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Coupling diffusion grids with a condensation particle counter for estimating the particle size distribution of submicron aerosols

S. Bau (1), A. Charvet (2), A. Chlebova (2), D. Thomas (2), E Koudou (3)

1. INRS, Laboratoire de Métrologie des Polluants, Vandœuvre-lès-Nancy, France
2. Université de Lorraine, CNRS, LRGP, Nancy, France
3. Université de Lorraine, IECL, Nancy, France

[2026]

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Résumé

L'utilisation croissante des nanomatériaux dans les procédés industriels entraîne la génération d'aérosols submicroniques (diamètre < 1 µm), exposant les travailleurs à des risques d'inhalation. Pourtant, aucun appareil portable et peu couteux ne permet actuellement de mesurer, en temps réel, la distribution granulométrique en nombre de ces aérosols en milieu professionnel. Cette étude propose une approche combinant des grilles de diffusion et un compteur de noyaux de condensation (CNC) pour répondre à ce besoin. Dans ce couplage, le CNC mesure la concentration en particules non collectée par différents jeux de grilles faisant office de sélecteurs. Un algorithme d'inversion de données permet par la suite de reconstruire la distribution granulométrique à partir des mesures de concentration. Les tests en laboratoire, réalisés avec des aérosols monodispersés de nature variable et pour différentes configurations de grilles ont permis d'établir un modèle de perméance à implémenter dans l'algorithme. Après une première validation théorique de l'approche, des comparaisons des distributions granulométriques mesurées, en conditions réelles, avec cette approche et un appareil de référence (Nanoscan TSI®), montrent une excellente concordance. Cette méthode offre une solution peu coûteuse, portable et facile à utiliser pour la surveillance des aérosols en milieu industriel. Les travaux futurs visent à optimiser les configurations de grilles et à valider les performances dans des conditions industrielles encore plus variées.

Mots clés

métrologie, distribution granulométrique, perméance, sélecteur, inversion de données

Abstract

The growing use of nanomaterials in industrial processes leads to the generation of submicron aerosols (diameter < 1 µm), exposing workers to inhalation risks. However, there is currently no portable, low-cost device capable of real-time measurement of the number size distribution of these aerosols in workplaces. This study presents an approach combining diffusion grids and a condensation particle counter (CPC) to address this need. The CPC measures the particle concentration that passes through different sets of grids acting as selectors. A data inversion algorithm then reconstructs the size distribution from these concentration measurements. Laboratory tests, conducted with monodisperse aerosols of varying materials and for different grid configurations, allow establishing a permeance model for implementation in the algorithm. Following initial theoretical validation, comparisons of size distributions measured under real-world conditions with this coupling and a reference device (TSI® Nanoscan) show excellent agreement. This method provides a low-cost, portable, and user-friendly solution for monitoring aerosols in industrial environments. Future work will focus on optimizing grid configurations and validating performance under a wider range of industrial conditions.

Keywords

metrology, particle size distribution, penetration, selector, data inversion

DOI

10.25576/ASFERA-CFA2026-50201

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