اعمال نیروهای ثقلی یا اینرسیایی رفتارهای مشابه از خود نشان دهند. برای مثال، ذره*ای با اندازه فیزیکی m 10 و دانسیته 3g/cm 1 دارای همان اندازه آئرودینامیکی است که ذره ای با قطر m5 با دانسیته 3g/cm 4 دارد: به عبارت دیگر، ذره 5 میکرومتری با دانسیته 3g/cm 4 رفتار آئرودینامیکی شبیه ذره 10 میکرومتری با دانسیته برابر واحد دارد. اهمیت کاربرد قطر آئرودینامیکی ذره و استفاده از نمونه*بردار 10PM در شکل 1-3 شرح داده شده است. در این نمودار مقایسه*ای بین رسوب ذرات در ناحیه حباب*های ریوی، زمانی که تنفس از راه دهان است با هنگامی که تنفس از طریق بینی می*باشد، انجام شده است [13]. برای تنفس دهانی، قطر ذره**ای که شروع به نفوذ به داخل شش*ها کرده و در آنجا رسوب می*کند تقریباً m10 ( قطر آئروديناميكي ) است. ذراتي با قطر بزرگتر از m10 یا وارد مجاری تنفسی نمی*شوند یا در اندام*های فوقانی تنفسی با مکانیسم*های برخورد اینرسیایی و یا جداسازی ثقلی حذف می*شوند. رسوب ذرات معلق در شش*ها برای ذراتي با قطر حدود m 5/2 تا تقریباً 50 درصد افزایش می*یابد. رسوب ذرات با قطر کمتر از 5/2 ميكرومتر شروع به کاهش می*کند زیرا برخوردهاي اینرسیایی سیر نزولی خواهد داشت. حداقل رسوب ذرات معلق هوا برای ذراتی با قطرهای تقریباً 2/0 تا 4/0 میکرومتر شبیه به حداقل بازدهی در دستگاه*های کنترل با بازدهی بالاست که قبلاً شرح داده شد. شکل 1-3: مقایسه ميزان رسوب ذرات در ناحیه حبابهای ریوی هنگام تنفس دهانی یا تنفس از طریق بینی به عنوان تابعی از قطر ذرات. لیپمن و آلبرت از داده های مربوط به تحقیقات مختلف برای رسم این منحنی استفاده کرده اند[13]. مکانیسم*های کاهش بازدهی کنترل ذرات در این محدوده، در بدن انسان نیز وجود دارد. از اینرو این ذرات تنفس می*شوند اما خوشبختانه تنها بخش کمی از آنها در ریه رسوب می*نمایند، زيرا بخش عمده این ذرات با بازدم به بیرون هدایت می*شوند. رسوب ذرات با قطر کمتر از m 2/0 دوباره شروع به افزایش می*کند که علت آن افزایش اثر نفوذ براونین ذرات است. شکل 1-3 همچنین رسوب ذرات را هنگام تنفس از راه بینی نشان می*دهد (تنها 25-20 درصد در مقایسه با 50 درصد تنفس دهانی). این شکل به وضوح اهمیت مجاری بینی را در حذف ذرات معلق نشان می*دهد. تشابه بین عبور هوا از بینی انسان و دستگاه*های کنترل آلودگی هوا به قدری است که هر دو نیاز به درک مکانیزم*های جمع*آوری یکسان دارند.