| 标准编号 | GB/T 45322.1-2025 (GB/T45322.1-2025) | | 中文名称 | 颗粒 粒度切割器切割性能测试 第1部分：通则 | | 英文名称 | Particle - Separation performance test for particle size separator - Part 1: General principles | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | A28 | | 国际标准分类 | 19.120 | | 字数估计 | 18,114 | | 发布日期 | 2025-02-28 | | 实施日期 | 2025-09-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 45322.1-2025: 颗粒 粒度切割器切割性能测试 第1部分：通则
ICS 19.120
CCSA28
中华人民共和国国家标准
颗粒 粒度切割器切割性能测试
第1部分:通则
Part1:Generalprinciples
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 切割性能 2
4.1 通则 2
4.2 指定粒径的切割效率(Ex) 2
4.3 切割效率曲线 2
4.4 50%切割粒径(Da50) 2
4.5 切割效率曲线的几何标准偏差(σg) 3
5 切割性能测试的通用要求 3
5.1 通则 3
5.2 试验气溶胶 3
5.3 测试方法及装置 4
5.4 颗粒物浓度测量 5
6 数据处理 5
6.1 粒径值的换算 5
6.2 切割效率的平均值及相对标准偏差 6
6.3 数据拟合 6
6.4 Da50和σg的计算 7
附录A(资料性) 切割效率曲线拟合示例 8
参考文献 10
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件是GB/T 45322《颗粒 粒度切割器切割性能测试》的第1部分。GB/T 45322已经发布了
以下部分:
---第1部分:通则;
---第2部分:分流法。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由全国颗粒表征与分检及筛网标准化技术委员会(SAC/TC168)提出并归口。
本文件起草单位:青岛市计量技术研究院、中国计量科学研究院、中国环境监测总站、青岛众瑞智能
仪器股份有限公司、中国环境科学研究院、北京市计量检测科学研究院、张家港朗亿机电设备有限公司、
张家港长三角生物安全研究中心、青岛明德环保仪器有限公司、青岛崂应海纳光电环保集团有限公司、
青岛容广电子技术有限公司、武汉天虹环保产业股份有限公司、合肥鸿蒙标准技术研究院有限公司、
青岛市标准化研究院、上海市计量测试技术研究院、山东省计量科学研究院、北京实安科技有限公司、
福建省计量科学研究院、河南省计量测试科学研究院、中国测试技术研究院化学研究所、湖北省计量测
试技术研究院、河南省检验检测研究院集团有限公司、重庆市计量质量检测研究院、山东省淄博生态环
境监测中心。
本文件主要起草人:邹亚雄、张文阁、王瑜、刘凯、杨文、张国城、李昭勇、施惠民、周蕾、李德安、邓春磊、
黄梅、范新峰、刘艳丽、张明、王婷、丁臻敏、郭波、赵晓宁、李劲松、黄志煌、路兴杰、张雯、孟盈、隋峰、
刘佳琪、师恩洁、李现红、杨杰、王静、徐勃。
引 言
粒度切割器是基于空气动力学原理实现空气颗粒物按大小(空气动力学直径)进行分离的核心部
件,常用于采集空气中特定粒度范围的颗粒物。切割性能体现了切割器分离不同粒度颗粒物的能力,是
影响采样一致性的重要因素之一。
常用的切割性能测试方法有分流法、静态箱法和洗脱法。使用者可根据被测切割器的具体情况以
及所具备的测试条件选择合适的测试方法。
GB/T 45322拟由4个部分构成。
---第1部分:通则。目的在于提出粒度切割器切割性能测试方法中的通用定义和要求。
---第2部分:分流法。目的在于规范分流法的测试过程和要求。
---第3部分:静态箱法。目的在于规范静态箱法的测试过程和要求。
---第4部分:洗脱法。目的在于规范洗脱法的测试过程和要求。
颗粒 粒度切割器切割性能测试
第1部分:通则
1 范围
本文件规定了粒度切割器切割性能测试方法中的通用定义和要求。
本文件适用于空气颗粒物采样用粒度切割器(以下简称“切割器”)切割性能的测试。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;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
本文件。
GB/T 16418 颗粒系统 术语
GB/T 31159 大气气溶胶观测术语
3 术语和定义
GB/T 16418和GB/T 31159界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
基于空气动力学原理,按粒径选择性分离空气颗粒物的装置。
注:切割器广泛应用于空气颗粒物采样以及分离等领域,如PM10和PM2.5切割器分别应用于采集10μm以下和
2.5μm 以下的空气颗粒物。
[来源:GB/T 31159-2014,6.5,6.6,有修改]
3.2
单分散气溶胶 monodisperseaerosol
粒度分布窄的气溶胶。
注1:单分散性可以用粒度分布的几何标准偏差(GSD)量化。
注2:在ISO 26824:2022中,术语“单分散”指GSD小于或等于1.15。
[来源:ISO 26824:2022,3.12.25]
3.3
多分散气溶胶 polydisperseaerosol
粒度分布宽的气溶胶。
3.4
规定流量 designatedflowrate
切割器的指定工作流量。
注1:规定流量是指工况下的体积流量。
注2:对于切割器来说,改变流量会导致切割性能的变化。
3.5
透过率 penetration
规定流量条件下,某一粒度空气颗粒物穿过被测切割器的能力。
4 切割性能
4.1 通则
切割性能体现了切割器分离不同粒度颗粒物的能力。常用的切割性能指标包括指定粒径的切割效
率、切割效率曲线、50%切割点直径、切割效率曲线的几何标准偏差等。可根据应用要求选择相应的切
割性能指标。
4.2 指定粒径的切割效率(Ex)
发生含有指定粒径颗粒的试验气溶胶,以规定流量进入被测切割器,测量切割器上游、下游相应颗
粒物的浓度,按公式(1)计算切割效率。
Ex=
Cdown
Cup
×100% (1)
式中:
Ex ---指定粒径的切割效率(x为空气动力学直径);
Cdown---切割器下游颗粒物浓度(切割器出口处颗粒物浓度),单位为个每升(个/L)或毫克每立方
米(mg/m3);
Cup ---切割器上游颗粒物浓度(切割器入口处颗粒物浓度),单位为个每升(个/L)或毫克每立方
米(mg/m3)。
4.3 切割效率曲线
在规定流量条件下,测量切割器对一组不同空气动力学直径颗粒的切割效率,对测量数据进行拟合
获得切割效率曲线,如图1所示。
图1 16.67L/min、PM2.5切割器切割效率曲线
4.4 50%切割粒径(Da50)
切割效率曲线上50%切割效率所对应的空气动力学直径。PM10和PM2.5切割器的Da50分别为
10μm 和2.5μm。
4.5 切割效率曲线的几何标准偏差(σg)
切割效率曲线的几何标准偏差采用分段计算的方式,见公式(2)和公式(3)。
σg=
Da50
Da84
(2)
式中:
Da50---切割效率为50%时对应的颗粒的空气动力学直径,单位为微米(μm);
Da84---切割效率为84%时对应的颗粒的空气动力学直径,单位为微米(μm)。
σg=
Da16
Da50
(3)
式中:
Da16---切割效率为16%时对应的颗粒的空气动力学直径,单位为微米(μm)。
5 切割性能测试的通用要求
5.1 通则
为了评价切割器的切割性能,需要测试切割器对不同空气动力学直径颗粒的切割效率。测试过程
(主要包括试验气溶胶粒径的选择、气溶胶的发生、切割效率的测试,以及数据处理等)应符合本文件的
要求。
5.2 试验气溶胶
5.2.1 试验气溶胶粒径的选择
试验气溶胶的选择应遵循以下原则。
a) 为获得切割效率曲线以及Da50和σg值,应在Da84、Da50和Da16理论值附近选择至少6个粒径,
如图2所示。其中一个粒径小于Da84,一个粒径接近Da50,一个粒径大于Da16。所选粒径之间
应有明显的间隔。
b) 通过对所选粒径切割效率的测试,拟合获得的Da84或Da16不在所选粒径范围内时,应补充相应
的粒径以满足5.2.1a)的要求。
标引符号说明:
x1~x6---选择的试验气溶胶粒径;
Da50 ---切割效率为50%时对应的颗粒的空气动力学直径,单位为微米(μm);
Da84 ---切割效率为84%时对应的颗粒的空气动力学直径,单位为微米(μm);
Da16 ---切割效率为16%时对应的颗粒的空气动力学直径,单位为微米(μm)。
图2 试验气溶胶粒径选择示意图
5.2.2 气溶胶的发生
试验气溶胶可通过雾化标准颗粒发生,也可通过其他气溶胶发生器发生。单分散试验气溶胶的几
何标准偏差(GSD)不大于1.10。多分散气溶胶的粒度分布范围应确保能够覆盖按5.2.1选择的粒径。
注:如使用单分散标准颗粒,粒度分布的相对标准偏差(σ)转换成几何标准偏差(GSD)的方式为:GSD=eσ。
5.3 测试方法及装置
5.3.1 通则
常用的切割性能测试方法有分流法、静态箱法和洗脱法。测试装置有分流法试验装置和静态箱法
试验装置。洗脱法可采用分流法试验装置(不使用参比管路),也可采用静态箱法试验装置(不使用参比
采样器)。
5.3.2 分流法
分流法的原理如图3所示。在规定流量条件下,将试验气溶胶分别导入参比管路和被测切割器,测
量参比管路出口的颗粒物浓度(代表上游浓度)和被测切割器出口的颗粒物浓度(代表下游浓度),根据
上游、下游颗粒物浓度测量值按公式(1)计算切割效率。
标引序号说明:
1---气溶胶发生装置;
2---切换阀;
3---被测切割器;
4---参比管路;
5---颗粒物浓度测量仪。
图3 分流法原理示意图
5.3.3 静态箱法
静态箱法的原理如图4所示。将被测切割器与参比采样器(不含切割器)置于静态箱内对称位置,
将试验气溶胶导入静态箱内混匀。在规定流量条件下,参比采样器和被测切割器分别吸入试验气溶胶,
测量参比采样器出口颗粒物浓度(代表上游浓度)和被测切割器出口颗粒物浓度(代表下游浓度),根据
上游、下游颗粒物浓度测量值按公式(1)计算切割效率。
标引序号说明:
1---静态箱;
2---被测切割器;
3---参比采样器;
4---切换阀;
5---颗粒物浓度测量仪。
图4 静态箱法原理示意图
5.3.4 洗脱法
洗脱法通过测量沉积在被测切割器下游滤膜上的颗粒物质量与沉积在切割器内部的颗粒物质量来
确定切割效率。将试验气溶胶以规定流量导入被测切割器,用滤膜采集切割器下游的颗粒物。采样结
束后,分别洗脱滤膜上收集的颗粒物以及切割器内部沉积的颗粒物,通过仪器分析确定各自的质量。滤
膜收集的颗粒物质量代表下游浓度,切割器内部清洗出来的颗粒物质量与滤膜收集颗粒物质量之和代
表上游浓度。根据上游、下游颗粒物浓度测量值按公式(1)计算切割效率。
5.4 颗粒物浓度测量
分流法和静态箱法使用数量浓度测量仪(如光学粒径谱仪、空气动力学粒径谱仪等)测量上下游的
颗粒物浓度。对于单分散试验气溶胶,可选用光学粒径谱仪或空气动力学粒径谱仪。对于多分散试验
气溶胶,应使用空气动力学粒径谱仪。洗脱法一般采用含有荧光物质的单分散试验颗粒,需要使用荧光
分光光度计测量颗粒物质量浓度。
6 数据处理
6.1 粒径值的换算
颗粒粒径为几何直径时,需换算成空气动力学直径,计算方式见公式(4)。
Da=D× ρ
ρ0χ
(4)
式中:
Da---颗粒的空气动力学直径,单位为微米(μm);
D ---颗粒的几何直径,单位为微米(μm);
ρP ---颗粒的密度,单位为千克每立方米(kg/m3);
ρ0 ---1000kg/m3;
χ ---颗粒的形状系数,对于球形颗粒χ=1.00。
6.2 切割效率的平均值及相对标准偏差
每个粒径的切割效率重复测量3次,按照公式(5)计算3次测量结果的平均值Ex。按公式(6)计算
3次重复测量的相对标准偏差CVEx,CVEx应不大于10%。
Ex=
3∑
i=1
Ex,i (5)
式中:
Ex ---切割效率3次测量结果的平均值(x为空气动力学直径);
i ---测量顺序号,i=1、2、3;
Ex,i ---切割效率第i次测量结果(x为空气动力学直径)。
CVEx =
Ex
i=1
[Ex,i-Ex]2
2 ×100%
(6)
式中:
CVEx---3次重复测量结果的相对标准偏差。
6.3 数据拟合
6.3.1 通则
通过手工或软件可以将颗粒空气动力学直径与对应的切割效率测量数据拟合成切割效率曲线。数
据拟合时应注意切割效率曲线具有单调递减的特性,如图1所示。拟合的质量可以用相关指数R2 衡
量,R2 越接近1,拟合效果越好。
6.3.2 手工拟合
以颗粒空气动力学直径为横坐标,以切割效率实测值为纵坐标,手工将数据标绘于坐标纸上,形成
散点图。根据这些散点,绘制平滑的拟合曲线。计算R2 值,应不小于0.99。
6.3.3 软件拟合
选择拟合软件,输入测量数据(空气动力学直径和对应的切割效率),选择拟合函数进行计算,输出
回归曲线、回归参数,以及R2 值等。R2 值应不小于0.99。软件拟合流程如图5所示。
图5 自动拟合流程示意图
6.3.4 相关指数R2 与拟合残余标准差σ的计算
相关指数R2 与拟合残余标准差σ的计算方式如下:
a) 按公式(7)计算相关指数R2。
R2=1-
i=1
(Ei-E^i)2
i=1
(Ei-E)2
(7)
式中:
R2---相关指数;
i ---试验气溶胶的粒径点序号;
N ---试验气溶胶粒径点数量;
Ei---第i个粒径点的切割效率实测值;
E^i---根据切割效率曲线或回归方程获得的第i个粒径点切割效率估计值;
E ---全部粒径点切割效率实测值的算术平均值。
b) 按公式(8)计算拟合残余标准差σ。
σ=
i=1
(Ei-E^i)2
N-2
(8)
式中:
σ---拟合残余标准差,可用于拟合结果的不确定度评价。
6.4 Da50和σg的计算
Da50和σg的计算方式如下。
a) 手工拟合时,切割效率曲线上50%切割效率对应的空气动力学直径即为Da50。同理,可得到
Da84和Da16。按公式(2)和公式(3)计算σg。
b) 软件拟合时,使用拟合得到的回归方程计算Da84、Da50和Da16,然后根据公式(2)和公式(3)计
算σg。
附 录 A
(资料性)
切割效率曲线拟合示例
A.1 切割器信息
切割粒径:2.5μm,规定流量为16.67L/min。
A.2 切割效率测量数据
切割效率测试数据见表A.1。
表A.1 切割效率测量数据
粒径/μm 1.554 1.915 2.168 2.554 2.731 2.824 3.482 4.262
切割效率/% 93.72 88.28 81.06 38.59 23.15 15.12 5.92 0.82
A.3 拟合方法
软件拟合。
A.4 选择拟合软件及函数
参照参考文献EPA-454/R-01-005,选择软件TableCurve2D,输入测量数据,选择8092函数(反向
非对称S型函数),其回归方程见公式(A.1)。
y=a+b1- 1+exp(x+dln(2
e -1)-c
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