氣溶膠光度計(jì)研發(fā)分析

王崢崎，胡廣勇，張雨晨

(北京市醫(yī)療器械檢驗(yàn)所，北京101111)

1 研發(fā)意義

氣溶膠光度計(jì)做為對(duì)高效過(guò)濾器及超高效過(guò)濾器檢漏的儀器已被業(yè)界看好，并已在美國(guó)等西方國(guó)家廣泛使用。目前，國(guó)內(nèi)各大GMP車間、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、科研單位及高效過(guò)濾器的生產(chǎn)廠家對(duì)過(guò)濾器的掃描檢漏有很大需求，但國(guó)內(nèi)也并未有廠家研發(fā)生產(chǎn)該儀器，市場(chǎng)上流通最多的氣溶膠光度計(jì)是美國(guó)ATI公司生產(chǎn)的TDA－2H型，該類儀器所采用的是前向光散射測(cè)量法，其結(jié)構(gòu)所采用的光學(xué)部件多，加工工藝復(fù)雜，雜散光處理困難，價(jià)格在人民幣20萬(wàn)元上下，售后服務(wù)不完善，儀器的維修及校準(zhǔn)時(shí)間長(zhǎng)。國(guó)產(chǎn)氣溶膠光度計(jì)是在此環(huán)境下衍生而出的產(chǎn)物。它不但簡(jiǎn)單有效的消除雜散光的影響，提高信噪比和檢測(cè)靈敏度，還可以促進(jìn)良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，使國(guó)內(nèi)用戶享受到更加優(yōu)惠的價(jià)格和更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，同時(shí)也會(huì)大大提升國(guó)內(nèi)高效過(guò)濾器的檢漏水平，從而提升潔凈空間、高等級(jí)實(shí)驗(yàn)室等重要場(chǎng)所的生物安全檢測(cè)水平。

2 技術(shù)重點(diǎn)分析

2.1 理論基礎(chǔ)

氣溶膠光度計(jì)的理論基礎(chǔ)即光的Mie射線理論，在入射波長(zhǎng)、入射光強(qiáng)、探測(cè)距離、被測(cè)粒子的尺寸參量、折射率、散射角等已知的情況下，散射光強(qiáng)就與粒子數(shù)濃度成正比，若已知粒子的相對(duì)密度，粒子數(shù)與質(zhì)量之比是個(gè)常數(shù)，所以散射光強(qiáng)與粒子的質(zhì)量濃度成正比。通過(guò)測(cè)量特定光路下氣溶膠引起的散射光強(qiáng)就可以達(dá)到間接測(cè)量氣溶膠濃度的目的。

2.2 設(shè)計(jì)原理

根據(jù)Mie氏射線原理，氣溶膠光度計(jì)與氣溶膠發(fā)生器配套使用可檢測(cè)高效過(guò)濾器及超高效過(guò)濾器的檢漏儀器。在被檢測(cè)高效過(guò)濾器上風(fēng)側(cè)發(fā)生PAO氣溶膠做為塵緣，在下風(fēng)側(cè)用氣溶膠光度計(jì)進(jìn)行掃描，通過(guò)對(duì)比高效過(guò)濾器兩側(cè)的氣溶膠濃度，計(jì)算泄露率。

式中:C上游——上游氣溶膠濃度，μg/L

C下游——下游氣溶膠濃度，μg/L

P——高效過(guò)濾器泄露率，%

E——高效過(guò)濾器過(guò)濾效率，%

PAO檢漏法示意圖

氣溶膠光度計(jì)的組成及其氣、電、光路的上下游關(guān)系，將其分成三個(gè)模塊:手持式采樣槍、測(cè)量腔(又稱散射腔)及電路和軟件。三個(gè)模塊對(duì)氣溶膠光度計(jì)都是不可或缺的，采樣槍、測(cè)量腔主要是在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面保證項(xiàng)目產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)，而電路和軟件則對(duì)產(chǎn)品的電磁兼容性和整機(jī)的操控性有較大的影響，需要反復(fù)的試驗(yàn)評(píng)價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.3 創(chuàng)新點(diǎn)及攻克的關(guān)鍵技術(shù)

氣溶膠光度計(jì)的難點(diǎn)是散射腔光散射信號(hào)的處理和光電信號(hào)的精確轉(zhuǎn)換，要屏蔽掉影響測(cè)試結(jié)果的各種“噪音”，提高光電信號(hào)輸出的增益，這些問(wèn)題需要在軟硬件上都要進(jìn)行有效地處理手段，研發(fā)人員通過(guò)理論結(jié)合大量試驗(yàn)的方法，先后完成了“一種防止大顆粒進(jìn)入光學(xué)檢測(cè)腔的方法”和“一種檢測(cè)氣溶膠質(zhì)量濃度的光學(xué)裝置”兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，也已申請(qǐng)了發(fā)明專利保護(hù)。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)研究人員對(duì)氣溶膠光度計(jì)人性化設(shè)計(jì)及大量驗(yàn)證試驗(yàn)，現(xiàn)生產(chǎn)的氣溶膠光度計(jì)不僅具備進(jìn)口產(chǎn)品性能穩(wěn)定、精度高等特點(diǎn)，還具備了在保證了粒徑分布及發(fā)煙量?jī)蓚€(gè)參數(shù)的條件下，整機(jī)重量小于進(jìn)口儀器，價(jià)格也是進(jìn)口儀器的一半，更符合了國(guó)內(nèi)用戶的需求。