檢驗設備氣溶膠發生器研發分析

王崢崎，王會如，張雨晨

(北京市醫療器械檢驗所，北京101111)

1 研發背景

隨著社會大眾對生物氣溶膠安全的日益重視，高效過濾器的安全有效便成為重中之重。以生物安全柜這類防護設備為例，之所以能起到對人、環境、產品安全的三保障，高效過濾器是基礎，它的過濾程度關系到最終的安全有效。作為高效過濾器的檢驗驗證，在國際上普遍認可的氣溶膠掃描法，主要原理是通過氣溶膠發生器均勻有效發生出我們需要的粒徑氣溶膠，把氣溶膠打到過濾器的上游位置，通過風壓使其經過高效過濾器，過濾后的氣體就可以達到我們所需潔凈環境，所以氣溶膠發生器發生出的氣溶膠對最終過濾效果起著很大影響。

至今國內沒有任何一家氣溶膠發生器的生產企

業，國際也不多，據了解只有兩家：ATI和TEC。在原理上兩家設計基本無區別，在價格上也比較昂貴，且維護保養、計量校準等都很不便利。在此背景上，我們潔凈環境檢驗室提出對氣溶膠發生器進行研發，以期在設計上、價格上和精度上等方面可更好的滿足中國的國情發展需要。

2 技術重點分析

2.1 氣溶膠發生器

氣溶膠發生器的理論基礎是Laskin噴嘴原理，將噴嘴浸沒在液體當中，通入氣體，當高速氣流從噴嘴排出來時，碰撞在液體表面，對于DOP、PAO等油類物質，由于空氣射流的攪動，在液體中產生了微小氣泡的濃泡沫，當這些氣泡在液體表面炸裂時，即可形成大量的氣溶膠顆粒，在空氣中形成氣溶膠態微粒，粒譜直徑從5μm到100μm(由不同噴嘴決定)，粒徑穩定，可長時間漂浮在空氣中。

2.2 粒度的難題

那粒徑怎么保持穩定呢？假設給你一只火柴盒和一把尺子，要求你告訴我它的大小。你可能回答火柴盒的大小是20×10×5 mm。但是你若回答“火柴盒的大小是20 mm”，這是不正確的，因為這僅僅是其大小的一個維度。你不可能用一個單獨的數字來描述一只三維的火柴盒的大小。對于復雜的形狀，比如一顆砂粒而言，情況變得更加困難。這就是粒度分析的一個基本問題，結合到我們的需求和實際，就需要了解平均值、中間值和最頻值這三個基本的統計值，這三個術語是很重要的，因為它們在統計和粒度分析中常常被誤用。

平均值，這是分布數據的某個算術平均值。可以計算出許多不同的顆粒平均值。中間值，這是把整個分布恰好平分成兩半的顆粒大小數值，即有50%分布在這個值之上，有50%在它之下。最頻值，這是頻率分布最常出現的數值，即頻率曲線的最高點。

圖1

圖2

假設我們的分布是正態或高斯分布。平均值、中間值和最頻值會恰好在相同的位置。參見圖1。但是假設我們的分布是雙峰的，如圖2所示。平均直徑幾乎恰好在所示的兩個分布之間。但實際上并沒有這個平均值大小的顆粒。中值粒徑在兩個分布中較高一個的1%內，因為分布恰好分為兩半的點。最頻值在較高曲線的頂部，因為這是最常出現的直徑數值。這個例子表明平均值、中間值和最頻值沒有理由是等同的或者甚至是相似的，它取決于分布的對稱性。

3 粒度分析

我們就利用粒度的特殊性，結合激光光衍射原理(馬爾文原理)，對我們研制的氣溶膠發生器的粒徑均勻性進行分析。見圖3、4。

圖4

如圖3、4所示，我們做的氣溶膠發生器用英國馬爾文粒徑分析儀對氣溶膠粒徑分布做了分析，2噴嘴PAO氣溶膠的中值直徑在0.5753μm。

4 結論

經過我們對粒度的研究和結果分析，發現氣溶膠發生器粒度均勻性和發生量符合設計及相關標準的要求，這也為下一步繼續對其穩定均一性及其維護保養等研究奠定了基礎，對生物安全領域也將起到重要的支撐作用，試想如果我們在其質量和價格上能有所改善，那就更容易普及到使用質驗一線上，對氣溶膠生物安全就會有進一步的提高。