北京宾达绿创科技有限公司(北京  100035)   朱一川   张   晶   毕昕
中国CDC环境与健康相关产品安全所(北京  100050)   刘   凡


摘要: 本文介绍了一种带有可高举至空调送风口的长采样管,具有强力抽气泵的便携式快速颗粒物(PM10)测定仪器―LD-5C型微电脑激光粉尘仪,文章分析了该仪器为了确保达到《公共场所集中空调通风系统卫生规范》附录C中对仪器性能和质量的各项要求,在仪器设计、生产过程控制以及强化质量管理等方面所采取的措施;介绍了仪器的检验方法和检测结果以及仪器在现场实际应用的情况。
关键词: 室内  卫生规范  空调送风  颗粒物检测  直读仪器  激光粉尘仪  浓度测定


一 概述
为了预防公共场所集中空调通风系统传播传染病,保护公众身体健康,卫生部组织制定了《公共场所集中空调通风系统卫生规范》,并于2006年2月16日通过卫生部卫监督发〔2006〕58号文件颁布实施。规范规定中央空调送风中可吸入颗粒物(PM10)浓度测定仪器为便携式直读仪器,并在附录C:“空调送风中可吸入颗粒物的检测方法”中对仪器的性能和质量要求作了明确规定:
1.PM10检测仪器为便携式直读仪器。
2.检测仪器颗粒物捕集特性应满足Da50=10±1.0mm,g=1.5±0.1的要求。
3.检测仪器的测定精密度误差小于10%。
4.检测仪器的总准确度误差(OSA)小于25%。
5.仪器测定范围优于0.01-10mg/m3。
6.检测仪器示值不是质量浓度的,须给出符合要求的质量浓度转换系数(K)值。
7.仪器使用前,应按仪器说明书要求对仪器进行检验与标定。
为了确保达到上述各项要求,在科技部创新基金支持下,我们在仪器设计、生产过程控制以及强化质量管理等方面采取了一系列措施,研发出具有新世纪国际先进水平的LD-5C型多功能微电脑激光粉尘仪。该仪器是带滤膜在线采样器的新型颗粒物测定仪,能在连续监测粉尘浓度的同时, 收集颗粒物样本,从而可对其成份进行分析,并求出质量浓度转换系数K值。该仪器直读颗粒物质量浓度(mg/m3), 具有PM10、PM5、PM2.5等多种切割器供选择.。仪器采用了强力抽气泵,特别适合于需配备长采样管的集中空调送风口PM10可吸入颗粒物浓度的检测。
本文将介绍仪器的创新设计、质控措施、检验方法、检测结果以及仪器在现场实际应用中确保监测质量的问题。

二 确保仪器质量的措施
1.创新设计是仪器具有高质量、高水平的基础
为了避免粉尘对仪器核心部件-光学系统的污染,设计了光路自清洗系统;
1.1 为了消除温度漂移、时间漂移等仪器的系统误差,设计了用高度稳定的内置光学部件(内装标准散射板)消除仪器系统误差的仪器自校准系统;研制了具有发射功率自稳定系统的超小型激光发射单元以及具有高稳定度、高灵敏度的微型激光接收器;
1.2 为消除零点漂移,通过计算机软件实现了仪器零点的自动调节;设计了气泵恒流控制器,确保采样流量恒定及PM10切割器准确;设计了模具化的专用强力抽气泵,以确保连接长采样管而不影响采样质量。
2.建立质量管理体系,强化质量管理,是实现产品化、保证仪器批量生产质量的关键:
我们按照ISO9001:2000 (GB/T19001:2000)国际质量管理体系的要求,建立了自己的质量管理体系,并取得CIC 国际质量管理体系认证证书(04007Q11410R1S)。根据质量管理体系,强化质量管理,确保批量产品质量的主要措施是:
2.1 建立“顾客至上,科技创新,优质高效,持续改进”的质量方针以及“粉尘仪的一次交检合格率达93%以上;顾客满意率95%以上”的质量目标;
2.2 质量控制从元器件、材料以及外协加工等仪器生产的源头抓起;
2.3 抓好包括管理活动,产品生产和持续改进等产品实现的各个过程,特别强化对产品实现起重要作用的产品生产过程的控制;
2.4 强化质量检验工作,建立元器件检验、外协加工件检验、工序检验、半成品检验、整机检验等各个环节的检验制度;
2.5 坚持做好内部和外部质量管理评审工作,确保质量管理体系的持续改进。
3. 坚持产品定期送交第三方权威部门进行检验,主动接受技术监督部门产品市场准入的管理,是确保产品质量的重要环节:
LD-5C型微电脑激光粉尘仪于2004年12月及2005年1月先后通过国家计量部门的检定,取得合格证书。

三 仪器的检验方法和检测结果
根据《公共场所集中空调通风系统卫生规范》附录C:“空调送风中可吸入颗粒物的检测方法”中对仪器的性能和质量要求的规定,我们对LD-5C型微电脑激光粉尘仪整机性能进行了测试。
1. 仪器负载能力的测试
仪器负载能力是测尘仪器的重要性能之一,只有负载能力足够大(《粉尘采样器通用技术条件》MT162-1995规定要求≧1000Pa),才能在气路阻力增大或变化的情况下(如仪器接可高举至空调送风口的长采样管),保持仪器流量恒定,从而确保PM10切割器颗粒物捕集特性达到质量要求。LD-5C仪器负载能力测试情况见图1和表1。

1  仪器负载能力测试结果

 

最大压力(Pa)

稳定启始压力(Pa)

有效供电电压V

稳定启动电压V

最大供电电流A

最大功耗W

可用负载压力Pa

3L/min

4835

231

5.92

4.04

0.185

1.10

4604

2L/min

8730

167

5.87

2.77

0.242

1.42

8562

1.5L/min

10458

143

5.81

2.21

0.213

1.24

10315

1L/min

14632

135

6.12

1.57

0.215

1.32

14496

500mL/min

16854

2477

7.57

2

0.205

1.17

14377

300mL/min

15508

10211

5.2

3.99

0.212

0.99

5297

100mL/min

16496

14138

4.86

4.3

0.174

0.87

2358

 

1. 

1.  仪器PM10切割器颗粒物捕集特性检测

2.1 检测方法

对待检的LD-5C激光粉尘仪P10切割器在其额定工作流量下,采用单分散相荧光素铵球形粒子(C20H15O5N)对其粒子捕集效率进行检测,切割器的检测数据经统计分析处理后,作为该P10切割器的粒子捕集性能。

2.2 检测结果

在空气动力学粒径5—18微米的范围内,产生7种不同粒径的单分散相球形粒子,分别测定切割器的捕集效率,得到不同粒径捕集效率的检测数据见下表2。测定结果表明,该切割器的粒子捕集性能满足《PM10采样器技术要求及检测方法》HJ/T 93-2003标准及《公共场所集中空调通风系统卫生规范》附录C中关于PM10采样器(da5010±0.5umsg1.5±0.1)的要求。

粒子捕集效率检测数据

空气动力学粒径da (um)

5.0

7.0

9.0

10.0

13.0

15.0

17.0

平均捕集效率  (%)    

93.4

9.4

61.0

50.2

23.6

12.5

5.8

 

根据检测数据得出该切割器粒子捕集效率的回归方程为:

                                         

             η96.921+6.1205da-1.6397da2+0.0568da3

 

式中      η-  粒子捕集效率,%;

          da -  粒子空气动力学直径,μm

回归结果  da50 =10.1μm 

                               

                                                       

3.  LD-5C型微电脑激光粉尘仪整机性能检测

3.1 检测项目  粉尘仪测定灵敏度、浓度测定相对误差、环境温度影响、粉尘仪总不确定度。

3. 2 检测条件

灵敏度:在一定浓度的标准粒子条件下粉尘仪测定值的相对误差;

测定误差:在不同浓度的标准粒子条件下粉尘仪测定值的相对误差;

温度影响:在一定浓度、不同环境温度下粉尘仪测定值的相对偏差;

总不确定度:与重量法比较,光散射法粉尘仪的总偏差,由粉尘仪的精密度和准确度计算得出。

3.2 检测结果      

检测结果见表3、表4、表5、表6和表7。在检测条件下,LD-5C激光粉尘仪灵敏度相对误差0.24%,浓度测定相对误差1.1%,环境温度变化20±10对该粉尘仪测定值造成的偏差小于2%,满足国家计量检定规程《光散射数字粉尘仪》(JJG846-93)中的有关技术要求;LD-5C激光粉尘仪实测精密度(MVC) 3.2%,总准确度(OSA14.9%,满足卫生部标准WS/T206-2001《公共场所空气中可吸入颗粒物测定方法-光散射法》及《公共场所集中空调通风系统卫生规范》附录C中的有关技术要求。

 

灵敏度检测数据

标准粒子

LD-5C

灵敏度

粒径

μm

浓度

(mg/m3

粉尘仪

编号

测定浓度

mg/m3

相对误差

()

0.6       2.10

600283           

    2.11

0.24

600327

2.10

 

浓度测定相对误差检测数据

标准粒子浓度

(㎎/m3

L D-5C

粉尘仪编号

测定结果

浓度(㎎/m3

浓度测定相对误差

()

0.052

600283

0.052

1.0

600327

0.053

0.110

600283

0.110

0.9

600327

0.112

0.518

600283

0.504

1.5

600327

0.516

1.11

600283

1.10

0.5

600327

1.11

2.20

600283

2.16

1.6

600327

2.23

 

环境温度变化的检测数据

环境温度

(℃)

LD-5C测定浓度

(㎎/m3

平均相对偏差

()

备注

10

0.597

1.7

20时的测定

值为参照值

20

0.600

0

30

0.610

0.5

 

6   LD-5C精密度(MVC) 检测数据

项目

浓度1

浓度2

浓度3

浓度4

浓度5

n=13

(n=13)

(n=13)

(n=13)

(n=13)

LD-5C测定均值

(㎎/m3

2.56

0.75

0.39

0.19

0.13

标准偏差

0.102

0.025

0.010

0.003

0.006

相对标准差

4.0

3.3

2.5

1.3

4.6

MVC

3.2

注: MVC为相对标准差的几何平均值

n 为测定样本数。

 

7   LD-5C准确度(b)检测数据

   

浓度1

浓度2

浓度3

浓度4

浓度5

 

n=6

(n=6)

(n=6)

(n=7)

(n=6)

重量法测定均值

(㎎/m3

3.25

1.45

1.01

0.67

0.14

LD-5C测定均值

(㎎/m3

3.81

1.46

0.96

0.61

0.12

   

0.56

0.01

0.04

0.06

0.02

相对偏差

17.3

0.6

4.4

9.6

10.8

b

8.5

注:b为相对偏差的算术平均值:

n为测定样本数。

 

粉尘仪的总准确度(OSA)为:                                                        

                 OSA =[\b\+2\ MVC \]=14.9

四、仪器在集中空调通风系统P10现场检测中的应用

1.       仪器质量浓度转换系数的确定

卫生部标准WS/T206-2001《公共场所空气中可吸入颗粒物测定方法-光散射法》附录B(标准附录)给出光散射法粉尘仪质量浓度转换系数K值如下表8

光散射法粉尘仪质量浓度转换系数K

 

密闭空调间

一般公共场所

可见光散射

数字粉尘仪K1

范围

建议值

范围

建议值

0.013~0.015

0.014

0.016~0.021

0.02

激光光散射

数字粉尘仪K2

范围

建议值

0.0007~0.0011

0.001

 

LD-5C 微电脑激光粉尘仪为激光光散射数字粉尘仪,集中空调通风系统检测现场属于公共场所,根据表8其质量浓度转换系数K值应为0.001。此K值为LD-5C型微电脑激光粉尘仪出厂时已设定的默认K值。

2.实际应用情况

2.1 LD-5c激光粉尘仪在广东地区应用情况

在广东省2个城市14家公共场所(宾馆和商场)对集中空调系统送风和室内空气PM10浓度进行了现场检测, 空调送风采用LD-5C激光粉尘仪,室内检测采用LD-3C激光粉尘仪,共获得空调送风和室内PM10检测数据74个。结果表明:空调送风PM10浓度与室内空气

PM10浓度之间有良好的相关性(见图2)。

2.2 LD-5C激光粉尘仪在北京的现场测试

在北京某酒店3个房间(高层、中层、低层)和1个楼道(高层)对集中空调系统送风和室内PM10浓度进行了现场检测,每房间两个送风口,每个送风口设两个测点,每个测点测试5次,共获得空调送风和室内PM10检测数据105个。由图3可见,空调送风PM10浓度与室内空气PM10浓度之间有良好的相关性。

 

2.3 LD-5C两台仪器的比较

在同一送风口,2LD-5C仪器在不同检测点上的数据比较见图4。由图可见,两台仪器的检测结果具有良好的一致性

讨论

LD-5C型微电脑激光粉尘仪研发和批量生产过程中,我们通过创新设计、对生产过程的有效控制以及强化质量管理,使其较好地达到了《公共场所集中空调通风系统卫生规范》附录C中对仪器精密度(MVC)、总准确度(OSA)以及PM10颗粒物捕集特性等各项技术要求,并经“中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所”“北京市计量检测科学研究院”检测得到验证。

LD5C型微电脑激光粉尘仪在额定流量2L/min下,负载能力达到8000Pa以上,从而可配备集中空调送风PM10测定所需的专用连接杆,能够使仪器的采样入口延伸至空调送风口下20㎝处,提高了测定数据的代表性。从广东省和北京市的实际应用亦表明,该仪器有良好的重现性,能有效满足《公共场所集中空调通风系统卫生规范》对仪器的质量要求。


2014年07月23日

P—5L2C型微电脑数字粉尘仪及光散射法在劳动作业场所粉尘监测中的应用
P—5L2C型微电脑数字粉尘仪及光散射法

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