JJF(京)72021PM10和PM2.5切割器校准规范

JJF（京）

中华人民共和国地方计量技术规范

JJF（京）78－2021

PM10和PM2.5切割器校准规范

CalibrationSpecificationforParticleSeparateDeviceof

PM10andPM2.5

2021-4-2发布2021-5-2实施

北京市市场监督管理局发布

JJF（京）78-2021

PM10和PM2.5切割器校准规范

1适用范围

本规范适用于额定采样流量为16.7L/min的PM10和PM2.5切割器的校准，其

他采样流量的切割器可以参照。

2术语和定义

空气动力学直径aerodynamicdiameter

3

指单位密度（ρ0=1g/cm）的球体，在静止空气中作低雷诺数运动时，达到与

实际粒子相同的最终沉降速度时的直径。

颗粒物（粒径小于等于10μm）particulatematter（PM10）

空气动力学直径小于或等于10μm的气溶胶粒子。

颗粒物（粒径小于等于2.5μm）particulatematter（PM2.5）

空气动力学直径小于或等于2.5μm的气溶胶粒子。

50%切割粒径（Da50）50%cutpoint

指切割器对颗粒物的捕集效率为50%时所对应的粒子空气动力学直径。

捕集效率的几何标准差（σg）geometricstandarddeviationofsamplingefficiency

切割器对颗粒物的捕集效率为16%时对应的粒子空气动力学直径Da16与捕

集效率为50%时对应的粒子空气动力学直径Da50的比值；捕集效率为50%时对

应的粒子空气动力学直径Da50与捕集效率为84%时对应的粒子空气动力学直径

Da84的比值。

3概述

PM10和PM2.5切割器是PM10和PM2.5监测仪或采样器上可拆装、组合的重

要器件。PM10切割器是指对环境空气中空气动力学直径小于等于10μm的颗粒

物具有分离功能的器件。PM2.5切割器是指对环境空气中空气动力学直径小于等

于2.5μm的颗粒物具有分离功能的器件。工作原理是利用不同动力学直径的粒

子运动惯性和轨迹的不同，将不同粒径粒子进行分离；根据结构的不同又分为旋

风式、撞击式、虚拟撞击式等。

4计量特性

50%切割粒径（Da50）

PM10切割器：Da50=（10±0.5）μm。

1

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PM2.5切割器：Da50=（2.5±0.2）μm。

捕集效率的几何标准差

PM10切割器：σg=1.5±0.1。

PM2.5切割器：σg=1.2±0.1。

注：以上指标不适用于合格判定，仅供参考。

5校准条件

环境条件

温度(15～30)℃，相对湿度≤85%。

校准用标准器及配套设备

5.2.1单分散颗粒物标准物质

校准过程中使用的国家有证单分散颗粒物标准物质的粒径要求见表1及表

2，粒子粒径的扩展不确定度Ur≤3%（k=2）。

表1.PM10实验粒子的粒径要求

实验粒子的空气动力学直径Da（μm）

12345678

3±0.55±0.57±0.59±0.511±1.013±1.015±1.017±1.0

表2.PM2.5实验粒子的粒径要求

实验粒子的空气动力学直径Da（μm）

12345678

1.5±0.252.0±0.252.2±0.252.5±0.252.8±0.253.0±0.253.5±0.254.0±0.5

5.2.2空气动力学粒径谱仪

空气动力学粒径测量范围：（0.5～20）μm，粒径测量结果扩展不确定度：

Ur≤10%(k=2)，颗粒计数重复性≤5%。

5.2.3切割器校准装置

产生的颗粒物气溶胶浓度在一个检测周期内稳定性偏差≤5%，均匀性偏差≤

5%。

6校准项目和校准方法

50%切割粒径

2

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6.1.1捕集效率

依次选择5.2.1中8种粒径的一种粒子，发生均匀、稳定的气溶胶，待浓度

及待测切割器的采样流量稳定后，利用气溶胶粒径谱仪检测切割器上游（参比管

路）和下游的气溶胶浓度，记录为C1ij和C2ij。根据公式（1）计算捕集效率ηij。

式中：

C2ij

ij=100%（1）

C1ij

ηij--------每个粒径点单次测量的捕集效率，%；

3

C1ij--------切割器上游的单分散颗粒物浓度，/m；

3

C2ij--------切割器下游的单分散颗粒物浓度，/m；

i--------发生的气溶胶粒径点（i=1，2…8）；

j--------每个粒径点测量的次数（j=1，2，3）。

每个粒径重复3次，如果3次测量结果的相对标准偏差≤10%，按公式（2）

计算8个粒径点3次测量结果的平均值，作为该粒径的捕集效率。如果3次测量

结果的相对标准偏差>10%，需要重新测量。

式中：

3

ij（2）

=100%j=1

i3

i--------每个粒径点捕集效率的平均值（i=1～8），%。

6.1.2捕集效率曲线

将得到的8个捕集效率平均值作为纵坐标，对应的气溶胶空气动力学粒径作

为横坐标，进行拟合得到捕集效率曲线。

6.1.350%切割粒径

通过捕集效率曲线，得到切割器捕集效率为50%对应的空气动力学粒径为50%

切割粒径Da50。

捕集效率的几何标准差

通过捕集效率曲线，得到切割器捕集效率为16%、50%、84%时对应的空气

动力学直径Da16、Da50、Da84，利用公式（3）和公式（4）计算捕集效率的几何

标准差σg。

3

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7校准结果表达

Da16

g=（3）

Da

50

Da

=50（）

g4

Da84

校准结果应在校准证书或校准报告上反映，校准证书或报告至少包括以下信

息：

a)标题，如“校准证书”或“校准报告”；

b)实验室名称和地址；

c)进行校准的地点（如果不在实验室内进行校准）；

d)证书或报告的惟一性标识（如编号），每页及总页数的标识；

e)送校单位的名称和地址；

f)被校对象的描述和明确标识；

g)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象

的接受日期；

h)如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对抽样程序进行说明。校准环境

的描述；

i)对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代码；

j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；

k)校准环境的描述；

l)校准结果及测量不确定度的说明

m)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识、以及签发日期；

n)校准结果仅对被校对象有效的声明；

o)未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。

8复校时间间隔

由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等因

素所决定，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，建议不超

过3年。如果对仪器的检测数据有怀疑或仪器更换主要部件及修理后，应对仪器

重新校准。

4

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附录A

PM10和PM2.5切割器校准原始记录表格（推荐）

送校单位：仪器名称：

仪器型号：仪器编号：制造厂商：

测量原理：____________测量范围：___

校准环境温度：℃湿度：%RH

校准用标准物质：

标物名称标物型号标物不确定度证书编号有效日期

1、50%切割粒径（Da50）及切割器捕集效率的几何标准差（σg）

单分散颗粒物当量粒径（μm）

序号12345678

当量粒径

（μm）

捕集效率

测得值

平均值

相对标准

偏差

Da16

Da50

Da84

σg

校准：___________核验：___________日期：______________

5

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附录B

PM10和PM2.5切割器校准证书内页

证书编号：×××××-×××××

校准结果

校准项目技术要求校准结果

PM10：（10.0±0.5）μm

50%切割粒径（Da50）

PM2.5：（2.5±0.2）μm

PM10：1.5±0.1

切割器捕集效率的几何标准差（σg）

PM2.5：1.2±0.1

第×页共×页

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附录C

PM10和PM2.5切割器校准装置结构图

切割器校准装置根据结构不同，可分为静态箱法和分流法。校准切割器时，

将切割器放入校准装置中，按照下图连接切割器和空气动力学粒径谱仪等，切割

器应竖直放置。图1是静态箱法切割器校准装置示意图，图2是分流法切割器校

准装置示意图。

图1.静态箱法切割器校准装置示意图

1-静态箱，2-PM10/PM2.5切割器，3-参比管路，4-电磁阀，5-空气动力学粒径谱

仪

图2.分流法切割器校准装置示意图

1-混匀舱，2-电磁阀，3-PM10/PM2.5切割器，4-参比管路，5-空气动力学粒径谱

仪

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附录D

Da50的测量结果不确定度评定示例

D.1概述

D.1.1测量方法

分别测量不同粒径颗粒物捕集效率，做捕集效率曲线，得到切割器捕集效率

为50%对应的空气动力学粒径为50%切割粒径Da50。

D.1.2不确定度评定依据

JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示技术规范；

JJF1059.2-2012用蒙特卡洛法评定测量不确定度技术规范。

D.2测量模型

=x50−x50S（D.1）

式中：

x50--被检切割器捕集效率为50%时的空气动力学粒径标称值，μm；

x50S--由捕集效率曲线得到的捕集效率为50%时的空气动力学粒径实测值，

μm；

δ--捕集效率为50%时的空气动力学粒径示值误差，μm。

D.3不确定度来源

影响Da50的不确定度的因素有：

——捕集效率测量的不确定度；

——捕集效率曲线拟合引入的不确定度；

——颗粒物粒径引入的不确定度。

D.3.1捕集效率测量的标准不确定度

捕集效率测量模型：

푦+푦+푦

푦=123（D.2）

3

式中：y1、y2、y3为3次测量PM2.5切割器的捕集效率。

8

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不确定度计算公式：

22

푢(푦)=√[푢a(푦)]+[푢b(푦)]（D.3）

式中：u(y)、ua(y)、ub(y)分别为捕集效率的不确定度，以及其测量重复性和

切割器评价装置引入的不确定度分量。

D.3.1.1测量重复性引入的标准不确定度

测量重复性引入的标准不确定度采用A类评定的方法。校准时测量3次，

测量次数较少，因此用极差法按式（D.4）计算重复性引入的标准不确定度。因

4号粒子的空气动力学当量直径与PM2.5的粒径最相近，由4号标准粒子的测量

数据计算捕集效率测量重复性引入的标准不确定度。

푅max−min

푢(푦)===1.06%（D.4）

푎퐶√푛퐶√푛

式中：R为极差；C为极差系数，测量次数为3时取1.69；n为测量次数，n=3。

D.3.1.2切割器评价装置引入的标准不确定度

单次捕集效率的测量模型：

퐶

푦=1×100%（D.5）

퐶2

式中：C1和C2为同一气溶胶测量装置得到的PM2.5切割器上下游的气溶胶

浓度。

由气溶胶测量装置的校准证书可知其测量不确定度u(c)=5%，k=2。所以，由

式(D.5)得ub,rel(y)=√2uu(c)/2=3.54%，换算成绝对量值得不确定度

ub(y)=3.54%×50.57=1.79%。

D.3.1.3捕集效率的合成标准不确定度

由式（D.2）计算合成标准不确定度：

22

푢1(푦)=√[푢a(푦)]+[푢b(푦)]=2.08%（D.6）

D.3.2捕集效率拟合曲线的标准不确定度

我国现有8种标准粒子，信息如表1所示，采用这8种标准粒子分别测量

出捕集效率，可对着8个捕集效率进行曲线拟合，从而得到捕集效率的拟合曲线，

通过拟合曲线可以推算出50%切割效率所对应的切割粒径。拟合曲线方式多样化，

现以反向非对称S形方程（AReverseAsymmetricSigmoidEquation）作为拟合曲

线，提供不确定度计算范例。

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标准粒子粒径与该粒径的捕集效率之间的关系式：

−푓

푥+푑푙푛(21/푓−1)−푐

푦=푎+푏{1−[1+푒푥푝()]}(D.7)

푑

式中：a、b、c、d、f为5个常数；x为标准粒子粒径；y为该粒径的捕集效率。

取y=50%，代入式（D.7），计算得到切割效率为50%处的切割粒径，即为

PM2.5切割粒径不确定度评定的测量模型（D.8）。

1

푦−푎−1/푓

푥=푐−푑푙푛(2푓−1)+푑푙푛[(1−)−1](D.8)

50푏

为了求得PM2.5切割粒径不确定度，随机选取尽可能多的数据，利用公式（D.8）

确定常数a、b、c、d、f、x50的值，由于篇幅受限，仅将计算结果列于表2。

表1.PM2.5切割器用国家有证单分散