Abstract The thermal-optical analysis (TOA) of black carbon in particulate matter (PM) collected on filters has been recommended and used for the calibration of mass-concentration instruments. However, filter-based TOA calibrations have substantial practical limitations, requiring high sample flow rates (>10 litres per minute), long sampling times (up to 3 h), and subsequently manual filter processing with long analysis times (>15 min per filter). These limitations are avoided by in situ calibration techniques such as the centrifugal particle mass analyzer (CPMA)–electrometer reference mass system (CERMS). The CERMS is capable of producing and monitoring in situ reference mass concentrations below 1 µg m−3 and in real-time (∼1 Hz). Additional advantages of the CERMS are its improved repeatability (1.1%) over TOA (9–11%), and its measurement of a well-defined quantity: total post-CPMA suspended PM mass. In the present work, we demonstrate closure between these two techniques in terms of PM mass concentration for three different soot generators (viz., the Argonaut miniature inverted soot generator, Jing miniCAST, and National Research Council inverted-flame burner) under carefully controlled conditions. We also demonstrate the sensitivity of the CERMS by characterizing the limits of detection of a commercial laser-induced incandescence instrument and a photoacoustic instrument. Our data support the use of the CERMS with well-characterized PM sources to provide reference mass concentrations for the calibration of instruments measuring PM or black-carbon mass concentration.

中文翻译：

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通过热光分析异位测量和 CPMA 静电计参考质量系统原位测量的颗粒物浓度之间的接近

摘要 过滤器上收集的颗粒物 (PM) 中黑碳的热光分析 (TOA) 已被推荐用于质量浓度仪器的校准。然而，基于过滤器的 TOA 校准有很大的实际限制，需要高样品流速（> 10 升/分钟）、较长的采样时间（最多 3 小时），以及随后需要较长分析时间（每个过滤器 > 15 分钟）的手动过滤处理）。这些限制可以通过原位校准技术来避免，例如离心式粒子质量分析仪 (CPMA)-静电计参考质量系统 (CERMS)。CERMS 能够实时（~1 Hz）生成和监测低于 1 µg m-3 的原位参考质量浓度。CERMS 的其他优点是其可重复性 (1.1%) 优于 TOA (9–11%)，及其对明确定义的数量的测量：CPMA 后悬浮 PM 的总质量。在目前的工作中，我们在严格控制的条件下证明了这两种技术在三种不同烟尘发生器（即 Argonaut 微型倒置烟尘发生器、Jing miniCAST 和国家研究委员会倒焰燃烧器）的 PM 质量浓度方面的闭合. 我们还通过表征商用激光诱导白炽仪器和光声仪器的检测限来证明 CERMS 的灵敏度。我们的数据支持 CERMS 与充分表征的 PM 源一起使用，为测量 PM 或黑碳质量浓度的仪器校准提供参考质量浓度。我们在仔细控制的条件下证明了这两种技术在三种不同烟尘发生器（即 Argonaut 微型倒置烟尘发生器、Jing miniCAST 和国家研究委员会倒置火焰燃烧器）的 PM 质量浓度方面的闭合性。我们还通过表征商用激光诱导白炽仪器和光声仪器的检测限来证明 CERMS 的灵敏度。我们的数据支持 CERMS 与充分表征的 PM 源一起使用，为测量 PM 或黑碳质量浓度的仪器校准提供参考质量浓度。我们在仔细控制的条件下证明了这两种技术在三种不同烟尘发生器（即 Argonaut 微型倒置烟尘发生器、Jing miniCAST 和国家研究委员会倒置火焰燃烧器）的 PM 质量浓度方面的闭合性。我们还通过表征商用激光诱导白炽仪器和光声仪器的检测限来证明 CERMS 的灵敏度。我们的数据支持 CERMS 与充分表征的 PM 源一起使用，为测量 PM 或黑碳质量浓度的仪器校准提供参考质量浓度。和国家研究委员会倒焰燃烧器）在严格控制的条件下。我们还通过表征商用激光诱导白炽仪器和光声仪器的检测限来证明 CERMS 的灵敏度。我们的数据支持 CERMS 与充分表征的 PM 源一起使用，为测量 PM 或黑碳质量浓度的仪器校准提供参考质量浓度。和国家研究委员会倒焰燃烧器）在严格控制的条件下。我们还通过表征商用激光诱导白炽仪器和光声仪器的检测限来证明 CERMS 的灵敏度。我们的数据支持 CERMS 与充分表征的 PM 源一起使用，为测量 PM 或黑碳质量浓度的仪器校准提供参考质量浓度。