气溶胶荷电过程广泛存在于自然大气中,也广泛应用于气体净化和亚微米颗粒物测量等领域。亚微米颗粒物的电迁移率粒径谱测量与粒径筛分需要气溶胶荷电器,颗粒物在气溶胶荷电器中与离子相互碰撞,形成一定的荷电分布(不同比例颗粒物携带不同电荷数)。荷电分布是影响亚微米颗粒物测量准确性的关键因素。常用于粒径谱测量的双极荷电器(正负离子同时存在)中的颗粒物荷电分布易波动,会影响粒径谱的定量测量。颗粒物带多个电荷后的电迁移率会与带一个电荷的小颗粒物相同,导致基于电迁移率的粒径筛分不准确,这种多电荷现象在单极荷电器中更为严重。因此,需要对如何准确计算和有效调控气溶胶荷电分布进行研究。为提高粒径谱测量及反演的准确性,提出了新的双极荷电分布计算方法与粒径谱反演方法,并结合理论研究开发了粒径谱测量的新方法。本研究改变传统的只测量带正电或者带负电颗粒物的思路,根据双极荷电本质,综合考虑正负带电颗粒物。根据正负带电颗粒物的原始数浓度分布,推算出正负离子电迁移率比,进而修正已有公式计算颗粒物荷电分布。发现在典型应用条件下,5-500纳米范围内颗粒物的正荷电分布与负荷电分布之和不随离子变化的规律,根据该规律可反演得出较准确的颗粒物粒径谱。以上新荷电分布计算方法及粒径谱反演方法均能避免由荷电分布变化带来的粒径谱反演不准确问题,用实验气溶胶验证这些方法,发现能将粒径谱积分获得的数浓度的误差降低到4%以内。根据这两种新方法,研发了新型双极粒径谱仪,可有效应用于大气颗粒物粒径谱测量中。理论研究了单荷电比例变化规律,提出单荷电比例调节方法,并应用于两种新型单极荷电器的研发。单极荷电器的单荷电比例由离子浓度与颗粒物停留时间决定,可通过调节离子浓度来调节单荷电比例。针对小型电迁移率粒径谱仪,设计、评估并对比了小型板式和管式电晕荷电器,荷电器均运行在低电晕电流下,以降低离子浓度,提高单荷电比例。板式荷电器与管式荷电器表观荷电效率相当,但多电荷效应更小,适用于更精确的粒径筛分。基于板式荷电器,设计了一台小型粒径谱仪,该粒径谱仪可有效应用于颗粒物粒径谱测量。基于管式荷电器,设计并评估了环状静电气溶胶分析仪,可扩展小型粒径谱仪的粒径测量范围。针对分粒径化学组分测量的荷电需求,设计了软X射线单极荷电器替代放射性元素荷电器,在5 lpm流量条件下,对20纳米以下颗粒物能达到与以往研究相当的表观荷电效率。