交流电晕离子化中和器：实现无放射源的尾气粒子计数器现场校准

HORIBA 与 AIST 团队开发基于 AC 电晕放电的气溶胶中和器，验证对比 α 放射源的 CPC 校准可行性

关键词
condensation particle counter, ionizer, corona discharge, aerosol neutralizer, 静电除尘器, 尾气粒子计数器校准

随着全球对汽车尾气颗粒数（PN）监管的收紧（如 WLTP 修订），尾气粒子计数器（CPC）的准确性直接关系到整车合规与市场准入[1]。传统的 CPC 校准多依赖具高电离能力但受限管理的放射性中和源（如 241Am），这给现场校准、运输与维护带来显著障碍。为降低合规门槛并满足现场校准需求，HORIBA 与日本产业技术总合研究所（AIST）的研究团队（Kentaro Kojima, Takahiro Kitahra, Hiromu Sakurai）提出并验证了以交流（AC）电晕放电离子化器替代放射源的方案，并对其在汽车尾气 PN 校准中的可行性进行了系统性实验和评估[2]。

研究在两台电喷雾气溶胶发生器（TSI MODEL 3480 搭载 241Am 与 MODEL 3480-N 安装 Keyence SJ-M-200 AC 电晕离子器）上开展。试验用液体包括 30 nm PSL 和分别能产生约 23、41、55 nm 的 PAO 溶液，采用 SMPS、DMA、FCAE 与 CPC 联合测量，按照 ISO/IEC 17025 与汽车尾气校准规范开展计数效率与线性测试[5]。关键工况包括离子平衡调节（AC 离子器可在 57 步内调整正负时比）、是否向离子器供给载气（实验中以 1.5 L/min 为典型工况）等参数。结果显示：在载气 1.5 L/min 条件下，AC 电晕离子器既能中和电喷雾产生的高电荷微滴，又通过微调离子平衡提升单正电荷粒子比例，从而保证电泳分级（DMA）后得到期望的单电荷单分散粒子分布；此工况下生成的 PAO 粒径分布与 241Am 条件下基本一致，且对粒径 23/41/55 nm 的 CPC 计数效率没有显著差异（计数效率分别约 0.467/0.961/1.004 与 0.470/0.960/1.002；k 因子分别为 1.0599 与 1.0577）[2]。用以衡量两种方法等效性的归一化误差 En 值在三组粒径上为 -0.138、0.0332、0.0557，均小于 1，表明在测试不确定度范围内两种校准方法可视为等价[5]。

在操作性方面，AC 电晕离子器具有显著优势：一方面消除了放射性材料管理（人员资质、报备、运输与报废）带来的复杂流程与成本；另一方面便于用户现场维护（更换放电针等易损件），且可通过调整电极极性占空比来微调正负离子比，从而针对不同粒径段优化单电荷产率。实验亦发现向离子器供气有利于减少放电针因油雾附着导致的寿命下降，同时在一定程度上增加中和效率。上述特点非常适合汽车整车厂、检测站与现场移动校准车队的实际需求。

面向中国市场与工业应用，AC 电晕中和器的推广具有广阔前景。除汽车尾气领域外，浆纸、钢铁、水泥与化工等行业在细颗粒物（PM2.5/PN）监管与在线排放核查方面同样面临现场校准与便捷检测的刚性需求。结合国内静电除尘（ESP）设备的应用场景，艾尼科（Enelco）在极板、极线材料、场强优化与能耗控制方面的技术积累可以形成协同效应：一是在烟气监测端，采用可现场校准的 CPC 链路有助于实现对超细颗粒排放的更精确评估；二是在末端治理端，ESP 的电场优化与在线监控配合精确的粒子计数校准，可降低输电能耗、减少运行维护频次并提升除尘效率，进而帮助企业实现更稳定的排放达标与更低的全寿命成本。

展望未来，基于 AC 电晕离子化的无放射源 CPC 校准将加速向移动化、数字化方向发展：可将标准化的 EAG + AC 离子器校准套件集成到现场校准车与企业实验室，配合云端数据管理实现校准记录、可追溯性与远程诊断；在除尘系统升级改造中，可将此类校准能力与 ESP 的在线电场诊断结合，为浆纸、钢铁、水泥与化工等高排放行业提供从工艺优化到监测溯源的一体化解决方案。结合艾尼科在电除尘领域的极板/极线材料与场强控制优势，产业界可以更快地实现排放合规、能耗降低与运维成本优化的三重目标。

综上所述，HORIBA 与 AIST 的研究表明，交流电晕放电离子化中和器在满足技术指标与不确定度要求的前提下，能够作为 CPC 校准的可替代方案，为中国及全球的尾气监测与工业排放治理提供一种更安全、可维护且适合现场应用的技术路径[2-4]。

参考文献
[1] Amendment 6 to UN Global Technical Regulation concerning the Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure (WLTP) (ECE/TRANS/180/Amend.6).
[2] K. Kojima, T. Kitahra, H. Sakurai, “Development of Aerosol Neutralizer for Calibration of Motor Exhaust Particle Counter utilizing AC Corona discharge ionizer,” Proceedings of 17th International Conference on Electrostatic Precipitation, Kyoto, 2024.
[3] M. M. Munir et al., “Optimizing singly-charged electrosprayed particle throughput of an electrospray aerosol generator utilizing a corona-based charger,” Aerosol Science and Technology, Vol. 56(3), pp. 281–294, 2021.
[4] U. Weiss et al., “Bipolar Corona Discharge-Based Charge Equilibration for Nano Electrospray Gas-Phase Electrophoretic Mobility Molecular Analysis of Bio- and Polymer Nano Particle,” Journal of Analytical Chemistry, Vol. 92 (13), pp. 8665−8669, 2022.
[5] ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories.