高效空氣過(guò)濾器效率檢測(cè)儀器相關(guān)問(wèn)題的分析
高效空氣過(guò)濾器效率測(cè)試方法各國(guó)并不統(tǒng)一，其中應(yīng)用較廣的有ＤＯＰ法、鈉焰法和粒子計(jì)數(shù)法 （ 含 ＭＰＰＳ 法），所謂 ＭＰＰＳ 法是指， 根據(jù)歐洲人的經(jīng)驗(yàn)， 對(duì)于高效過(guò)濾器，最易穿透粒子粒徑 （ ｍｏｓｔ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｓｉｚｅ， 簡(jiǎn)稱ＭＰＰＳ） 在 ０．１!ｍ ￣０．２５!ｍ 之間的某一點(diǎn)， 先確定測(cè)試條件最易穿透粒子粒徑， 然后連續(xù)掃描測(cè)量過(guò)濾器對(duì)該粒徑粒子的過(guò)濾效果， 歐洲人將此方法稱為 ＭＰＰＳ法 。各測(cè)［１］試方法一般都由氣溶膠發(fā)生系統(tǒng)、風(fēng)道系統(tǒng)和取樣檢測(cè)系統(tǒng)三部分組成，其中風(fēng)道系統(tǒng)、流量測(cè)量裝置和取樣系統(tǒng)都是通用的技術(shù)，差別不大； 各測(cè)試方法的主要差別在于測(cè)試氣溶膠的穩(wěn)定發(fā)生和氣溶膠濃度準(zhǔn)確檢測(cè)這兩個(gè)方面。實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中要求氣溶膠發(fā)生系統(tǒng)發(fā)生特定粒徑、濃度穩(wěn)定、分散度和可重復(fù)性較好的人工氣溶膠作為測(cè)試塵源，然后采用相應(yīng)的檢測(cè)儀器測(cè)試過(guò)濾器上下游氣溶膠濃度，再由下游和上游濃度之比計(jì)算出被測(cè)過(guò)濾器的透過(guò)率， 最后計(jì)算出過(guò)濾器的過(guò)濾效率。各測(cè)試方法發(fā)生的氣溶膠種類不盡相同， 檢測(cè)儀器也差別較大。和現(xiàn)有的主要的測(cè)試方法相對(duì)應(yīng)， 高效空氣過(guò)濾器效率檢測(cè)儀器主要有三種：光度計(jì) （火焰光度計(jì)）、光學(xué) （激光） 粒子計(jì)數(shù)器和凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器。這三種檢測(cè)儀器都是通過(guò)將粒子的散射光轉(zhuǎn)化成可測(cè)得的物理量 （ 電流或電位） 而進(jìn)行濃度測(cè)量的。但在靈敏度、檢測(cè)范圍， 儀器復(fù)雜程度等方面還是有較大差異 （ 表 １） 。本文對(duì)這三種檢測(cè)儀器的檢測(cè)原理， 基本構(gòu)成進(jìn)行介紹并指出各自在應(yīng)用中存在的問(wèn)題， 旨在為高效空氣過(guò)濾器的效率測(cè)試提供參考。
１ 光度計(jì)
１．１ 光度計(jì)檢測(cè)原理
美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn) ＭＩＬ－ＳＴＤ－２８２ 推薦的 ＤＯＰ 法是使用范圍較廣， 影響較大的高效過(guò)濾器性能測(cè)試方法， 其濃度檢測(cè)儀器為前向光散射式光度計(jì)， 光源為白熾燈， 用一個(gè)高靈敏度的光電倍增管作為光學(xué)檢測(cè)儀器。光度計(jì)通過(guò)粒子在光敏感腔中散射光強(qiáng)度來(lái)判定粒子的質(zhì)量濃度的， 并且假定所有的粒子的粒徑都近似單分散 （０．３!ｍ）， 檢測(cè)的是 “熱 ＤＯＰ 法”發(fā)生的質(zhì)量中值直徑為 ０．３!ｍ 的測(cè)試氣溶膠粒子。
１．２ 光度計(jì)實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題
實(shí)際應(yīng)用中光度計(jì)存在的問(wèn)題主要有：
（１） 光度計(jì)雖然對(duì)高濃度的氣溶膠測(cè)量較為準(zhǔn)確， 但是其靈敏度隨著濃度的降低而降低， 并且衰減的非常厲害。為測(cè)量高效空氣過(guò)濾器下游很低的粒子濃度， 光度倍增管的零點(diǎn)必須經(jīng)常調(diào)整以補(bǔ)償其噪聲漂移， 因此， 光度計(jì)不能檢測(cè)透過(guò)率小于 ０．０００１ 的高效空氣過(guò)濾器， 對(duì)于超高效空氣過(guò)濾器則更是無(wú)法檢測(cè)， 這是光度計(jì)主要缺陷。
表1高效空氣過(guò)濾器效率檢測(cè)儀器比較
（２）光度計(jì)對(duì)氣溶膠的分散度較為敏感， 因此， 測(cè)試氣溶膠的分散度應(yīng)和光度計(jì)校準(zhǔn)時(shí)用的氣溶膠的分散度保持一致， 為滿足這種要求， 一般的氣溶膠發(fā)生器做的復(fù)雜而體積龐大。
（３） 為了克服零點(diǎn)漂移， 過(guò)濾器檢測(cè)時(shí)要求上游的濃度必須足夠的高， 高濃度的測(cè)試氣溶膠一方面對(duì)氣溶膠發(fā)生裝置提出很高的要求， 另一方面對(duì)過(guò)濾器本身也會(huì)產(chǎn)生污染。
（４） 由于檢測(cè)過(guò)程中要求下游濃度不能太低， 所以下游的氣溶膠對(duì)于潔凈室或者檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室都會(huì)產(chǎn)生污染。光度計(jì)是適用范圍較廣、影響較大的 ＤＯＰ 法采用的濃度檢測(cè)儀器， 但由于其在實(shí)際應(yīng)用中存在的諸多缺陷， 使其應(yīng)用受到限制， 歐洲標(biāo)準(zhǔn) ＥＮ－ １８２２ 已不推薦使用光度計(jì)，［１］美國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)推薦標(biāo)準(zhǔn) ＩＥＳＴ ＲＰ－ ＣＣ－ ０３４ 也只是在高效過(guò)濾器的掃描檢漏推薦使用該檢測(cè)儀器 。 ［２］
２ 火焰光度計(jì)
２．１ 火焰光度計(jì)原理及構(gòu)成
鈉焰法采用的氣溶膠源為固態(tài)氯化鈉氣溶膠粒子， 粒子濃度檢測(cè)儀器為火焰光度計(jì)。其簡(jiǎn)單構(gòu)造如圖 １ 所示，檢測(cè)原理為： 采樣氯化鈉氣溶膠在燃燒器里和氫氣混合而燃燒， 鈉原子燃燒時(shí)發(fā)出波長(zhǎng)為 ５８９ｎｍ 的黃光， 黃光的強(qiáng)度和氯化鈉氣溶膠的質(zhì)量濃度成正比， 火焰燃燒發(fā)出的光通過(guò)濾波片后只剩下黃光， 然后通過(guò)高靈敏度的光電倍增管將黃光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)， 而電信號(hào)的強(qiáng)弱和氯化鈉氣溶膠的質(zhì)量濃度成一定的比例關(guān)系， 通過(guò)檢測(cè)電信號(hào)可以測(cè)的氣溶膠濃度的大小 。［３］
２．２ 火焰光度計(jì)實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題
實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中， 火焰光度計(jì)存在的問(wèn)題主要有：
（１） 必須配備燃燒器和氫氣發(fā)生裝置， 這樣使得檢測(cè)部分就變得龐大而復(fù)雜。
（２） 檢測(cè)靈敏度不夠高， 不能對(duì)超高效過(guò)濾器進(jìn)行檢測(cè)， 對(duì)于低濃度的氣溶膠誤差較大， 因此要求發(fā)生高濃度的氣溶膠；
（３） 對(duì)小粒徑粒子的檢測(cè)變得困難而且誤差很大， 這是由于火焰光度計(jì)檢測(cè)的是氣溶膠的質(zhì)量濃度， 而氣溶膠的質(zhì)量濃度正比于粒徑的三次方， 粒徑越小， 誤差越大。
（４） 對(duì)測(cè)試氣溶膠選擇單一， 只能檢測(cè)氯化鈉氣溶膠的濃度， 而鈉焰法的噴霧裝置復(fù)雜而體積龐大， 限制了鈉焰法的升級(jí)改造。
３ 光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器
３．１ 光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)原理及構(gòu)成
光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器是檢測(cè)潔凈環(huán)境中塵埃顆粒的儀器。它是以塵埃顆粒在白光或激光束中產(chǎn)生的光散射現(xiàn)象為原理設(shè)計(jì)而成的。即當(dāng)空氣中塵埃粒子隨采樣氣流通過(guò)光敏感區(qū)時(shí)， 產(chǎn)生與其粒徑相關(guān)的散射光脈沖， 光學(xué)系統(tǒng)將散射光收集于光電轉(zhuǎn)換器件， 光電轉(zhuǎn)換器件將光脈沖信號(hào)變?yōu)橄鄳?yīng)的電脈沖信號(hào)， 信號(hào)處理系統(tǒng)將電脈沖信號(hào)放大， 并經(jīng)幅度甄別器甄別后由微處理器處理， 最后得到各檔粒徑的塵埃粒子數(shù)。其結(jié)構(gòu)原理如圖 ２ 所示， 其中， 圖（ａ） 表示的是整體結(jié)構(gòu)， 圖（ｂ）表示的是采樣口處的氣流情況［４］。
光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器采用的光源不同， 檢測(cè)的粒徑范圍也有差別。普通的以白熾燈為光源的粒子計(jì)數(shù)器不能對(duì)低于０．３ 微米的粒子進(jìn)行檢測(cè)， 以 Ｈｅ－ Ｎｅ 激光或者 Ｈｅ－ Ｃｄ 激光為光源的激光粒子計(jì)數(shù)器可以分別檢測(cè)到 ０．１ 微米和 ０．０６微米的粒子。
３．２ 光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器的優(yōu)缺點(diǎn)分析
光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器優(yōu)點(diǎn)是靈敏度較高， 對(duì)氣溶膠的選擇余地較大， 而且能夠同時(shí)測(cè)量粒子的數(shù)量濃度和粒徑大小。根據(jù)過(guò)濾理論， 過(guò)濾材料對(duì)不同粒徑粒子的過(guò)濾效率是不一樣的， 因此在實(shí)際應(yīng)用中人們關(guān)注的是對(duì)某一特定粒徑的過(guò)濾效率。而光度計(jì)測(cè)量的是粒子的質(zhì)量濃度（ｍｇ／Ｌ），得到的是過(guò)濾總效率， 不能獲得粒子的粒徑信息。
光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器在實(shí)際應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題是需要經(jīng)常的調(diào)整和校準(zhǔn)。實(shí)際檢測(cè)工作中發(fā)現(xiàn)： 校準(zhǔn)過(guò)的不同廠家生產(chǎn)的不同型號(hào)的粒子計(jì)數(shù)器， 對(duì)統(tǒng)一潔凈區(qū)域進(jìn)行潔凈度檢測(cè)時(shí)， 測(cè)量結(jié)果相差很大， 甚至超過(guò) １００％， 即使是同一廠家生產(chǎn)的同一型號(hào)的多臺(tái)粒子計(jì)數(shù)器進(jìn)行比較測(cè)量時(shí)， 測(cè)量結(jié)果也平均相差 ２０％。因此粒子計(jì)數(shù)器不但出廠前需要采用標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)方法和精密的校準(zhǔn)儀器進(jìn)行出廠標(biāo)定， 而且在使用工程中， 每隔一段時(shí)間就需要標(biāo)定。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每隔 １ 年就需要標(biāo)定一次 。另外，由于［５］光散射粒子計(jì)數(shù)器都是單個(gè)粒子計(jì)數(shù)的， 如果采樣的氣溶膠濃度越大， 則計(jì)數(shù)重疊誤差越大， 因此， 上游濃度的測(cè)量一般要求使用稀釋器， 而稀釋器的使用一方面增加檢測(cè)儀器的成本， 另一方面也會(huì)造成較大的稀釋誤差。
４ 凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器
４．１ 凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器粒子計(jì)數(shù)原理及簡(jiǎn)單構(gòu)成
凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器是通過(guò)“云形成”的原理而計(jì)數(shù)的， 即讓氣溶膠粒子（ 作為凝結(jié)核） 通過(guò)熱的醇蒸汽（ 正丁醇） 然后恒溫冷凝， 讓正丁醇蒸汽冷凝包裹在氣溶膠粒子（ 凝結(jié)核）外面而使粒子“長(zhǎng)大“， 長(zhǎng)大的粒子最后進(jìn)入光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)散射光的強(qiáng)度而獲得粒子的數(shù)量濃度。因此， 凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器只能測(cè)量氣溶膠粒子的數(shù)量濃度， 而丟失了粒子粒徑、形狀等信息。凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器一般由三大部分組成： 飽和器、冷凝器和光學(xué)計(jì)數(shù)系統(tǒng)（ 見(jiàn)圖 ３） 。
４．２ 凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器的優(yōu)缺點(diǎn)分析
和其他高效過(guò)濾器檢測(cè)儀器相比， 凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器有著其明顯的優(yōu)點(diǎn)： 在凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器中， 亞微米氣溶膠粒子被包裹一層油 （ 正丁醇） 而 “長(zhǎng)大”成大粒子， 然后再對(duì)大粒子測(cè)量， 這樣可以對(duì)粒徑小至 ０．０１ 微米的粒子濃度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量 。使用凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器對(duì)高效空［６］氣過(guò)濾器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)， 理想情況下可以使用任何種類的氣溶膠。ＣＮＣ 有兩種計(jì)數(shù)模式， 即單顆粒計(jì)數(shù)模式 （ｓｉｎｇｌｅ－ｐａｒｔｉｃｌｅ－ ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｍｏｄｅ） 和光度計(jì)模式 （ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｅ）。當(dāng)氣溶膠濃度低于 １０００ 粒／ｃｍ３ 時(shí)采用單顆粒計(jì)數(shù)模式， 該模式下氣溶膠粒子是一顆一顆地進(jìn)入光學(xué)檢測(cè)區(qū)的， 因此能夠檢測(cè)濃度非常低 （ ０．０１ 粒／ｃｍ３） 的粒子。當(dāng)氣溶膠濃度高于 １０００ 粒／ｃｍ３ 時(shí)采用光度計(jì)模式， 該模式下大量氣溶膠粒子同時(shí)進(jìn)入光檢測(cè)區(qū)， 然后測(cè)量粒子總散射光強(qiáng)， 從而獲得氣溶膠粒子濃度。由于這兩種計(jì)數(shù)模式的存在， 使得凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器濃度測(cè)量范圍非常廣， 從 ０．０１ 粒／ｃｍ３到 １０７ 粒／ｃｍ３ 。隨著濾紙過(guò)濾效率的提高， 高效空氣過(guò)［７］濾器的透過(guò)率越來(lái)越低， 使得效率檢測(cè)過(guò)程中， 下游的濃度非常的低， 一般的粒子計(jì)數(shù)器都檢測(cè)不到， 要想提高下游濃度， 必須加大上游濃度， 其結(jié)果是， 上游必須使用高稀釋倍數(shù)的稀釋器， 高濃度氣溶膠一方面發(fā)生較困難， 另一方面也會(huì)對(duì)被測(cè)過(guò)濾器造成污染， 而稀釋器的使用一方面增加檢測(cè)的設(shè)備成本， 另一方面還會(huì)造成大的稀釋誤差， 影響效率檢測(cè)的準(zhǔn)確度。凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器由于濃度檢測(cè)范圍非常廣， 靈敏度高， 克服了光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器的上述缺陷。
凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器只能檢測(cè)到顆粒物的數(shù)量濃度， 丟失了粒子粒徑等方面的信息， 因此， 如果使用凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器作為濃度檢測(cè)儀器， 則需發(fā)生已知粒徑的單分散氣溶膠。歐洲標(biāo)準(zhǔn) ＥＮ－ １８２２ 推薦凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器作為高效空氣過(guò)濾器檢測(cè)儀器時(shí)， 要求發(fā)生單分散的測(cè)試氣溶膠。而單分散氣溶膠相對(duì)多分散氣溶膠發(fā)生困難且代價(jià)昂貴，因此， 以單分散氣溶膠為測(cè)試氣溶膠， 凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器為檢測(cè)儀器來(lái)測(cè)試高效空氣過(guò)濾器的過(guò)濾效率盡管是最為準(zhǔn)確的一種方法。由于單分散氣溶膠發(fā)生困難， 造價(jià)昂貴等原因， 使得目前這種方法的使用受到一定的限制， 但可以預(yù)知， 隨著空氣潔凈技術(shù)的發(fā)展和高效空氣過(guò)濾器檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步， 這種檢測(cè)方法將會(huì)是未來(lái)一個(gè)發(fā)展方向。
５ 結(jié)論
（１） 光度計(jì)和火焰光度計(jì)是對(duì)應(yīng)于 ＤＯＰ 法和鈉焰法的濃度檢測(cè)儀器， 檢測(cè)的是測(cè)試氣溶膠的質(zhì)量濃度， 但由于其靈敏度較低， 對(duì)氣溶膠選擇余地較小， 也無(wú)法實(shí)現(xiàn)超高效過(guò)濾器的檢測(cè)， 隨著空氣潔凈技術(shù)的發(fā)展和檢測(cè)手段的進(jìn)步， 粒子計(jì)數(shù)法已經(jīng)成為主流的測(cè)試方法， 光度計(jì)和火焰光度計(jì)的使用將受到限制。
（ ２） 粒子計(jì)數(shù)法為當(dāng)前國(guó)際上 ＨＥＰＡ／ＵＬＰＡ 主流測(cè)試方法， 檢測(cè)儀器為粒子計(jì)數(shù)器。其靈敏度較高， 對(duì)氣溶膠的選擇余地較大， 而且能夠同時(shí)測(cè)量粒子的數(shù)量濃度和粒徑大小， 因此使用較廣。但是實(shí)際使用過(guò)程中需要經(jīng)常的校準(zhǔn)和調(diào)整， 上游濃度測(cè)試需要使用稀釋器。盡管如此，它依然是目前主要的高效過(guò)濾器效率檢測(cè)儀器。
（３） 凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器能夠檢測(cè)亞微米氣溶膠粒子的數(shù)量濃度， 檢測(cè)濃度范圍廣， 靈敏度高， 對(duì)氣溶膠種類的選擇余地大， 但是需要發(fā)生粒徑已知的單分散氣溶膠作為測(cè)試塵源。倘若單分散氣溶膠發(fā)生的關(guān)鍵技術(shù)能夠解決，則凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器將成為最為理想的高效空氣過(guò)濾器效率檢測(cè)儀器。 可以預(yù)知， 隨著高效空氣過(guò)濾器檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步， 這種檢測(cè)儀器將是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向。
５ 附件：空氣過(guò)濾器圖集
1） 高效空氣過(guò)濾器
超高效空氣過(guò)濾器
H14高效空氣過(guò)濾器
有隔板高效空氣過(guò)濾器
中效袋式過(guò)濾器
中效板式過(guò)濾器
初效袋式過(guò)濾器
初效過(guò)濾器
空調(diào)過(guò)濾器