Abstract
The purposes of this study are 1) to develop an advanced chamber system within ${\pm}10%$ of air velocity at the particulate matter (PM) collection area, 2) to research theoretical characteristics of PM10 and PM2.5 samplers, 3) to assess the performance characteristics of PM10 and PM2.5 samplers through chamber experiments. The total six one-hour experiments were conducted using the cornstarch with an mass median aerodynamic diameter (MMAD) of $20\;{\mu}m$ and an geometric standard deviation of 2.0 at the two different air velocity conditions of 0.67 m/s and 2.15 m/s in the chamber. The aerosol samplers used in the present study are one APM PM10 and one PM2.5 samplers accordance with the US federal reference methods and specially designed three mini-volume aerosol samplers (two for PM10 and one for PM2.5). The overall results indicate that PM10 and PM2.5 mini-volume samplers need correction factors of 0.25 and 0.39 respectively when APM PM samplers considered as reference samplers and there is significant difference between two mini-volume aerosol samplers when a two-way analysis of variance is tested using the measured PM10 mass concentrations. The PM10 and PM2.5 samplers with the cutpoints and slopes (PM10: $10{\pm}0.5\;{\mu}m$ and $1.5{\pm}0.1$, PM2.5: $2.5{\pm}0.2\;{\mu}m$ and $1.3{\pm}0.03$) theoretically collect the ranges of 86~114% and 64~152% considering the cornstarch characteristics used in this research. Furthermore, the calculated mass concentrations of PM samplers are higher than the ideal mass concentrations when the airborne MMADs for the cornstarch used are smaller than the cutpoints of PM samplers and the PM samplers collected less PM in another case. The chamber experiment also showed that PM10 and PM2.5 samplers had the bigger collection ranges of 37~158% and 55~149% than the theocratical calculated mass concentration ranges and the relatively similar mass concentration ranges were measured at the air velocity of 2.15 m/s comparing with the 0.67 m/s.
본 연구의 목적은 1) 시료채취공간에서 ${\pm}10%$ 이내의 공기 유속을 가지는 챔버시스템을 제작하여, 2) 먼지(PM, particulate matter)측정을 위하여 사용되는 PM10과 PM2.5 시료채취기의 이론적 특성을 연구하고, 3) 실험을 통하여 본 연구에 사용된 먼지 시료채취기의 수행 특성을 평가하는데 있다. 챔버 내에서의 먼지 시료채취기의 수행능력을 측정하기 위하여 $20\;{\mu}m$의 공기역학중위입경과 2.0의 기하표준편차 특성을 가지는 옥수수전분을 분포하였다. 챔버 실험에 사용된 시료채취기는 미국 연방규정을 만족하는 각 1개의 APM PM10 및 APM PM2.5 시료채취기와 특수 제작된 3개의 소용량 시료채취기(2개 PM10과 1개의 PM2.5)를 사용하여 평균 공기 유속이 0.67 m/s와 2.15 m/s인 두 조건에서 각 1시간씩 3회 반복하여 총 6회의 실험을 실시하였다. 실험 결과, APM PM시료채취기를 기준 시료채취기로 사용하여 소용량 PM10과 PM2.5 시료채취기는 각 각 0.25와 0.39의 보정계수가 필요하며 이원 분산 분석을 통하여 두 개의 소용량 PM10 시료채취기의 평균 농도값 사이에는 유의적 차이가 있었다. 분리한계직경과 기울기(PM10: $10{\pm}0.5\;{\mu}m$와 $1.5{\pm}0.1$, PM2.5: $2.5{\pm}0.2\;{\mu}m$와 $1.3{\pm}0.03$)를 가지는 PM10과 PM2.5 시료채취기는 이론적으로 본 연구에 사용된 옥수수전분의 입자특성을 고려하여 86~114%와 64~152%의 먼지농도 범위를 채취하게 된다. 또한, 공기 중에 분포하는 입자의 공기역학중위입경이 해당 시료채취기의 분리한계직경보다 작을 때 시료채취기의 측정 질량농도는 이상적인 질량농도보다 크며, 반대의 경우 시료채취기는 작은 질량농도를 측정한다. 챔버 실험 결과, PM10과 PM2.5의 시료채취기는 각각 37~158%와 55~149% 범위를 가지며 이론적 계산농도보다 큰 범위의 질량 농도를 측정하였고 챔버 내 공기 유속이 2.15 m/s의 조건에서는 0.67 m/s와 비교하여 상대적으로 작은 먼지농도 범위를 가지며 이론적 계산농도와 유사한 먼지농도 범위가 측정되었다.
