Contador de partículas de condensación

Un contador de partículas por condensación o CPC es un contador de partículas que detecta y cuenta partículas de aerosol agrandándolas primero mediante el uso de las partículas como centros de nucleación para crear gotitas en un gas sobresaturado . ^{[ 2 ]}

Se han utilizado tres técnicas para producir la nucleación :

• Expansión adiabática mediante una cámara de expansión. Esta fue la técnica original utilizada por John Aitken en 1888. ^{[ 3 ]}
• Difusión térmica .
• Mezcla de gases calientes y fríos. ^{[ 2 ]}

El método más utilizado (y también el más eficiente) es el enfriamiento por difusión térmica . El fluido de trabajo más común es el n-butanol , aunque en los últimos años también se ha utilizado agua . ^{[ 4 ]}

Los contadores de partículas por condensación pueden detectar partículas con dimensiones de 2 nm o mayores. Esto es de especial importancia porque las partículas de tamaño inferior a 50  nm generalmente no se detectan con técnicas ópticas convencionales . Normalmente, la sobresaturación es de aproximadamente 100-200  % en la cámara de condensación, a pesar de que la nucleación heterogénea (crecimiento de gotas en la superficie de una partícula sólida en suspensión) puede ocurrir con una sobresaturación tan baja como el 1 %. Se necesita un mayor contenido de vapor porque, según las leyes de la ciencia de superficies , la presión de vapor sobre una superficie convexa es menor que sobre una plana, por lo que se requiere un mayor contenido de vapor en el aire para cumplir con los criterios de sobresaturación reales . Esta cantidad aumenta (la presión de vapor disminuye) junto con la disminución del tamaño de la partícula; el diámetro crítico para el cual puede ocurrir la condensación al nivel de saturación actual se llama diámetro de Kelvin . Sin embargo, el nivel de sobresaturación debe ser lo suficientemente bajo como para evitar la nucleación homogénea (cuando las moléculas líquidas chocan con tanta frecuencia que forman cúmulos , lo suficientemente estables como para garantizar que sea posible un mayor crecimiento), lo que produciría recuentos falsos. Esto suele comenzar con una sobresaturación de aproximadamente el 300 %. ^{[ 4 ]}

A la derecha, se muestra un CPC de enfriamiento térmico por difusión en funcionamiento. Para asegurar un alto contenido de vapor, el líquido de trabajo está en contacto con un bloque hueco de material poroso que se calienta. Luego, el aire humidificado entra en el enfriador donde ocurre la nucleación. La diferencia de temperatura entre el calentador y el enfriador determina la sobresaturación, que a su vez determina el tamaño mínimo de las partículas que se detectarán (cuanto mayor sea la diferencia, más pequeñas serán las partículas que se contabilicen). Cuando se dan las condiciones adecuadas de nucleación en el centro del flujo, a veces el flujo entrante se divide: la mayor parte se filtra y forma el flujo de envoltura, en el que el resto del flujo, que aún contiene partículas, se introduce a través de un capilar . Cuanto más uniforme sea la sobresaturación obtenida, más nítido será el límite de tamaño mínimo de partícula. Durante el proceso de nucleación heterogénea en la cámara de nucleación, las partículas crecen hasta alcanzar un tamaño de 10 a 12 μm, por lo que se detectan fácilmente con técnicas habituales, como la nefelometría láser (medición de pulsos de luz dispersados ​​por las partículas crecidas). ^{[ 4 ]}