Le moniteur de carbone noir analyse quantitativement sa concentration en mesurant les propriétés d'absorption de la lumière par les particules de carbone noir, dont le principe de base peut être résumé en étapes suivantes:

Absorption et atténuation de la lumière

Les particules de carbone noir sont fortement absorbantes pour des longueurs d'onde spécifiques de la lumière. Lorsque l'air ambiant traverse l'instrument, les particules de carbone noir sont adsorbées sur un papier filtre à quartz ou une membrane filtrante, formant une couche de dépôt noir. Après passage des rayons émis par la source lumineuse à travers cette couche déposée, une partie de la lumière est absorbée et l'intensité lumineuse résiduelle est atténuée. Le degré d'atténuation est directement proportionnel à la concentration en carbone noir, c'est - à - dire que plus la teneur en carbone noir est élevée, plus l'intensité lumineuse transmise est faible.

Technologie de surveillance multibande

Pour améliorer la précision de mesure, les moniteurs modernes en carbone noir sont conçus avec une conception multibande couvrant le spectre UV au proche infrarouge. Les caractéristiques d'absorption du carbone noir par la lumière dans différentes bandes diffèrent considérablement de celles des autres aérosols, et les contributions indépendantes du carbone noir peuvent être distinguées par des données multibandes excluant les effets des perturbateurs.

Algorithme de Calibration et compensation dynamique

L'instrument compense l'effet de charge de la membrane filtrante par une technique d'échantillonnage bipoint ou un module de chauffage dynamique. Certains modèles sont équipés d'un système de contrôle de l'humidité qui stabilise l'humidité ambiante en dessous de 50% et évite les interférences de la vapeur d'eau dans l'absorption de la lumière.

Modèle de calcul de la concentration

Selon la loi de Bill - Lambert, l'instrument peut produire la concentration de carbone noir en temps réel.

II. Domaines d’application: outils interdisciplinaires de la surveillance de l’environnement à la recherche sur le climat

Les scénarios d'application du moniteur de carbone noir sont larges et couvrent de nombreux domaines tels que la science atmosphérique, la politique environnementale, le contrôle industriel et plus encore:

Surveillance de l'environnement atmosphérique et évaluation de la qualité de l'air

Réseau urbain sur la qualité de l’air: le carbone noir est un composant clé des pm2,5, dont les concentrations reflètent directement le degré de pollution par la combustion de combustibles fossiles et la combustion de biomasse.

Étude régionale de transport de la pollution: combinée aux données sur l'épaisseur optique des aérosols, la surveillance du carbone noir permet de suivre les voies de transport trans - régionales des polluants.

Recherche sur les changements climatiques et estimation du forçage radiatif

Forçage radiatif direct: le carbone noir chauffe l'atmosphère en absorbant le rayonnement solaire, qui est des centaines de fois plus efficace que le co₂.

Effets climatiques indirects: le dépôt de carbone noir à la surface de la glace et de la neige réduit l'albédo et accélère la fonte des glaciers.

Analyse et contrôle des sources d'émissions industrielles

Modification à très faibles émissions des centrales au charbon: assurer la conformité des émissions en surveillant la concentration de carbone noir dans les gaz de combustion et en évaluant l'efficacité des équipements de désulfuration et de dénitrification tels que les dépoussiéreurs électriques humides.

Contrôle des émissions désorganisées dans l'industrie sidérurgique: le moniteur de carbone noir peut être déployé dans le monde de l'usine pour capturer les émissions désorganisées de l'empilement, du chargement et du déchargement des champs de matériaux et d'autres liens, ce qui incite les entreprises à mettre en œuvre la transformation des silos fermés.

Surveillance des émissions des transports et planification urbaine

Détection par télédétection des gaz d'échappement des véhicules à moteur: l'installation d'un moniteur de carbone noir le long de la route, combinée à la technologie de reconnaissance des plaques d'immatriculation, analyse les facteurs d'émission de différents modèles de véhicules pour fournir une base à la politique d'élimination progressive des véhicules à émissions élevées.

Conception de galeries de transport vertes: évaluation de l’amélioration de la qualité de l’air par les transports en commun et optimisation de l’aménagement des galeries de ventilation urbaines en surveillant la concentration de carbone noir le long des métros et des voies réservées aux bus.

Évaluation des risques pour la santé et interventions en santé publique

Études épidémiologiques: le carbone noir pénètre profondément dans les alvéoles et même dans la circulation sanguine, et est étroitement lié aux maladies cardiovasculaires et respiratoires. Établir des modèles de risques pour la santé qui guident les mesures de protection pour les populations sensibles en surveillant à long terme les niveaux d'exposition au carbone noir dans la communauté.

Contrôle de la qualité de l'air intérieur: déployer des moniteurs de carbone noir dans les cuisines, les sous - sols et d'autres espaces confinés, évaluer les émissions polluantes de cuisson, de chauffage et d'autres activités, promouvoir la popularité des poêles propres et des nouveaux systèmes d'air.