粉尘分散度测定·自然沉降法

01 · 开篇引入

什么时候
必须用沉降法

前一种方法（滤膜溶解涂片法）快，但它有个死穴：要用乙酸丁酯把滤膜溶掉。如果粉尘自己也溶于乙酸丁酯，那粉尘和滤膜一起被溶掉，镜下什么都测不到；如果粉尘是纤维状的（石棉、玻璃纤维），推片时的剪切力会把纤维折断，测出来的长度全错。

这两种情况，只能改用自然沉降法——不用溶剂、不用推片，让含尘空气在封闭的沉降器里静置，粉尘靠自身重力慢慢落到盖玻片上。颗粒的原始形态被完整保留下来，这是它最大的价值。代价是慢：国标要求水平静置 不少于 3 小时。

🧪

样品可溶于乙酸丁酯

涂片法会把粉尘一起溶掉，无法测量；沉降法不接触溶剂，是唯一可行的方法。

必选场景

🧵

纤维状粉尘

石棉、玻璃纤维等在推片时会被折断，长度失真；沉降法保留完整纤维形态。

必选场景

⏳

时间成本高

至少 3 小时静置，现场不可能当天出结果。这是它被"能不用就不用"的原因。

代价

两种方法测的是同一个东西：都测颗粒的 投影直径，都按 <2 / 2～5 / 5～10 / ≥10 μm 四组统计数量百分比。区别只在怎么把粉尘弄到载玻片上——一个靠溶剂溶解滤膜，一个靠重力自然沉降。

02 · 科学原理

重力会挑颗粒

沉降法的全部关键，都在这一个物理事实里：颗粒越大落得越快，而且快得多。这决定了沉降时间不足时，丢失的恰好是最细的那部分。

⬇️

① Stokes 沉降定律

在静止空气中，颗粒的终端沉降速度与直径的平方成正比，与密度差成正比。直径减半，沉降速度只剩 四分之一——不是线性，是平方。这就是"沉降法天然挑颗粒"的根源。

v = (ρp − ρg) · g · d² / (18 μ)

🧮

② 落到底要多久

把沉降速度倒过来就是所需时间：t = 18μh / ((ρp−ρg)g d²)。h 是沉降距离（本页取 5 cm）。直径越小，所需时间按平方增长——0.5 μm 的颗粒要落完 5 cm，需要 30 分钟以上。

t = 18μh / ((ρp − ρg) · g · d²)

⏱️

③ 时间不足 → 细颗粒缺失

静置时间 t 决定了"能不能落完"的最小粒径 d_min。凡比 d_min 更细的颗粒都还在空中，不会出现在盖玻片上。结果就是：测得的分布假性偏粗，而且这个偏差无法事后修正。

d_min = √( 18μh / ((ρp − ρg) · g · t) )

🧾

④ 器材与制片

在沉降器底部平放 18×18 mm 盖玻片；上下移动活塞数次，把含尘空气引入并混匀；水平静置 ≥3 h 后取出盖玻片，把采尘面向下扣在载玻片上封固，再上镜测量。"采尘面向下"是关键——颗粒要贴着载玻片，才在显微镜物镜的焦平面上。

盖玻片 18×18 mm → 采尘面向下贴载玻片 → 封固 → 镜检

为什么标准写"不少于 3 小时"而不是"2 小时"：3 小时是一个留足余量的经验值——它同时覆盖了更细的颗粒、不规则形状带来的阻力增大、以及环境温度偏低使空气黏度上升的情况。时间只会宁多勿少，多静置不会让大颗粒"消失"，只会让细颗粒更完整地被采到。

03 · 实验流程

五步走完，顺序不能乱

方法依据：GBZ/T 192.3《工作场所空气中粉尘测定第3部分：粉尘分散度》，自然沉降法。顺序错了数据就废了——模拟台里会直接拦你。

STEP 1

装备沉降器与盖玻片

把 18×18 mm 盖玻片平放在沉降器底部（务必水平、无翘曲），检查各接口密封。盖玻片放歪或沉降器倾斜，粉尘会堆积到一侧，视场就不均匀。

STEP 2

引入含尘空气

上下移动活塞数次，把工作场所的含尘空气抽入沉降器，并使粉尘在其中混匀。这一步必须在静置之前——先静置再进气，等于把已经沉好的颗粒重新吹散。

STEP 3

水平静置沉降 ≥3 h

静置期间不得振动、不得倾斜、不得开盖。时间不少于 3 h。这一步是整个过程的核心变量：时间不够，细颗粒还在空中没落下来，测出的分布就会假性偏粗。

STEP 4

取出盖玻片制片封固

轻轻取出盖玻片，把采尘面向下贴到载玻片上，用中性树胶（或专用封固剂）封固。方向不能反——粉层朝上会脱离物镜的工作距离，也无法清晰成像。

STEP 5

镜检测量与分组统计

与滤膜溶解涂片法完全一致：标定目镜测微尺后，按"遇长径量长径，遇短径量短径"随机测量 ≥200 粒的投影直径，按四组统计数量百分比。

⬇️ 粉尘分散度测定·自然沉降法 · 交互模拟台

⏳ 未开始

① 按顺序完成五步（顺序错误会被阻断）

样品性质（决定方法是否适用）

—

粉尘真密度 ρp

密度越小，沉降越慢，需要的静置时间越长。

水平静置时间 t　180 min

国标要求 ≥180 min（3 h）。把它调小，看细颗粒如何在分布里消失。

沉降距离 h

5.0 cm（沉降器内粉尘下落高度，固定）

实时读数

完全沉降所需时间

—

min

当前可沉降最小粒径

—

μm

已沉降颗粒

—

/ 40 粒

静置合规

—

沉降器剖面（颗粒随时间下落，落到盖玻片即被采到）

仍在空气中（未被采到）已落到盖玻片（被采到）盖玻片

分布对比：本样品真实分布 vs 本次沉降后测得的分布（STEP 5 绘出）

05 · 总结与红线

四条红线，考场和现场都会考

1️⃣

先进气，后静置

引入含尘空气必须发生在静置之前。顺序颠倒，等于把正在沉降的颗粒重新搅起来，采样面分布彻底失真。这是顺序红线。

顺序红线

2️⃣

静置时间不得少于 3 小时

由 Stokes 定律，细颗粒沉降时间按直径平方增长。时间不足时，还在空中没落下来的恰好是最细的那部分——分布必然假性偏粗，而且无法事后修正。

时间红线

3️⃣

盖玻片必须水平，采尘面向下

盖玻片倾斜会让粉尘堆到一侧，视场不均匀；采尘面朝上则脱离物镜工作距离，无法清晰成像。方向与水平，都是硬要求。

操作红线

4️⃣

方法选择先于操作

拿到样品先问一句"粉尘溶不溶于乙酸丁酯、是不是纤维状"。选错方法，后面做得再规范也是无效数据——这是比操作更靠前的一道判断。

判断红线

这个实验真正要练的能力：是理解"采样过程本身会改变结果"。沉降法最典型——它不是被动地把粉尘收集起来，而是用重力做了一次粒径筛选。同样一份空气，静置 30 分钟和静置 3 小时，测出来的分散度可以完全不同，而你从数据表面看不出任何异常。知道数据是怎么"长"出来的，才知道它什么时候不可信。

方法对照一览

对比项	滤膜溶解涂片法（显微镜法）	自然沉降法
粉尘怎么上玻片	乙酸丁酯溶解过氯乙烯滤膜，45° 推片	重力自然沉降到盖玻片上
耗时	约数十分钟，当天可出	静置 ≥3 h，跨班次
适用范围	一般粉尘；不可用于可溶于乙酸丁酯或纤维状粉尘	可溶粉尘、纤维状粉尘的唯一选择
颗粒形态	经溶剂与推片，可能受影响	原始形态完整保留
主要风险	溶解不完全／推片拖尾／涂片过厚	时间不足导致细颗粒缺失
测量对象	两者相同：投影直径（遇长径量长径，遇短径量短径），四组数量百分比

→ 粉尘分散度测定 · 显微镜法（滤膜溶解涂片法）

更常用、更快的方法。看标定、制样与分组统计的完整链路。

→ 大气污染控制工程实验 · 课程对照总览

返回总览，查看本页对应的课程大纲位置与实验项目覆盖情况。

方法依据：GBZ/T 192.3《工作场所空气中粉尘测定第3部分：粉尘分散度》，自然沉降法。
本页示例样品含 40 粒颗粒并预置了一组粒径分布；沉降过程按 Stokes 定律计算，沉降距离取 5 cm、空气黏度取 20℃ 下的 1.81×10⁻⁵ Pa·s，为简化模型（未计入颗粒形状系数、布朗扩散与对流扰动）。曲线与数值用于教学演示，不作为检测报告数据。

粉尘分散度测定自然沉降法

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