A B ST R
A C T
J E F F R E Y JO H N SO
N
.D
ete rm i
n atio n
of R
e sp i
r ab l
eM
a s sC
o n c entrationU
sing
aH i g h
V
ol
um
eA i
rS
am p l
e r and
aS
ed im
e ntatio
nM
ethod f
o rF
ra cti
on ati
o n .(
U
nd
er thed ir
ecti
o n of
PA R K E R R E I ST
)
A
p
r el i
m
i
n ary stud
y of
a n ewm
eth
od f
o rd
ete rm in
i
ng
r e spi
r ab le
m
a s s co nc entr atio n
i
sd
e s cri b
ed
.T h i
sm
eth
od
u s e s ah i g h
v ol
um
e air
s am p l
er and
sub
s eq
u entf
r a cti
o n ati
o n of
t
h
e col l
e cted m
a s s u sin
g
ap
a rtic
l
e s ed i m
e ntatio n
te ch
ni q
ue.Si d
e -b
y
-s
i d
e c om p
a ri
s o ns of
t
h is
m
ethod w i
th
cy
clo
n e sw
e r em
ad
ei
n th
efi
el
d
and i
n th
ela
b
oratory
.T h
e r ew
a sg
o od
a
g
r e em
ent am
ong
th
e s am p l
e rsin
th
el
ab
o r ato ry
,b
utp
o or ag
r e em
e nti
n th
efi
el d
.T h
ee
f fe c
t of
w
i
nd
o n th
e sam p l
e r s' cap
tu r e ef fi
ci
e n ci
e si
s th
ep
rim
ary h y p
oth
e siz e
d
s our c e of
A C K N O
W
L ED G
M
EN
TS
IV
T
A
B L EO
FC O N T E
N
T S
P
ageL I ST O F T A B L E S
vL I ST O F F I G U R E S
vi
I
N
TR O D U C
T IO N
1
B A C K G R O U N D
2
M
E T H O D D E SC R I P T I O
N
A
N
D T H E O R Y
8F I E L D P
R O C E D U R E
1 3L
A
B PR O C
ED U
RE
16
D A T A A N A L Y SI
S
19
R E SP
I R A B L E
M
E T H O D R E SU L T S A N D D I SC U S SI O N
2 2
T SP
M
E
TH O D R E SU L T S A N D D I S C U SS I O N
3 0
C O N C L U SI O N
3 2
R
E F E R E N C E S
3 4
A P P E N D I X A
:R
e sp i
rab l
eM
ethod R
aw D
ata52
P
ag
eT a
b l
e 1:R
e sp i
r ab l
eM
a s s Dete rm
i
nati
o n 3 5T a
b l
e 2:S
am p l
eC
o nfi g
u r ati
on 3 6T a
b
le 3:R
e spi
r ab l
eM
eth
od R
e sul
ts 3 7T
ab l
e4
:T SP
M
ethod R
e sul
ts3 8
T
ab l
e5
:R
e sp i
r ab l
e and T SP
M
eth
od C
on c entr ati
o nC
o nfi g
u rati
o n3 9
VI
L
IST
O
FF
IG U
RE S
Pa
g
eF
i g
ur e 1:E
x am
p l
e of
aT
yp i
c al H
V
M
eth
od S i
z eD i
st ri b
uti
on 4 1F i g
u re2
:D i
ag
r am
of L
ab
orato ry S
etup
4 2
F
i g
u r e 3: Pl
ot of H V R
e sp i
r ab l
eM
eth
od
ve r susC
yclo n e 4 3A
e r o s ol
:So
i l
sF i g
u r e 4:P l
ot of
H
V R
e sp i
r ab l
eM
eth
od
v er s u sC y
cl
one 4 4A
er o s ol
:A
RD
F i g
u r e5
:P l
ot of H V R
e sp i
r ab l
eM
eth
od
ve r susC
ycl
o n e 45
F i
el d
DataA m b i
e ntA
er o s ol
F i g
u re6
:P l
ot of H V S
oi l
M
eth
od
v e rs usC y
cl
on e4 6
A
eros ol
:S
oi l
sF i g
u r e 7:P l
ot of
H
V S
oi l
M
eth
od
v e r s u sC y
cl
on e 4 7A
e r o s ol
:A R D
F i g
u re8
:P l
ot of H V S
oi l
M
eth
od
v e r s u sC y
cl
o ne4 8
F
i
el d D
ataA
m
b i
entA
e r o s ol
F i g
u r e9
:P l
ot of T SP H V
M
eth
od
v ersu s3 7
m m
C
a s s et te4 9
A
e r o s ol
:S
oi l
sF i g
ure10
:P l
ot of T SP H V
M
eth
od
v ers u s 37 m m C
a s s et te5 0
A
e r o s ol
:A R D
' ~
F i g
u r e1 1
:Pl
ot of T SP H V
M
eth
od
ve r s u s3 7 m m C
a s s et te5 1
F i
el d D
ataA m b i
e ntA
ero s ol
#
s a
m p l
e rh
a sb
e e nd
e v el
op
ed
.T h i
sm
eth
od p
rovi d
e s aq
ui
ck
, si m p l
e, and i
n e xp
e n si
v em
e ansf
o rd
ete rm i
ni
ng
resp i
r ab l
e c onc entrati
on u si
ng
th
e s t and
ard h i g h
v ol
im
i e ai
rs a
m p l
e r.A p
a rti
c ul
a r ad
v a ntag
e of
th i
sm
eth
od i
s th
ati
td
o e s not r eq
ui
r e ab
ul k y
, a s
w
el l
a s e x
p
e n si
v e, si
z e s el
e cti
v ei
nl
et, a nd i
tm
ayb
e ad
apted
to oth
e r si
z e s el
e cti
onc
l
a s sif
i c ati
o ns.A
th
o r a ci
c o ri
nh
al
ab l
em
a s s c o n c e ntr ati
o n c a nb
ed
ete rm
ui ed
u si
ng
th i
sm
eth
od
.T h i
sm
eth
od m
ay b
e u s ed
to a s s e s r e sp i
r ab l
e c o n c e ntr ati
o n s r etro sp
e cti
v el y
,b y
a n a
l y
zi
ng p
r e vi
ousl y
c ol l
e cted fi l
te r s.T h
e r e are s ev er al
al
te r n ati
v em
eth
od
sf
ord
ete rm i
ni
ng
r e sp i
r ab l
em
assc on c e ntrat
i
ons.T h
e s e of
te n r eq
ui
re e xp
e n si
v e eq
ui p m
e nt and
a sk i l l
ed
op
e r ato r.F
orex a
m p l
e a ni m p
a cto ri
s e xp
e n si
v e, a nd d i f fi
cul
ti
e s c a n a ri
s ei
n ob
tai
ni
ng
r el i
ab l
e r e sul
ts.A
n ad d i
ti
o nal
m
eth
od w
o ul d b
e to u s e ap
ers o n al
si
z e sel
ecti
v e s am p l
e r, a cy
cl
o n e.I
nf
a ct, th
e a c cu ra cy
of
th
ed
ev el
op
ed m
eth
od w i l l b
e a s s e ss ed
u si
ng
a cy
cl
on e.A l
s o, at th i
st
i m
e a r e sp i
r ab l
e si
z e s el
e cti
v ei
nl
etd
o e s n ot exi
stf
o r ah i g h
v ol
um
e ai
r s am p l
e r.T h
em
eth
od f
o rd
ete rm i
ni
ng
r e sp i
r ab l
em
a s s c o n c e ntr ati
o nw i l l
r eq
ui
r e ah i g h
vo
l
um
e ai
r s am p l
e, and
a sub
seq
u entf
r a cti
o n ati
on of
th
e c ol l
e cted p
a rti
cl
e s.T h
ef
racti
on ati
o nm
eth
od w i l l b
e th
el i q
ui d
s ed i m
e ntati
o n te ch
ni q
u e u si
ng
th
eA
ndr e a s e
ns e
d i m
e ntati
o np ip
et te.A
sl i g h
tm
od i fi
c ati
on of
th i
s te ch
ni q
u ew i l l
be
i m p l
em
ented
toe n
ha n c e r e
p
res entati
on of
r e s ul
ts.T h i
s te ch
ni q
u ew
a s used
i
n a stud y
c o n c ern
i
ng
si l i
c a e xp
os u r e sw h i l
es a n
d b l
a sti
ng
.(')
T h
at stud y w
a sf
o c u s ed
o n th
e actu al
e xp
osu res, r ath
er th
a n th
em
eth
od
o
f d
eterm i
ni
ng
re sp i
r ab l
em
a s s c onc e ntr ati
o n.S
o aq
u anti
tati
ve c om p
a ri
s on of
th
eh i g h
v o
l
um
e s am p l
e rm
eth
od
(
H V m
e th
od
)
to th
e cycl
o n e sw
as n otp
e rf
o rm
ed
.B
ut th
e r e s ul
tsse e
m
toi
nd i
c ate ag
e n e ral
trend
of
ag
r eem
e nt.T h
atp
rel i m i
nary
stud y f
orm
ed
th
eb
asi
so
f
th
eq
u anti
tati
ve eval
uati
on of
th
eH V
m
eth
od
rep
orted
h
er e.T h
eH V
m
eth
od
B A C K G R O U N D
R
e sp i
rab l
ep
a rti
cul
atem
ateri
al
i
sd
efi
n ed b y
th
eA m
eri
c a nC
o nf
e r e n c e of
G
o v e r nm
e ntal I
nd
u stri
al H
yg i
e ni
sts(
A C G I H
)
a s a n a e r o s ol w i
th
am
ed i
a n a e r od
yn am i
cd i
am
eter of 4
.0m i
crom
e te r s/
^)
T h i
s a er o s o
l i
s c ap
ab l
e of d
ep
o si
ti
ng i
n th
eg
a s-e x ch
a ng
er e
g i
o n of
th
el
u ng
.S
om
em
ateri
al
s exh i b i
t toxi
ci
ty
onl y w h
end
ep
osi
ted i
n th
eg
asexc
h
a ng
e r eg i
on, th
er ef
o r e a c c u r ateq
u a nti fi
c ati
o n of
th i
sm
ate ri
al i
s v e ry i m p
ortant.T h
ep
r op
o s ed
sam p l i
ng m
eth
od i
s a n al
te r n ati
v e to th
e ty p i
c al m
eth
od
s of
r e s
p i
r ab l
em
a s s s am p l i
ng.W
i
th
a ny
new
m
eth
od
, a c cu ra cy and p
r e ci
si
onm
u stb
ed
ete rm i
n ed b
ef
o r e any
co nfi d
e n c e s c a nb
e exp
re s s ed
.T
od
ete rm i
ne th
e a c c ura cy
a nd
p
r e ci
si
o n of
th i
sm
eth
od
, exp
eri m
ental
re s ul
tsm
ustb
e c om p
ared
to re s ul
tsf
rom
a na cc e
p
ted
and
tr u sted m
eth
od
.T h
e s el
e cti
on of
th
em
o st tr u sted
and
a cc ep
ted m
eth
od f
o rd
ete rm i
ni
ng
r e sp i
r ab l
em
a s s c o n c e ntr ati
o nw
a s a v e ry i m p
o rtantd
eci
si
o ni
n th i
s stud y
.T h
e s el
e cted m
eth
od
sh
o ul d b
ep
r ef
e r r ed b y
e xp
erts n ow
and i
nto th
ef
u tu re,p
rovi di
ng
l
o nge vi
t y to th
e r e s ul
ts.T h
em
eth
od
sh
o ul d
a c c u r atel
y a nd
r el i
ab l
yq
ua nti f
y r e sp i
r ab l
em
a s s c o n c e ntrati
o n .T h
em
o st c om m
onl y
used
, and p
r esum
ab l y
trusted
,m
eth
od i
n th
e o ccup
ati
o n al
s et t
i
ng
em p l
oy
s ad
evi
ce c al l
ed
a cy
cl
one.A
cy
cl
onei
s a si
ze-s e
l
e cti
ve s am p l
er th
atw i l l
r e
m
o v ep
a rti
cl
e s th
at a r el
a rg
e r th
a n th
o s e of i
nte r e st. Th i
s al l
ow
s th
ep
a rti
cl
e s of i
nte r e stto
p
a s s th
r o ug h
th
ed
e vi
c e a nd
col l
ect o n afi l
terf
orq
u anti fi
cati
o n .I
n th
e o ry
, a c
y
cl
o n ec a n
b
ed
e si g
n ed
to excl
u si
v el y p
erm i
t al l p
arti
cl
e sb
el
ow
o n e si
z e rang
e tob
e c ol l
e cted
.T h i
si
n str um
e nt c a nh
a v e th
e s ol
ep
u rp
os e of p
r o vi d i
ng
r esp i
rab l
em
a s s c o nce ntrati
on .T h i
s sp
e ci
al i
zati
onp
rovi d
e s th
eb
e stm
eth
od f
orp
rod
u ci
ng
c o n si
ste nt r e sp i
rab l
em
a s sc o n c e ntr at
i
on .T h
e r ef
o r e, a c
y
cl
on e of
s om
e si
z e,d
esi g
n, and
c om p
o si
ti
on sh
o ul d
pr o v
i d
e th
e stud
yw i
th
th
em
o st a c c u r ate a nd
r el i
ab l
e sta nd
a rd
.A
cy
cl
o n e'sp
a rti
cl
e si
z e-s el
e cti
v e r a ng
e c a n va ry d
ep
e nd i
ng
o ni
ts si
z e,d
e si g
n,a n
d
c o n str ucti
onm
ateri
al.
T h
e si
z e of
a cy
cl
o n e r ef
e r s toi
tsi
nte r n al d i
am
ete r.T h i
si
n te r n al
ch
am b
e ri
sw h
e r em
o st of
th
e si
z e s el
e cti
ng
tak
e sp l
a c e.G
e n e r al l y
m
y
T
h
ei
nte r n al d
e si
gn of
th
e cycl
o n e,i
sq
ui
tei m p
o rta nt.A i
r a nd p
a rti
cl
e s e nte ri
ng
t
h
e cycl
o nem
ustp
a s s th
r o ug h
th
ei
nn e r ch
am b
e r to a c c el
e r atel
arg
e rp
a rti
cl
e s to th
ei
nteri
o rw
al l
s,w h
ere th
ey
c a nb
e col l
e cted
.A p
ote nti
al l
y s e v e r ep
rob l
em
o cc u rsw h
e np
arti
cl
e s a re al l
ow
ed
tob y p
a s s th
ei
n ner ch
am b
er and g
o strai g h
t th
ro ug h t h
e cy
cl
on e.W
i
th
out th
e ci
r c ul
a r acc el
erati
o n th
el
arg
e rp
a rti
cl
e sw i l l
n otb
e rem
oved
,i
nste ad
th
eyw i l l b
e c ol l
e cted
on th
ef
il
te r a nd i
n cor r e ctl y
a s sum
ed
tob
e resp i
rab l
e.M
ore over,l
arg
e rp
a rti
cl
e s c o ntri b
utem
u ch m
o r em
a s sp
e rp
a rti
cl
e th
a n sm
al l
e rp
arti
cl
e s.A f
ew
l
a rg
ep
a rti
cl
e si
n c or r e ctl
y a s si g
n ed
a s r e sp i
r ab l
e, c a nd
r a sti
c al l y
a nd i
n co r r e ctl y i
n c re as e th
ec o
l l
e cted
m
a ss.T h
er ef
ore th
e cycl
on e ch
o s e nm
u sth
ave a n eng i
n e er ed b
ar ri
er,p
r e v e nti
ng l
a rg
ep
a rti
cl
eb yp
a s s.T h
em
ateri
al f
rom
w h i
ch
a cy
cl
on ei
sm
ad
ei
s a v a ri
abl
e th
ath
a s r e c ei
v ed
c o n s
i d
e rab l
e at te nti
o n ,d
ue to th
eh i g h l y
s u sp
e cted i
nf l
u e n c e of
el
e ctro stati
c ch
arg
e.T h
ei
s s u e of
ch
arg i
ng
eff
ectsh
a sl
e ad
to tw
og
en e r al
ty p
e s of
constru cti
onm
ateri
al
s,con
d
u cti
ng
o r s em i
c o nd
u cti
ng
(
m
etal
)
and
n on c ond
u cti
ng
(
ny l
o n)
.S
e v e r al
stud i
e sh
av eb
ee n c ar ri
ed
ou t th
at c om p
ar e ny l
o n a nd m
etal
cy
cl
one s.A
c om
m
onp
r ob l
em w i
th
th
e s estu
d i
e si
s th
at th
ey
u s ed
th
eh
ori
zontal
el
u tri
ator,w h i
ch
em
ul
ate s th
eB
ri
ti
sh
M
ed i
c al
R
es ea r ch C
o u n ci l
(
B
M
R C
)
c u r v e, a s th
ef
r am
e of
r ef
e r e n c e.W
i
th
th i
sf
r am
e of
r e
f
erenc e, c on cl
u si
o n s c o n c erni
ng
th
eA C G I H
d
ef i
ni
ti
o n of
re sp i
rab l
e ared i f fi
c ul
t tod
e ri
v e.N
e ve rth
el
e s s, tr e nd
s and
rel
ati
vedi f f
ere n ce s are r eve al
ed
.S
as s-K
orts ak
et al
. c o
m p
a r ed
th
e10 m
m
ny l
on to a9 m m
al
um
i
n um
cy
cl
onew
i
th
th
eh
o ri
z ontal
el
utri
ato r as th
e stand
a rd f
o r c om p
ari
s o n .(3)
T h
e te st a er oso
l
sw
e re si l i
c aan
d w
o od d
u sts.T h
e si l i
c aw
a s a c om m
e r ci
al l y
avai l
ab
l
ed
u st si
e v ed w i
th
a3 2 5
m
e sh
.
T h
ew
o od d
u stw
a sm
a n uf
a ctu r ed b
yp l
a ci
ng
ab
el
ts a nd
e r o n ap
i
e c e of m
ah
og
a ny w
o od
.A b l
e nd
e rw
a s u s ed
a s th
e a e r o s ol
ge n e r ato r.T h
e ef f
e ct of
a e r o s ol
ty pe a nd
r el
ati
v eT h
at stud y f
ound
th
ati
n al l
c a s e s th
e ny l
on cy
cl
on e und
e r sam p l
ed
,w h i l
e th
em
etal
cy
cl
o n e o v e r s am
p l
ed
.T h
em
etal
cy
cl
o n e al w
ay
s rep
or ted
ah i g h
e r re sp i
r ab l
ed
ustc o n c entr at
i
o n th
a n th
e ny l
o n cy
cl
one.T h
e stud y
al
sof
ou nd
th
atw h
en s am p l i
ng w
ood
d
u st,d if f
e ri
ng
r el
ati
v eh
um i d i
ti
e sd i d
n ot s e em
to ch
a ng
e th
e s am p l i
ng
resul
ts.B
utw h
ens
i l i
c ad
u stw
a s us ed
a tr e nd
em
e rged
.A
s th
e r el
ati
veh
um i d i
t yw
ent up
, th
e nyl
on cy
cl
o n ep
a s s ed
ah i g h
e r c o nc en tr ati
o n of
si l i
c ap
arti
cl
e s.T h i
s tr e nd w
as n otf
ound i
n th
em
etal
cy
cl
one.T h
e r e a s onf
o r th i
sd i
s c r ep
a n cy p
r ob
ab l y i
n vol
v e s el
e ctr ostati
c ch
arg i
ng
e
f f
e cts,
w h i
ch
ar em
o r e ap p
ar e nti
nl
ow h
um i d i
ty
e nvi
ronm
e nts.T h
e ap p
a r e ntd i f f
e r enceb
etw
ee nw
o od
and
si l i
c ad
u st, a c cord i
ng
to th
e a uth
ors,i
sd
u e toh
um i
d
i
ty i
n th
ew
o od
r e
d
u ci
ng
el
e ctr o stati
c ef f
e cts.T h
eS
as s-K
o rts ak
study
sh
ow
ed
th
at th
em
etal
cycl
o n e c onsi
ste ntl
y overs am p l
ed
,w h i l
e th
e ny l
o n cy
cl
one c o n si
ste ntl y
u nd
ers am
p l
ed
.B
ut, t
h i
s c o n cl
u si
o n c an n otb
e r each
ed w h
e n th
eA C G EH
cri
teri
oni
s th
e r el
e v a nt sta nd
a rd
.T h i
s stud y
us ed
ah
o ri
zontal
e
l
utri
ato rw h i
ch
si
z e-s el
e cts a c c o rd i
ng
to th
e BM
R C
c ri
te ri
a.W
h
at c a nb
e c o n cl
ud
ed i
s th
at th
em
etal
cy cl
o n e c o n si
ste ntl
y r ep
o rted
ah i g h
e r c o n c e ntr ati
o n th
a n th
e ny l
onc
y
cl
o ne.W
i
th
ou t a r el
e v antA C G I H
rel
ev an t sta nd
ard
,d
ete rm
i
ni
ng w h i
ch i
s "c or r e ct"
i
sv e r
y d i f fi
c ul
t.^ ^)V
erm
a et al
. c o nd
ucted
ah
a rd
ro ck
m
i
ni
ng f i
el d
stud y
c om p
a ri
ng
th
e 10 m m
n
y l
o n cy
cl
o n e to th
eSI
M
PE D S
a nd B C I R A m
etal
cy
cl
o n es.^
A g
ai
n, th
e r ef
e r e n ces a
m p l
erw
a s th
eh
o ri
z o ntal
el
u tri
ato rw h i
ch p
e rf
o rm
s a c c o rd i
ng
to th
eB
M
RC
c ri
te ri
a. In th i
s stud y
th
e ny l
on cy
cl
one r ep
orted
al
ow
er r e sp
i
rab l
e c onc entrati
o n c om p
a red
to th
em
etal
cy
cl
on es,b
ut th
ed i f f
e r en c ew
a s n ot stati
sti
c al l y
si g
ni f i
c a nt.S
am
p l i
ng
w
a sc o n
d
u cted i
nm i
n e sw i
th h i g h h
um i di
ti
e s.G i
v e n th
ei
nf
orm
ati
o ni
n th
eS
a ss-
K
o rts ak
et al
. study
c on c er ni
ng h
um i d i
ty
,w
ew
o ul d
e xp
e ct th
e ny l
o n cy
cl
o n e to rep
o rt r el
ati
v el y
h i g h
e r c o n c e ntr ati
ons,d
u e s ol
el y
toh
um i d i
ty
ef f
ects.S
o, th
e stati
sti
c al l y
nonsi g
ni f
ic antd i ff
e r e n c ei
sp
r ob
ab l
y c o r r e ct, gi
v en th i
sh
um i d
envi
r o nm
e nt.^
A
n oth
e r c o n c e r ni
s th
el i g h
y gp
, ^m
5 |
im
f
or th
eB
M
R C
.A l
s o, t
h
eB
M
R C d
ef i
ni
ti
onh
a s a sm
al l
erp
arti
cl
e si
ze rang
e, ~0
to7
1 n m
, th
an th
eA C G I H d
efi
ni
ti
on ,~0 to 1 0 ^
m
.
W
A
ni
ne s c ap
ab l
e er ro r o cc u r sw h
enr e s
p i
r ab l
ed
u st c o n c e ntr ati
o n s,f
r om
s am p l
e r s conf
orm i
ng
tod i f f
e r e nt cri
te ri
a, a r ec o
m p
a r ed
.K
ni g h
t et al
. al
s o c om
p
ared
th
e10
m m
ny l
o n cy
cl
o n e to th
eB C I R A
m
etal
c
y
cl
o n e, a nd
oth
e r si
z e- se
l
e cti
v e s am p l
e r s .(^>
A g
ai
n th
e r ef
e r e n c e s am p l
e rw
a s ah
o ri
z o ntal
el
utri
ato r.T h i
s stud y f
o im d
th
at th
e ny l
o n cycl
o n e s und
e r s am p l
ed
a nd
th
em
etal
cy
cl
on e s o v e r s am p l
ed
,w i
th
th
eB
M
RC
cri
teri
a a s th
e stand
ard
. Th
e s e si
z e-s e
l
e cti
v e s am p l
e r sw
e r e c om p
a r ed i
n th
el
ab
o r ato ry
, a sw
el l
asi
n th
ef i
el d
.T h
el
ab
or ato ry
a e r os ol
sw
ere com p
o s ed
of
12 5
\
im
si
e v ed
coal
(
5 0
%
r e sp i
r ab l
e)
and
c o
m m
erci
al l y
avai l
ab l
e si l i
c a s and
(
6 5
%
resp i
rab
l
e)
.T h
ef
i el
d
s am p l
i
ng w
a s c o nd
u cted
i
n ah
a rd
r o ck m i
ni
ng
e n vi
r o nm
e nt.T h
e sam p l i
ng
r esul
tsw
e r e v e ry
sim
i l
arf
or th
e tw
oe n v
i
r o nm
e nts.T h
e a uth
orsm
enti
on ch
a rg
eb
ui l d
up
a s c ontri b
uti
ng
to th
e ny l
o ncyc
l
o n e's u nd
e r sam p l i
ng
.T h
e a uth
o r sw
e nt s of
a r a s to state "I
tw
o ul d
ap p
e a rp
r ud
e ntto
b
ui l d
cy
cl
on e s a nd fi l
te rh
ol d
ersf
rom
m
etal
or s em i
-c ond
u ctor s r ath
er th
a ni
nsu
l
atorsto
m i
ni m i
ze su ch
ef f
e cts. "F i
n al l
y th
e auth
o r s s ai d
th
em
etal B C I R A i
sb
et te rf
orh
a rd
ro c
k m i
ni
ng
s am p l i
ng
th
a n th
e ny l
on cy
cl
one.O
n em
u stk
e ep i
nm i
nd
th
eB C IR A
c
y
cl
onei
sd
e si g
n ed
top
erf
orm
to th
e BM
R C
'
s cr
i
teri
a.S
o,
i
tsp
erf
orm
ance sh
o ul d
m
atch
th
eB
M
R C
's c ri
teri
ab
et ter th
an a s am p l
e rd
e si g
n ed
tom
e et th
eA C G I H
's c ri
te ri
a.T h
e a uth
o r sd i d g
o o n to say th
at th
e nyl
o n cycl
o n ei
s " ad
eq
u ate"
f
o r sam p l i
ng i
n th
e see n v
i
r onm
ents.^*)
T h
e o v e rwh
el m i
ng i
s s uew i
th
ny l
on cy
cl
one s se em
s tob
e el
e ctro stati
c ch
a rg i
ng
a
h
e ri
ng i
ts ef f
i ci
e n cy
.S
e v e r al
oth
e r a rti
cl
esi
nd i
c ate th
at ch
arg i
ng
ef f
e cts si g
ni f i
cantl y
a
l
te r th
ep
e rf
o rm
a n c e.C ^'^'^) Br
i
a nt et al
. c o
m p
a r ed
a cy
cl
o n e c o n str u cted
of g
r ap h i
tew i
th
a ny
l
o n c oati
ng, to a norm
al
nyl
on cycl
o n e.(^)
T h
to
b
ei
nfl
u e nc ed b y
el
e ctr o stati
c ef f
e cts.T h
e auth
or s of
th
e s e a rtic
l
e s r e c om m
end
th
atcyc
l
o n e sb
e c o n str u cted
of
el
ectri
c al l y
c o ndu
cti
ng m
ate ri
al
s.I
t s e em
s th
at c o ndu c
ting
o r s em
i
c o ndu c
tin
g
cy
cl
o n e s o utp
e rf
o rm
th
eir
ny l
o nc o u nte r
p
a rts.Y
et, th
ep
r ob l
em w i
th m
ak i
ng
th i
sd
e ci
si
o ni
s th
at th
e s e stud i
e sd i d
n ote v a
l
u ate thep
e rf
o rm
a n c e of
the si
z e-s el
e cti
v e s am p l
ers, us
i
ng
th
eA C G I H
c rit
e ri
a.A l l
r e
l
ated
stud i
e s u s e th
eB
M
R C
crit
e ri
a a s th
eb
a si
s of
c om p
ari
s on .T h
ep
rob l
em m
ay h
a v er e s u
lt
ed f
r om h
ow
th
e c rit
e ri
aw
e r ed
e v el
op
ed
.T h
eB
M
R C
c rit
erio n
i
sb
a s ed
o n th
ep
e rf
o rm
a n c e of
th
eh
o ri
z o ntal
el
utri
ato r,w h i l
e th
eA C G I H
cri
te ri
a r e sult
ed f
r om
th
eA
tom ic
E
n e rg y C
om m
i
s si
o n's(
A E C
)
m
ed ic a
l
stud i
e s of p
arti
cl
ede
p
o sit
i
o ni
n th
el
u ng
.T h
e si
z e sel
e ctive s am p l
e r th
atb
e st em
ul
ate s th
eB
M
R C
crit
erio
ni
s th
e sam p l
erw h i
ch is
b
as ed
o n theB
M
R C
c rit
e ri
o n.T h
eA C G I H d
efi
nit
i
oni
ti
s n ot th
at sim
p l
e.I
ti
sb
a s ed
o nt
h
e cum
ul
ati
v ep
r ob
ab i l i
t yf
u ncti
on of
a stand
a rdi
zed
n o rm
al
v ari
ab l
e, o r a
m
athemati
c al
r e
l
ati
o n sh i p
.T h
ed i f fi
c ul
ti
e s ari
s ew h
enw
e try tod
e si g
n am
a ch i
ne th
atw i l l p
erf
o rm
tot
h i
s c ri
te ri
o n,in
ste ad
of m
ak i
ng
the c rit
e ri
a "p
e rf
o rm
" to them
a ch i
ne, a s
w i
th
th
eB
M
R C
.A p
o ssi b l
ei
nte rp
r etatio
n of
th isi
s th
at no on e r eal l y k
n ow
sw h i
ch
sam p l
e rb
e ste
m
ul
ate s th
eA C G I H
cri
te ri
a;
th
e r ef
or e th
eA C G I H
cri
te ri
o ni
s not u sed b y i
n ve sti g
ato r sa s t
h
eb
asi
s of
c om p
ari
so nf
o r sam p l
e r e v al
uati
o n.G i
v e n th
e r e c om m
e nd
ati
o n s of
th
e pr e vi
o u sl
ym
e nti
o n ed
stud i
e s a cycl
o n ec o n str u cte
d
of
c o nd
ucti
ng
m
ate ri
al
s e em
s tob
e ap
r ud
e nt ch
oi
c e.T h
e rei
s a nu n v e
ri fi
ab le
su sp i
cio n
of
ove r sam p l i
ng
,
w h i
ch i f
s o,p
r ovi d
es am
o r e c ons e r v ati
veest
i m
ate of
exp
os u r e.U
si
ng
th
em
etal
cy
cl
one e rrs o n th
e si d
e of
s af
ety f
o r th
ee
m p l
oy
e e.T h
erei
s s ub
stantial
e vi d
en c e th
at th
e ny l
o n cy
cl
o n ei
s sub
j
e ct to el
e ctro stati
cc
h
arg
e, a n
d
c an r ep
ort a c onc en trati
onl
e ss th
an a ctu al
.T h i
s c onc er ni
s el i m i
n ated w i
tha cyc
l
o n e c o n str u cted
of
a c o nd
u cti
ng m
ate ri
al
. Th
e cy
cl
o n e us ed i
n th i
s stud y w
a sc onstr u cte
d
of
co nd
u cti
ng m
ateria
ls
,f
o rt h
e af
o rem
enti
o n ed
r ea s on s.A l
tho u
g h
th
eA C G I H
sp
e cifi
ed
cy
cl
o n e a s of
th i
sw
ri
tin
g i
s a10
-m m
ny l
o nc u ,
l y
p
s u
g g
e sted
a s th
e5 0
%
c ut.T h
e cy
clo
ne u sed i
n th i
s stud
yw i l l
n e ed
top
e rf
o rm
a c cord i
ng
to t
h
e n ew
c ri
te ri
a.T h i
si
s an ad d i
ti
onal
re a sonf
or not u si
ng
th
eA C G
IH
sp
e ci f i
ed
1 0
-m
m
ny l
on cy
cl
one.F i
n al l y
, th
e r e s ul
ts of
th
ep
r e vi
o u sl y m
e ntio
ned
stud ie s
ai d i
n th
e sam p l
e rse
l
e cti
onp
ro c e s s.Y
et c a r em
ustb
e tak
e nw h
e nd
i
re ct c om p
aris o n
s of
th
e stud i
e s a r ep
e rf
o rm
ed
,d
u e to th
e u s e of d i f f
e r e nt a e r o s ol
s.D i f f
e r e nt a e ro sol
sw i l l p
r od
u c edi f f
er e ntr esu
l
ts,d
ep
end i
ng
on th
ei
r si
zed i
stri b
uti
o n s.F
o r th
e th i
s study
th
e r el
ati
v ed i f f
e r e n ce sb
etw
e en s am p l
e r sw
e r e th
em
aj
o r c o n c e r n .T h
u s a ri g i d q
u a ntit
ati
v e a s s e s sm
e nti
s notn e e
d
ed
.T h
e ch
o s en stand
ard f
o r c om p
ari
sonin
th i
s stud y i
s th
e10
-m
m
stee
l
cy
cl
onep
r od
u ced b
yB G I
.T h
e sp
e ci fi
cm
od
el
num
b
e ris
th
eB G I
-4
.T h
ed i
m
e nsi
o n s of
th
ec
y
clo
n ep
rod
u c e a cu t at4
.0 m i
crom
ete rs, c o n sisten t
w i
th
th
e n ew A C G I H
cri
teri
a.T h
eB G I
-4h
as a ni
n n e rb
a r ri
e r top
r e v e nt o rm i
ni m i
z ep
a rti
cl
eb y p
a s s.I
ts steel
c o n str u ctionm i
nim
i
z e s ef f
e ctsd
u e to el
e ctrostati
c ch
arg i
ng
.T h i
s cy
cl
o n ei
s n ot sp
e ci f i
ed b y
th
eA C G IH
now
,b
utg i
v e ni
ts ad
v a ntag
e s,m
ay b
e sp
e ci f i
ed i
n th
ef
utu re.T h i
s cy
clo n
e8
M
E T H O D D E S C R I P T I O
N
A N D
TH E O R
Y
T h
ep
rop
os ed
m
eth
od
c o n si
st of
ah i g h
v ol
um
e ai
r s am p l
e,w i
th
a s ub
s eq
u e ntp
a rti
cl
e si
ze an al y
si
s u si
ng
al i q
ui d
s ed i
m
e ntati
o n te ch
ni q
ue.A h i g h
v ol
um
e ai
r s am
p l
e ri
s eq
ui p p
ed w i
th
a sta nd
a rd 8
x10 i
n ch g l
a s sfi b
e rfi l
te r, a n
d
al l
ow
ed
to r u n unti l
al
ay
e r of
p
a rti
cl
e s a c cum
ul
ate s.O
n c e th i
s "c a
k
e"h
a sf
orm
ed
th
e s am p l
ei
sr e ad
yf
or an al
ysis.T h
ef
orm
ati
on of
th
e c ak
eis
an ab
s ol
ute n e c e s sity f
or se v e r al
re as o n s.C
ak
ef
orm
ati
o ni
nsur e s th
at th
e r ei
s enoug h
r em
o v ab l
em
ate ri
al f
or anal
y si
s.W
i
th
out suf fi
ci
en tm
ate ri
al
t
h
e s ed i m
entati
on tech
ni q
uew i l l
lo s e
c onsi d
erab l
e a c c ura cy
, o rm
ak
e an al y
si
si m p
o s si b l
eF
u rth
e rm
o r e, c ak
ef
o rm
ati
on e nsu r e s th
at th
em
ate ri
al
r em
ov ed
f
o r anal
ysi
si
sr e
p
r e s e ntati
v e of
th
e a ero s ol
's sized i
stri b
uti
o n.A l
th
oug h
th
eg l
a s sfi b
erfi l
te rm
ay h
a v ean e
f f
ici
ency
cl
o s e to on ew i
th i
ni
ti
al
u s e, al l p
arti
cl
e s c ap
tu red
c a n n otb
e r em
o v ed f
o rana
l
ysi
s at th i
sp
oin t
.T h
e sm
al l
e rp
a rti
cl
e s te nd
to em b
ed d
e ep w i
th i
n th
efi l
te rm
ak i
ng
r e
m
o v al d i f f
i c ul
tA
n al y
sis
w i
th
out th
e s ep
a rti
cl
esw
oul d p
rod
u c e an al
te r ed d i
stri b
uti
on .So
, as th
ep
oresi
n th
efi l
te rb
e c om
efi l l
ed
, th
e c ak
ef
orm
s.T h
e sm
al l
e rp
artic
l
e sw i l l
e
m b
ed i
n th
e c ak
e, a s opp
o s ed
to th
efi l
te rit
s el f
.T h
u s,w h
en the c ak
ei
s r em
o v ed f
o ra n a
l y
si
s,i
t c o ntai
n s th
e sm
al l
e rp
a rti
cl
e s of
c o n c e rn .A f
ter s am p l
e c ol l
ecti
o n, th
ep
a rti
cl
es are r emoved f
r om
th
efi l
te rb y
s crap i
ng
th
ec a
k
ew i
th
ad
ul l
ed g
e.W
h
e n s c r ap i
ng th
ep
a rti
cl
e sf
r om
th
efi lt
e r, c ar e
m
u stb
e tak
e n n otto r e
m
o v efi l
te rm
ateri
al
.T h i
sm
ate ri
al
contri b
ute sm
a s s th
at c anb
em i
stak
e nl y
q
u anti fi
ed
a s aer osol i
zed p
artic
l
e s.P
reventi
ng
th i
si
nv a ri
ab l y
re sul
tsi
nm
ateri
al
r e
m
ai
ni
ng i
n th
efi l
te r.Y
et, th i
sis
not a co n c e r n a slo
ng
as a suff i
ci
ent c ak
eh
a sf
orm
ed
.T h
e r em
o v ed
p
artic
l
es ar e th
e np l
a c ed
i
nto a s ed i m
e ntati
onp i p
et tef
orf
r a cti
o n ati
o n.T h
ef
r a ctio n a
tio n
m
eth
od
w
asd
e v elo
p
ed b
y R
ei
st a nd C
r e ed
.(' °)
T h i
sm
eth
od i
sb
a s ed
o np
a rti
cl
e s et tl i
ng
vel
o ci
ty i
n am
ed i
um
,w
ate rf
o r th i
s stud y
. Th
eset t
l i
ng
v el
o ci
ty i
sd
eterm i
n ed b y S
tok
e s'l
aw
.P
a rti
cl
e s of d i f f
e rentd i
am
ete rsw i l l
r e a ch
d i f f
e r e nt te rm
i
n al
s et tl ing
v el
o ci
ti
e sg
g i
p
d i
am
eterp
arti
cl
e s.T h i
s rel
ati
onsh i p i
s r ep
res e nted b y
th
ef
ol l
ow i
ng f
orm
ul
a :'
4
(P
p - Pj
g tc
,^
'^
d
=p
arti
cl
ed
i
am
ete r(
cm
)
S
tok
e s'd i
am
ete r|
x = vi
s c o si
ty
of
m
ed i
um
(
g
cm
^*s e c'^
)
; . y =d i
sta n cep
arti
cl
eh
a sf
al le
n(
cm
)
Pp
=
d
e n si
ty
of p
a rti
cl
e(
g
cm
-3)
p
„ =d
ensi
ty
of m
ed i
um
(
g
cm
^^)
g
= a c c el
e r ati
o n of du e
tog
r a vi
ty(
cm
s ec ^)
t = ti m
e(
s e c)
C
j , = sl i p
c or r e cti
onf
a ctor,
1 f
or th
e si
ze rang
e of
c o nce rnT h
ed i
am
ete rp
r o vi d
ed b y
eq
uati
on(
1
)
i
s th
eS
tok
e s'D
i
am
eter .( " )T h
e
S
tok
es'di
am
ete ri
s th
e "d i
am
ete r of
a sp h
e r e of
th
e sam
ed
e nsi
ty
a s th
ep
arti
cl
ei
nq
u estio
nh
avi
ng
th
e sam
e s et tl in
g
v el
oci
ty
as th
atp
a rti
cl
e, "(i ^)Fo r t
h
ep
u rp
o s e of
th i
s stud y w
en e e
d
an a e rod y
nam i
cd i
am
ete r, a s opp
os ed
to aS
tok
e s'd i
am
ete r.T h
e a erod y
n am i
cd ia
m
ete ris
th
e "d ia
m
ete r of
a u ni
td
e n si
ty
sp h
er e(
d
e n si
t y = 1g /
cm
^)
h
a vi
ng
th
e s am
ea ero
d y
n am i
cp
rop
e rti
e s a s th
ep
a rti
cl
ei
nq
ue sti
on, "(^ i)
T h i
s state s t
h
at a sl
o ng
a s th
ete r
m i
n al
s et tl i
ng
v el
o ci
ti
e s of
tw
op
a rti
cl
e s a r e th
e s am
e, r eg
a rd l
e s s of p h
ysi
c al
si
z ea n
d/
o r sh
ap
e, th
ey w i l l h
a v ei d
enti
c al
a e rod y
n am i
cd i
am
ete rs.C^)
T
o c o nvert th
eS
tok
e s'd i
am
ete r to an a e r od y
nam i
cd i
am
ete r, th
eS
tok
e 's
d ia
m
eteri
sm
ul
ti p l i
ed b y
th
e sq
u arer o ot o
f
th
ep
arti
cle
'sd
en si
ty
.T h i
s tra n sf
orm
ati
o ni
s n ec e s s ary w h
en com p
ari
ng
th
es e
d i m
e ntati
o n te ch
ni q
u e's r e sul
ts to th
e cycl
o n e's r e s ul
ts,b
e c a u s e th
e cycl
o ne'sp
erf
o rm
a nc ei
sb
a s ed
on a erod y
nam i
cd i
am
eter.T h
ep
a rti
cl
e s of p
ri m
a ry i
nte resti
n th
e a nal
ysi
sw
er e c om p
o s ed
of q
u a rtz, th
u s th
ea
d
e n si
ty
of 2
.6 5g /
cm
w
a s u s ed i
n eq
u ati
o n(
1
)
.
T h
e u s e of
o n ed
e n si
ty tod
e s c ri b
e al l
pa rt
i
cl
e si
n th
e s am p l
e r e s ul
tsin
a n e r ro r.R
ei
st and C
r eed
,d
e vel
op
e r s of
th
e10
tr u e
p
arti
cl
ed
en si
ti
esw
e r e2
.0g/
cm
org
r e ater.T h
e us e of
a 2.6 5 g /
cm
v al
uef
o rd
e n sit
y w i l l
r e sul
tin
si g
ni fi
c an t er ro rw i
th p
artic
l
esh
a vi
ng
ad
e n si
ty l
ow
er th
a n 2.0
g
/
cm
^.
G i
v e n th
ep
arti
cle
siz e
i
nf
o rm
ati
o n,
d
ete rm i
n ed b y
eq
u ati
o n(
1)
, thep
e r c e ntage of
p
arti
cl
e s at a nyd
e si
r ed
siz e
ca nb
ed
e te rm
i
n ed
.T h is
is
a c c om p l i
sh
ed
u si
ng as e
d i m
e ntatio n
p i p
et te,f
il le
d w i
th wa te r and
th
em
ate ri
al
of
c o nc e r n.T h
e sed i
m
e ntati
onp i p
et te c o n si
sts of
a cy l i
nd
e r a nd
ap i p
ettew i
th a 3-w
a
y
stop
c o ck
th
at c a nb
efi
xed
at ag i
v e nh
ei g h
ti
nsi d
e th
e cyl i
nd
e r.A ft
e r ad d i
tio
n of w
ate r and m
ate ri
al
, t
h
e sy
stem i
ss
h
ak
e n to e n s u re c om p l
etem i
xi
ng
.A
t ti
m
ei
nte rval
s,
d
eterm i
n ed b y
eq
uatio n
(
1
)
10
m
l
a
l i q
u ots a r e r em
o v ed
a nd p l
a c ed in
top
rew
ei
gh
ed d
ryi
ngp
a n s.O
n c ed
ry
, th
em
a s sr e
m
ain
i
ng
o n th
ep
a n si
s us ed
top
r od
u c e th
ep
arti
cl
e siz e
d is
tri b
uti
o n.T h
e an al y
sis
w i l l
p
r od
u c e a pl
ot of p
arti
cle
si
z e v e r su sp
er c e ntl
es s th
a n th
at siz e
.A
n exam p l
ei
sp
ro vi d
ed
in
F i g
. 1.T h
ep
e rce ntag
e of p
arti
cl
e s at any d
e sir ed
size and
sm
al le r
c a nb
ef
o u nd f
rom
t
h is
p l
ot.T h
e r e ad
e ri
s ad
vi
s ed
to c o n s ul
t th
e o ri g i
n al
stud y b
yR
eis
t a nd C
r e ed
,f
o ra
d d it
io
n al d
etai l
s.A
sl i g h
tm
od i fi
catio n
of
th
eR
eis
t and C
reed
m
eth
od w
a s n eed
ed f
or th i
s stud
y.T h
ey state, "T h
ew
ei g h
t of
e a ch
s am p l
eis
e xp
r e s s ed
a s ap
e r c entage of
th
efi
r st s am
pl
ed
r aw
n tog i
v e th
ep
e r c e ntag
e of
th
e su sp
e nd
ed p
a rtic
ul
ate sh
a vin
g p
arti
cl
e siz e s
eq
u al
too r s
m
al l
e r th
a n th
atg i
v e nb
y eq
u ati
on(
1
)
. " (' °)T h is s
tates that al l f
r actio n s a r e
b
a s ed
o nthe
fi
r st al i q
uot thatis
d
raw
n.T h i
sp
r o c edu r e
s e em
ed
top
r odu c e
a n e r r o rb
etw
e en th
eH V
a nd
cy
cl
on em
ethod f
o rd
eterm i
ni
ng
r esp i
rab l
em
a s s c o nc e ntr ati
on .T h
e al
te r n ativ
em
eth
od
u s e s th
em
a s s ob
tai
ned f
rom
a th
e or eti
cal 10
m
l
al i q
u ot of
the
in
i
ti
al
c o nce ntr atio n
, a s th
ef
r am
e of
r ef
er e n c e.T h
ei
nit
i
al
co n c entrati
o n r ef
e rs to th
em
as s of m
ate ri
al in
the total
v olu
m
e of w
atex.T h i
sf
r am
e of
r ef
er enc ei
s n e ed
ed
, a so