凝结核粒子计数器校准规范

1凝结核粒子计数器校准规范ISO15900:2009气溶胶颗粒粒径分布的测量差分电迁移法(Determinationofparticlesizedistribution—DifferentialelectricalmobilityanalysisfoISO/DIS27891气溶胶颗粒数量浓度凝结核粒子计数器的校准(Aerosolparticlenumberconcentration—Calibrationofcondensationparticlecounters)凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3.2差分电迁移分离器differentialelectricalmo可根据电迁移率对气溶胶颗粒选择和分离，并得到单3.3法拉第杯气溶胶静电计Faraday-cupaerosolelectrometer(FCAE)3.4颗粒数量浓度particlenumb凝结核粒子计数器(英文全称CondensationParticleCounters,本规范中简称CPC)主要由饱和腔、冷凝腔、光学检测器(激光束、棱镜、检测腔、检测器)及流量控制系统四部分组成。图1是CPC的结构简图。CPC的工作原理为：当气溶胶通过饱和腔和冷凝腔体时，由于工作液过饱和蒸汽在颗粒表面的凝结，颗粒粒径会相应增大，2图1CPC的结构简图CPC的计量特性见表1,性能指标供校准时参考。表1CPC的计量特性零点流量示值误差6.1.1环境温度：(18～30)℃6.1.2相对湿度：20%～80%;6.1.3实验室洁净度：不低于10000级的洁净室或洁净区；6.2.1凝结核粒子计数器校准装置：颗粒浓度范围(50～10000)个/cm³,颗粒浓度校准结果不确定度优于3.5%(k=2),原理及组成参见附录A。6.2.2粒度标准物质：应使用国家有证标准物质，平均粒径应在(80～120)nm范围内，平均粒径相对不确定度不超过10%(k=2)。6.2.3皂膜流量计：测量范围(50～5000)mL/min,准确度等级不低于1.5级。37校准项目和校准方法校准项目可根据被校仪器的预期用途选择使用。对校准规范的偏离，应在校准证书将高效过滤器(对不小于0.1μm颗粒的过滤效率优于99.99%)连接到CPC的气溶胶入口处，并连续运行5min以上。之后记录30次的测量值C₀。根据公式(1)计算平均值C。作为CPC的零点。C。——CPC的零点，个/cm³;C₀,——第i次测量值，个/cm³。7.2流量示值误差7.2.1对于流量可调的CPC,在流量范围的1/3和2/3附近选取2个流量值作为校准点，对于流量固定的CPC,选取该流量值作为校准点。7.2.2将皂膜流量计连接到CPC的入口处，读取皂膜流量计的3次测量值，并计算其平均值Q₁。根据公式(2)计算CPC的采样流量误差，取绝对值最大的△。为流量示值误差。△a——流量误差；Q₃——CPC流量设定值，mL/min;Q₁——皂膜流量计的3次测量平均值，mL/min。7.3流量稳定性7.3.1对于流量可调的CPC,选取中间流量附近值作为校准点，对于流量固定的CPC,选取该流量值作为校准点。7.3.2将皂膜流量计连接到CPC的入口处，仪器稳定后记录皂膜流量计读数，然后在不调节流量的情况下连续运行15min,每3min记录皂膜流量计读数，共6次，按照公式中：Qmx——流量测量值中的最大值，mL/min;Qmin——流量测量值中的最小值，mL/min;Q₂——流量测量平均值，mL/min。47.4.1按照附录A连接校准装置。使用气溶胶发生器将粒度标准燥器、气溶胶中和器和差分电迁移分离器后得到单分散气溶标准物质浓度、调节洁净压缩空气和气溶胶发生器流量，将颗粒浓度控制在7000个/cm³附近。(200～400)个/cm³、(500～1000)个/cm³、(2000～3000)个/cm³和(6000~7000)个/cm³范围内。在每种浓度下，记录30s内的CPC和FCAE的测量结果，共计3次，计算3次测量结果的平均值Ccrc和CFCAE。7.4.3按照公式(4)计算得到不同浓度下凝结核粒子计数器的颗粒计数效率。Ccec——CPC的3次测量结果平均值，个/cm³;CrcAE——FCAE的3次测量结果平均值，个/cm³;7.5.1按照7.4.1方法，将差分电迁移分离器出口的颗粒浓度控制在7000个/cm³7.5.2待CPC稳定后，计算CPC在10s内的测量平均值，记作C;。重复上述测量10次，按公式(5)计算得到颗粒数量浓度测量重复性。C颗粒数量浓度10次测量平均值，个/cm³;5b)实验室名称和地址；c)进行校准的地点；d)校准证书编号、页码及总页数的标识；e)客户名称和地址；f)被校仪器的制造单位、名称、型号及编号；g)校准单位校准专用章；h)校准日期；i)校准所依据的技术规范名称及代号；j)本次校准所用有证标准物质和主要测量设备名称、型号、准确度等级或不确定度或最大允许误差、仪器编号、证书编号及有效期；k)校准时的环境温度、相对湿度；1)校准结果及其测量不确定度；m)对校准规范偏离的说明(若有);n)复校时间间隔的建议；o)“校准证书”的校准人、核验人、批准人签名及签发日期；p)校准结果仅对被校仪器本次测量有效的声明q)未经实验室书面批准，部分复制证书或报告无效的声明。9复校时间间隔CPC的复校时间间隔建议为1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。6凝结核粒子计数器校准装置本规范中，通过与已校准FCAE的比对，完成对CPC计数效率的校准。校准装置主要包括气溶胶发生器、差分电迁移分离器、气溶胶稀释器、FCAE等，如图A.1电迁该校准装置的工作原理为：经高效过滤器过滤的洁净压缩空气进入气溶胶发生器后，将装置中的单分散聚苯乙烯乳胶标准粒子雾化。产生达到玻耳兹曼电荷平衡，再经过差分电迁移分离器，最终产生表散气溶胶粒子。通过稀释、补充洁净空气、抽气等技术手段使得测量值与标准值进行比较(7.4.3中的公式4),从而实现对CPC计数效率的校准。凝结核粒子计数器校准装置：颗粒浓度校准范围(50～10000)个/cm³,颗粒浓度校准不确定度优于3.5%(k=2)。其中各主要性能指标分别列于A.2.1～A.2.7。采用喷雾原理，可将粒径在(50～150)nm范围内的聚苯乙烯标准颗粒雾化；且气溶胶颗粒浓度稳定可调，最高发生浓度应不低于40000个/cm³,5min内的稳定性优于1%。7最大流量至少为100L/min,且粒径不小于0.1μm的颗粒数量应不超过10/L。最大流量至少为3L/min,干燥后的气溶胶相对湿度应不高于40%。在(50～500)nm范围内可根据气溶胶颗粒电迁移率对其选择和分离，并得到几何标准偏差(GSD)小于1.1的单分散样品。校准证书中，气溶胶中携带p个电荷(p=1,2,3)颗粒百分比的相对标准不确定度优于0.7%。应至少具有2个气流通道。校准证书中，各通道颗粒浓度偏差的相对标准不确定度优于0.9%。稀释比在(2～100)倍范围内可调。校准证书中，稀释比的相对标准不确定度优于0.8%。可测量(3000～8000)个/cm³范围内的颗粒数量浓度。校准证书中，FCAE计数效率的相对标准不确定度优于1.0%。8颗粒计数效率校准的不确定度评定实例B.1校准方法简述及测量模型按本规范7.4进行仪器颗粒计数效率的校准。按公式(B.1)计算仪器的计数Ccpc1min内CPC的测量平均值，个/cm³;CrcAE——1min内FCAE的测量平均值，个/cm³;β——气溶胶分流器的通道偏差，无量纲量；f——气溶胶稀释器稀释比例，无量纲量；7gcAE——FCAE的计数效率，无量纲量；,——气溶胶颗粒中携带p个电荷颗粒的分数，无量纲量；P颗粒所带的电荷数，无量纲量。B.2不确定度计算公式从公式(B.1)可以看出，影响测量结果不确定度的因素主要有：CPC测量结果、FCAE测量结果、气溶胶分流器通道偏差、气溶胶稀释器稀释比例、FCAE的计数效率、多电荷效应修正。不确定度计算公式可由公式(B.1)导出。u₁(ncr)=√u²(Ccrc)+u:(β)+u(f)+u:(Crae)+u?(ηecne其中：u?(φ)为多电荷效应引入的相对不确定度。B.3不确定度分量的评定与计算B.3.1CPC测量结果Ccpc引入的不确定度分量由本规范7.4.2部分，CPC的测量结果为3次测量结果的平均值，测量结果见表B.1CPC的测量结果123测量结果个/个(cm³)B.3.2气溶胶分流器偏差β引入的不确定度经国家法定计量检定机构校准，气溶胶分流器的通道偏差β为0.9995,相对标准9不确定度ur(β)=0.86%。B.3.3稀释因子f引入的不确定度经国家法定计量检定机构校准，在(2～100)倍稀释比范围内，稀释因子的相对标由本规范7.4.2,FCAE的测量结果为3次测量结果的平均值，测量结果见表B.2。123测量结果/(个/cm³)经国家法定计量检定机构校准，在(10～20)fA范围内[对应的粒子浓度范围约为(3700～7400)个/cm³]FCAE的计数效率ηcAE为99.01%,校准引入的相对标准经国家法定计量检定机构校准，多电荷效应校准引入的相对标准不确定度u;(φ)此次校准结果的相对不确定度U,(ηcrc)=3.0%,k=2。凝结核粒子计数器校准原始记录仪器型号制造厂仪器编号校准时室内温度℃校准时室内相对湿度校准用名称生产厂家仪器型号仪器编号证书编号粒度标准物质1.零点2.流量示值误差示值误差4.颗粒计数效率测量点测量值(个/cm³)CPC的计数效率ηcp12345FCAE的计数效率ηFCAE=,气溶胶分流器通道的偏差β=.气溶胶颗粒中携带p个电荷颗粒的百分比。:₁=,φ2=,φ3=。5.颗粒计数重复性单位：个/cm³ 附录D校准证