口罩顆粒物泄漏率測(cè)試儀的校準(zhǔn)方法

劉素梅　戚海洋　潘孫強(qiáng)　胡朋兵　葉翔宇

摘 要：口罩是預(yù)防呼吸道傳染病的重要防護(hù)用品，確?？谡诸w粒物泄漏率測(cè)試儀的計(jì)量準(zhǔn)確性對(duì)于控制口罩防護(hù)性能具有十分重要的意義。依照氣溶膠發(fā)生-氣溶膠混勻-氣溶膠采集檢測(cè)這一技術(shù)路線，開(kāi)展氣溶膠發(fā)生介質(zhì)為NaCl顆粒物的口罩顆粒物泄漏率測(cè)試儀的校準(zhǔn)方法研究，具體涉及氣溶膠發(fā)生流量、氣溶膠顆粒物測(cè)試濃度、氣溶膠顆粒物粒徑分布及質(zhì)量中位徑、檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)氣溶膠顆粒物空間均勻性、氣溶膠采集流量、氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差等6個(gè)項(xiàng)目，確保氣溶膠發(fā)生、混勻、檢測(cè)3個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性，從而確?？谡诸w粒物泄漏率測(cè)試的量值準(zhǔn)確。文中重點(diǎn)對(duì)校準(zhǔn)設(shè)備的選取和校準(zhǔn)方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并通過(guò)實(shí)施校準(zhǔn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了相應(yīng)校準(zhǔn)方法的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：氣溶膠濃度；泄漏率；校準(zhǔn)；粒徑分布；空間均勻性

中圖分類號(hào)：TS174 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-265X（2023）06-0152-08

新型冠狀病毒感染、SARS、MERS以及甲流等呼吸道傳染病可以通過(guò)飛沫、氣溶膠、直接接觸傳播。新型冠狀病毒感染疫情發(fā)生以來(lái)，國(guó)家衛(wèi)健委發(fā)布《新型冠狀病毒感染不同風(fēng)險(xiǎn)人群防護(hù)指南》和《預(yù)防新型冠狀病毒感染的肺炎口罩使用指南》，指出口罩是預(yù)防呼吸道傳染病的重要防線，可以降低病毒感染風(fēng)險(xiǎn)。在污染天氣下， 口罩作為日常防護(hù)用品，公眾采用佩戴口罩來(lái)減少顆粒物暴露十分必要［1］。影響口罩防護(hù)性能的主要因素有兩個(gè)：一是口罩材料對(duì)顆粒物的過(guò)濾效率，二是口罩與佩戴者的適合性［2-3］。

GB 2626—2019《呼吸防護(hù) 自吸過(guò)濾式防顆粒物呼吸器》規(guī)定使用測(cè)試口罩泄漏率來(lái)評(píng)價(jià)口罩的適合性?？谡诸w粒物泄漏率測(cè)試儀（以下簡(jiǎn)稱“泄漏率測(cè)試儀”）是用于測(cè)定吸氣時(shí)從除過(guò)濾元件以外的口罩所有其他部件泄漏入口罩內(nèi)的顆粒物濃度與口罩外環(huán)境顆粒物濃度的比值。目前，泄漏率測(cè)試儀的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家眾多，但是普遍存在技術(shù)要求不統(tǒng)一、性能差異明顯等問(wèn)題。然而，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)泄漏率測(cè)試儀的性能檢測(cè)并未作規(guī)定和要求，儀器在使用中一旦出現(xiàn)計(jì)量特性問(wèn)題，將無(wú)法保證口罩產(chǎn)品防護(hù)效果，因此，確保泄漏率測(cè)試儀的計(jì)量準(zhǔn)確性對(duì)于控制口罩防護(hù)性能具有十分重要的意義。

本文根據(jù)“氣溶膠發(fā)生-氣溶膠混勻-氣溶膠采集檢測(cè)”技術(shù)路線開(kāi)展泄漏率測(cè)試儀的校準(zhǔn)方法研究，對(duì)氣溶膠發(fā)生介質(zhì)為NaCl顆粒物的泄漏率測(cè)試儀的各關(guān)鍵部件進(jìn)行校準(zhǔn)，以使泄漏率測(cè)試儀計(jì)量特性統(tǒng)一和測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，研究結(jié)果也可為發(fā)生介質(zhì)為油性顆粒物的泄漏率測(cè)試儀的校準(zhǔn)提供參考。

1 泄漏率測(cè)試儀工作原理

泄漏率測(cè)試儀的主要部件包括氣溶膠發(fā)生器、氣溶膠濃度監(jiān)測(cè)裝置及檢測(cè)倉(cāng)等［4］，如圖1所示。檢測(cè)倉(cāng)為可密閉倉(cāng)，配有大觀察窗，其內(nèi)部空間可容許受試者完成規(guī)定工作。氣溶膠發(fā)生器發(fā)生特定濃度及粒徑分布的氣溶膠顆粒物由檢測(cè)倉(cāng)頂部接口進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)，經(jīng)過(guò)混勻后從檢測(cè)倉(cāng)底部的排氣口排出［5］。在測(cè)試過(guò)程中，受試者在潔凈空氣區(qū)域佩戴好被測(cè)口罩，連接采樣管至氣溶膠濃度監(jiān)測(cè)裝置，受試者進(jìn)入倉(cāng)體后按照測(cè)試要求完成多個(gè)規(guī)定動(dòng)作［5］。在進(jìn)行每個(gè)動(dòng)作期間，同時(shí)監(jiān)測(cè)檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)和口罩內(nèi)的顆粒物濃度，按照式（1）計(jì)算獲得口罩的泄漏率LR：

LR/%=Ci/C0×100 （1）

式中：Ci為口罩內(nèi)的顆粒物濃度，mg/m3；C0為口罩外測(cè)試環(huán)境中的顆粒物濃度，mg/m3。

根據(jù)JJF 1094—2002《測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定》，測(cè)量?jī)x器示值誤差的評(píng)定方法有比較法、分部法和組合法，在不具備上級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的前提下采用分部測(cè)量法。由于目前尚不存在具備計(jì)量溯源性的泄漏率標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)設(shè)備或標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾膜，不具備比較法評(píng)定的條件［6］。根據(jù)儀器工作原理，可采用分部法對(duì)泄漏率測(cè)試儀的各關(guān)鍵部件的性能進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證，以確保其測(cè)量準(zhǔn)確性和一致性。主要考慮氣溶膠的發(fā)生性能、氣溶膠混勻性能和氣溶膠的采集檢測(cè)性能。氣溶膠的發(fā)生性能主要由氣溶膠的發(fā)生流量、濃度、空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布及質(zhì)量中位徑等因素決定，而氣溶膠采集檢測(cè)性能主要由氣溶膠采集流量和氣溶膠顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)量的準(zhǔn)確性決定。同時(shí)，由于檢測(cè)倉(cāng)空間較大，倉(cāng)體內(nèi)氣溶膠的均勻性對(duì)氣溶膠采集檢測(cè)有重要影響，因此需要對(duì)倉(cāng)內(nèi)氣溶膠顆粒物的空間均勻性進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證［7］。

2 校準(zhǔn)項(xiàng)目及校準(zhǔn)設(shè)備選擇

結(jié)合GB 2626—2019《呼吸防護(hù) 自吸過(guò)濾式防顆粒物呼吸器》相關(guān)規(guī)定和實(shí)際測(cè)試需求，確定校準(zhǔn)項(xiàng)目如表1所示。針對(duì)氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差，標(biāo)準(zhǔn)中給出了顆粒物檢測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍和精度，對(duì)檢測(cè)器檢測(cè)得到的質(zhì)量濃度示值并沒(méi)有給出要求，而通過(guò)式（1）可知，泄漏率是測(cè)量口罩內(nèi)外的顆粒物濃度的比值，所以對(duì)于這個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)在校準(zhǔn)過(guò)程中應(yīng)給出最大允許誤差的要求以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前，國(guó)內(nèi)外泄漏率測(cè)試儀的氣溶膠濃度監(jiān)測(cè)裝置大部分都是基于光度計(jì)原理設(shè)計(jì)的，參考JJF 1800—2020《氣溶膠光度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》中對(duì)氣溶膠光度計(jì)質(zhì)量濃度示值誤差的要求，發(fā)生介質(zhì)為NaCl顆粒物的泄漏率測(cè)試儀中氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差給出±30%的參考要求。

表2列出了所需校準(zhǔn)設(shè)備情況。針對(duì)氣溶膠發(fā)生流量的校準(zhǔn)，由于設(shè)備的發(fā)生流量較大，且為氣體流量，所以選擇羅茨流量計(jì)作為校準(zhǔn)設(shè)備。針對(duì)氣溶膠采集流量的校準(zhǔn)，顆粒物檢測(cè)器的流量范圍在0.5～4.0 L/min，最大允許誤差為±5%，根據(jù)JJF 1094—2002《測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定》中的基本要求，評(píng)定示值誤差的不確定度與被評(píng)定測(cè)量?jī)x器的最大允許誤差的絕對(duì)值之比應(yīng)小于或等于1∶3，所以選定最大允許誤差為±1%的氣體標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)作為校準(zhǔn)設(shè)備。

精密氣溶膠光度計(jì)用于氣溶膠顆粒物測(cè)試濃度、氣溶膠顆粒物空間均勻性和氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差的校準(zhǔn)?？紤]到被檢儀器氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差的最大允許誤差為±30%，作為校準(zhǔn)裝置使用的精密氣溶膠光度計(jì)的質(zhì)量濃度最大允許誤差為±10%。另外，用氣溶膠光度計(jì)測(cè)量氣溶膠顆粒物測(cè)試濃度時(shí)，對(duì)顆粒物本身材質(zhì)、形狀是敏感的，所以在校準(zhǔn)前，應(yīng)按照J(rèn)JF 1800—2020《氣溶膠光度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》附錄A的方法使用相對(duì)應(yīng)的氣溶膠進(jìn)行校準(zhǔn)。

掃描電遷移率粒徑譜儀用于氣溶膠顆粒物空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布及質(zhì)量中位徑的校準(zhǔn)［8］。在顆粒物粒徑譜測(cè)量技術(shù)方面，目前可選擇的測(cè)量?jī)x器有空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀、光學(xué)粒徑譜儀和電遷移率粒徑譜儀?？諝鈩?dòng)力學(xué)粒徑譜儀和光學(xué)粒徑譜儀主要是針對(duì)大粒徑氣溶膠粒徑譜的測(cè)量，典型的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀測(cè)量粒徑測(cè)量范圍下限為0.5 μm，配合不同光學(xué)模塊的光學(xué)粒徑譜儀測(cè)量粒徑范圍的下限為0.2 μm，且光學(xué)粒徑譜儀對(duì)氣溶膠的形狀和種類是敏感的，相對(duì)其它粒徑譜測(cè)量技術(shù)測(cè)量準(zhǔn)確度不高。電遷移率粒徑譜儀是測(cè)量1 μm以下粒徑的主要工具。在口罩顆粒物泄漏率測(cè)試中，氣溶膠顆粒物空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布為0.02～2 μm，氣溶膠顆粒物質(zhì)量中位徑為0.6 μm，所以選擇掃描電遷移率粒徑譜儀作為校準(zhǔn)設(shè)備。掃描電遷移率粒徑譜儀包含差分電遷移分離器和凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器（CPC）兩個(gè)部分。差分電遷移分離器用于分離出單一粒徑的氣溶膠顆粒，分離出的氣溶膠顆粒通入CPC后得到該粒徑的氣溶膠數(shù)濃度，從而獲得氣溶膠的粒徑譜分布，得到氣溶膠的計(jì)數(shù)中位徑，進(jìn)一步獲得氣溶膠的質(zhì)量中位徑。圖2給出了氣溶膠顆粒物空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布及質(zhì)量中位徑的校準(zhǔn)原理。

式（2）為計(jì)數(shù)中位徑（CMD）和質(zhì)量中位徑（MMD）的換算公式。

DMMD=DCMDexp（3ln2σg） （2）

式中：DMMD為顆粒物質(zhì)量中位徑，μm；DCMD為顆粒物計(jì)數(shù)中位徑，μm；σg為顆粒物粒度幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差。

需要說(shuō)明的是，掃描電遷移率粒徑譜儀中的關(guān)鍵部件為中和器，目前中和器只有兩類，第一類是放射性中和器，通過(guò)放射性元素的衰變發(fā)射α（正電）或β（負(fù)電）粒子來(lái)給顆粒物充電，另一類是非發(fā)射性中和器，它是利用電產(chǎn)生X射線或高壓直接給顆粒物充電，可以看出無(wú)論是哪一類中和器都不適合搬運(yùn)，所以氣溶膠顆粒物空氣動(dòng)力學(xué)粒徑分布及質(zhì)量中位徑的校準(zhǔn)需要將泄漏率測(cè)試儀的發(fā)生部分拆卸后帶回實(shí)驗(yàn)室完成校準(zhǔn)，無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。

3 校準(zhǔn)方法及校準(zhǔn)試驗(yàn)

依照表1中的校準(zhǔn)項(xiàng)目開(kāi)展研究，提出了相應(yīng)的校準(zhǔn)方法，并對(duì)3家應(yīng)用機(jī)構(gòu)的不同泄漏率測(cè)試儀進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)，機(jī)構(gòu)1為第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)2和機(jī)構(gòu)3是泄漏率測(cè)試儀的應(yīng)用企業(yè)，儀器基本信息如表3所示。因流量的校準(zhǔn)方法非常成熟，本文不作詳細(xì)闡述，下文中以機(jī)構(gòu)1的泄漏率測(cè)試儀為例重點(diǎn)介紹氣溶膠顆粒物測(cè)試濃度、粒徑與分布、檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)氣溶膠顆粒物空間均勻性、氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差等項(xiàng)目的校準(zhǔn)方法。

應(yīng)用機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)1機(jī)構(gòu)2機(jī)構(gòu)3型號(hào)LB-XL01ZH-XLL01CM-XLL01

3.1 氣溶膠顆粒物測(cè)試濃度

氣溶膠顆粒物測(cè)試濃度的校準(zhǔn)是為了確保倉(cāng)內(nèi)的本底濃度可以達(dá)到泄漏率測(cè)試需要。校準(zhǔn)時(shí)，調(diào)節(jié)儀器至正常測(cè)試模式，待氣溶膠穩(wěn)定后，利用精密

氣溶膠光度計(jì)通過(guò)軟管抽取檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)氣溶膠進(jìn)行濃度測(cè)量。重復(fù)測(cè)量6次，取6次測(cè)量的算術(shù)平均值作為氣溶膠顆粒物測(cè)試濃度的測(cè)量結(jié)果。顆粒物濃度的測(cè)試結(jié)果如表4所示。

3.2 氣溶膠顆粒物粒徑分布及質(zhì)量中位徑

開(kāi)展氣溶膠顆粒物粒徑分布校準(zhǔn)時(shí)，將氣溶膠發(fā)生器發(fā)生的氣溶膠通入動(dòng)態(tài)混勻箱中，同時(shí)將潔凈空氣通入動(dòng)態(tài)混勻箱中進(jìn)行稀釋，稀釋后的氣溶膠通過(guò)掃描電遷移率粒徑譜儀進(jìn)行粒徑分布的測(cè)量和記錄。記錄計(jì)數(shù)中位粒徑與幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差，并依據(jù)式（2）中的計(jì)算方法將計(jì)數(shù)中位徑（CMD）換算成質(zhì)量中位徑（MMD）。按上述方法重復(fù)測(cè)量3次，計(jì)算得到的質(zhì)量中位徑的算術(shù)平均值作為氣溶膠顆粒物質(zhì)量中位徑的測(cè)量結(jié)果。氣溶膠顆粒物測(cè)試濃度的測(cè)試結(jié)果如表5所示。檢測(cè)得到氣溶膠顆粒物空氣動(dòng)力學(xué)的粒徑分布范圍為0.02～0.71 μm，通過(guò)換算得到的質(zhì)量中位徑平均值為0.589 μm。圖3展示了測(cè)量得到的氣溶膠粒徑分布譜圖。

3.3 氣溶膠顆粒物空間均勻性

檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)氣溶膠顆粒物空間均勻性保證了測(cè)試結(jié)果隨機(jī)誤差的可控性［9］。如圖4所示，選取檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)離地高度為1.5、1.8 m及倉(cāng)體的中央平面作為測(cè)試平面，每個(gè)測(cè)試平面的選點(diǎn)如圖5所示，每個(gè)測(cè)試平面共測(cè)5個(gè)點(diǎn)。測(cè)試平面高度的選取是考慮到口罩泄漏率測(cè)試時(shí)是由真人站在倉(cāng)體內(nèi)佩戴口罩完成測(cè)試的，成年人的身高范圍大多在1.5～1.8 m范圍內(nèi)，且檢測(cè)倉(cāng)體一般總高在2.2～2.8 m左右，倉(cāng)體內(nèi)中央平面的位置一般在1.5 m以下。利用精密氣溶膠光度計(jì)通過(guò)軟管抽取每個(gè)點(diǎn)位處氣溶膠進(jìn)行濃度測(cè)量，每個(gè)點(diǎn)位處重復(fù)測(cè)量6次，取6次測(cè)量的算術(shù)平均值作為該點(diǎn)位處氣溶膠濃度的測(cè)量結(jié)果。根據(jù)式（3）計(jì)算得到檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)氣溶膠顆粒物空間均勻性s。

式中：Cmin為氣溶膠濃度的最小值，mg/m3；為氣溶膠濃度的平均值，mg/m3。

氣溶膠顆粒物空間均勻性測(cè)量結(jié)果如圖6所示，根據(jù)式（3）計(jì)算得到氣溶膠顆粒物空間均勻性為7.03%。

3.4 氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差

氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差是泄漏率測(cè)試儀校準(zhǔn)的關(guān)鍵項(xiàng)目。若儀器的氣溶膠濃度監(jiān)測(cè)裝置是由兩臺(tái)單獨(dú)的氣溶膠質(zhì)量濃度檢測(cè)儀測(cè)量上下游的氣溶膠濃度，則采用兩臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)精密光度計(jì)分別對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)；若儀器本身的上下游濃度為同一個(gè)采樣口，是通過(guò)一臺(tái)氣溶膠質(zhì)量濃度檢測(cè)儀以切換的方式測(cè)量上下游的氣溶膠濃度時(shí)，則采用一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)精密氣溶膠光度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)［10］。下文以兩臺(tái)單獨(dú)的氣溶膠質(zhì)量濃度檢測(cè)儀進(jìn)行說(shuō)明，單臺(tái)氣溶膠質(zhì)量濃度檢測(cè)儀校準(zhǔn)方法相同。

分別測(cè)量氣溶膠質(zhì)量濃度檢測(cè)儀在高、中、低3個(gè)濃度范圍的氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差，其中高濃度范圍為4～12 mg/m3，中濃度范圍為0.2～1.6 mg/m3，低濃度范圍為0.04～0.2 mg/m3。對(duì)高中低濃度范圍的選取作以下說(shuō)明：根據(jù)GB 2626—2019對(duì)于不同類型口罩泄漏性及對(duì)發(fā)生濃度的要求，檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)的氣溶膠濃度為4～12 mg/m3，上游氣溶膠質(zhì)量濃度檢測(cè)儀用于檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)的氣溶膠濃度，所以高濃度范圍即選擇為檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)的氣溶膠質(zhì)量濃度范圍。當(dāng)校準(zhǔn)濃度點(diǎn)選取在0.2 mg/m3時(shí)，若倉(cāng)內(nèi)的氣溶膠質(zhì)量濃度為標(biāo)準(zhǔn)中要求的下限4 mg/m3，此時(shí)計(jì)算得到的泄漏率為5%，那么通過(guò)該濃度點(diǎn)的校準(zhǔn)即可保證隨棄式面罩及可更換式半面罩以每個(gè)動(dòng)作的泄漏率為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)時(shí)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。若此時(shí)倉(cāng)內(nèi)的氣溶膠質(zhì)量濃度為標(biāo)準(zhǔn)中要求的上限12 mg/m3，計(jì)算得到的泄漏率為1.6%，即可保證KN/P100、可更換式半面罩以人的總體泄漏率為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)時(shí)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以選取0.2 mg/m3作為中濃度校準(zhǔn)范圍的下限。同時(shí)考慮到標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)泄漏率的最低要求為KN/P90口罩以每個(gè)動(dòng)作的泄漏率為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)時(shí)的泄漏率，其指標(biāo)值為13%，對(duì)應(yīng)倉(cāng)內(nèi)發(fā)生質(zhì)量濃度為12 mg/m3時(shí)，下游氣溶膠質(zhì)量濃度檢測(cè)儀的示數(shù)應(yīng)為1.56 mg/m3，所以選取1.6 mg/m3作為濃度范圍的上限。GB 2626—2019中對(duì)顆粒物檢測(cè)器的精度要求為1%，對(duì)應(yīng)倉(cāng)內(nèi)質(zhì)量濃度為4 mg/m3時(shí)，下游氣溶膠質(zhì)量濃度檢測(cè)儀的示數(shù)為0.04 mg/m3，所以校準(zhǔn)時(shí)選取的低濃度范圍為0.04～0.2 mg/m3。

儀器在正常測(cè)試狀態(tài)下，進(jìn)行高濃度范圍的氣溶膠質(zhì)量濃度測(cè)量。將一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)精密氣溶膠光度計(jì)（精密光度計(jì)1）和儀器上游氣溶膠光度計(jì)通過(guò)氣溶膠分流裝置并聯(lián)后接入檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)，將另一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)精密氣溶膠光度計(jì)（精密光度計(jì)2）和儀器下游氣溶膠光度計(jì)通過(guò)氣溶膠分流裝置并聯(lián)后接入檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)。同時(shí)記錄兩臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)精密氣溶膠光度計(jì)、儀器上下游氣溶膠光度計(jì)測(cè)量的氣溶膠濃度，測(cè)量時(shí)間為10 min，每30 s記錄一次數(shù)據(jù)。

中、低濃度范圍測(cè)量時(shí)，將儀器檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)的氣溶膠通入動(dòng)態(tài)混勻箱中，同時(shí)將潔凈空氣通入動(dòng)態(tài)混勻箱中進(jìn)行稀釋，將動(dòng)態(tài)混勻箱出口處的氣溶膠濃度稀釋到中、低濃度范圍。氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差校準(zhǔn)方法同高濃度范圍。

通過(guò)式（4）計(jì)算儀器在高、中、低3個(gè)濃度范圍下氣溶膠質(zhì)量濃度的示值誤差ΔC：

式中：Cm為氣溶膠濃度測(cè)量值，mg/m3；Cs為氣溶膠濃度標(biāo)準(zhǔn)值，mg/m3。

氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差測(cè)量結(jié)果如表6所示，上游氣溶膠濃度檢測(cè)儀質(zhì)量濃度示值誤差在高、中、低濃度范圍分別為2.04%、-2.76%和13.02%，下游氣溶膠濃度檢測(cè)儀質(zhì)量濃度示值誤差在高、中、低濃度范圍分別為-1.09%、-0.70%和2.08%。

3.5 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析

按照上述同樣方法對(duì)另外兩家應(yīng)用機(jī)構(gòu)的泄漏率測(cè)試儀進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)量結(jié)果如表7所示?？梢?jiàn)，3家機(jī)構(gòu)的泄漏率校準(zhǔn)結(jié)果均能滿足參考要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

驗(yàn)證泄漏率測(cè)試儀的測(cè)量準(zhǔn)確性和一致性，需要對(duì)氣溶膠的發(fā)生和采集流量、氣溶膠顆粒物測(cè)試濃度、檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)氣溶膠顆粒物的空間均勻性、氣溶膠顆粒物粒徑分布及質(zhì)量中位徑、氣溶膠質(zhì)量濃度示值誤差等項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)對(duì)應(yīng)用機(jī)構(gòu)的泄漏率測(cè)試儀的試驗(yàn)結(jié)果分析，較好地驗(yàn)證了本文所提出校準(zhǔn)方法的可行性與有效性。此外，泄漏率測(cè)試儀在完成計(jì)量性能驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，由于實(shí)際測(cè)試時(shí)需要受試者佩戴口罩做規(guī)定動(dòng)作，動(dòng)作幅度大小不同、口罩和人臉的貼合性不同，也會(huì)導(dǎo)致泄漏率測(cè)試結(jié)果的不同［11］，因此也需要進(jìn)一步規(guī)范受試者的動(dòng)作等情況，減少人為因素的不一致性，以更有效地判斷儀器是否符合口罩標(biāo)準(zhǔn)的要求。

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Calibrationmethods of a respirator particle leakage rate tester for masks

LIU Sumei QI Haiyang 3， PAN Sunqiang 3， HU Penbing 3， YE Xiangyu4

Abstract： Masks are an important defense line to prevent respiratory infectious diseases. The mask respirator particle leakage rate tester is used to measure the ratio of the particle matter concentration that leaks into the mask from all other parts except the filter element of the mask to ambient particle matter concentration outside the mask during inhalation. At present， there are many domestic manufacturers of mask respirator particle leakage rate testers， but there are some common problems such as inconsistent technical parameters and obvious differences performance of different instruments. However， the existing standards do not make requirements for the performance detection. In other words， under the current circumstances， the accuracy of mask particle leakage rate tests cannot be guaranteed. Thus， it is of great significance to ensure the measurement accuracy of particle leakage rate testers for controlling the protective performance of masks.

The mask respirator particle leakage rate tester generally consists of an aerosol generator， aerosol concentration monitoring devices and a test chamber. The test chamber is airtight in which human subjects can complete the required motions. The aerosol generator generates aerosol particles with the specific concentration and size distribution. The generated aerosol particles are imported into the test chamber through the top interface. After active mixing， it is discharged from the exhaust port at the bottom of the test chamber. Human subjects perform multiple required actions. During each action， the particle matter concentration in the test chamber and the mask was monitored simultaneously. Thus， the leakage rate of masks can be calculated.

As there is no standard test equipment or standard filtration membrane with metrological traceability forthe leakage rate at present， the conditions for comparative evaluation are not available. According to the working principle of the tester， the performance of each key component of the tester needs to be measured and verified by the partial method to ensure the accuracy and consistency of the measurement， including aerosol generation performance， aerosol mixing performance and aerosol collection and detection performance.

In this paper，according to the technical route of aerosol generation-aerosol mixing-aerosol collection and detection， the metrological calibration method of the mask particulate leakage rate tester is studied. Specifically， it involves six items， namely flow rate of aerosol generation， test concentration of aerosol， particle size distribution and median diameter of tested aerosol， aerosol particle space uniformity in the test chamber， flow rate of aerosol collection， and indication error of aerosol mass concentration. These calibration items ensure the accuracy of aerosol generation， mixing and detection， respectively. Thus， the accuracy of mask particle leakage rate tests is guaranteed.

In thisstudy， the selection of calibration equipment and calibration methods are described in detail. The feasibility and effectiveness of the proposed calibration methods are verified by the analysis of the calibration results of the particulate matter leakage tester of different application institutions.

Keywords： aerosol concentration; leakage rate; calibration; particle size distribution; spatial uniformity

收稿日期：20230407 網(wǎng)絡(luò)出版日期：20230606

基金項(xiàng)目：浙江省市場(chǎng)監(jiān)管科技計(jì)劃項(xiàng)目（20210106）；浙江省“尖兵”“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2022C03065，2022C03162，2022C03084）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2020YFC1522704）；浙江省萬(wàn)人計(jì)劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項(xiàng)目（2019R52038）

作者簡(jiǎn)介：劉素梅（1983—），女，浙江義烏人，碩士，主要從事顆粒物相關(guān)計(jì)量檢測(cè)技術(shù)方面的研究。

通信作者：戚海洋，E-mail：haiyang_qi@yeah.net