Test method to measure the efficiency of air filtration media against spherical nanomaterials

This document specifies the testing instruments and procedure for determining the filtration efficiencies of flat sheet filter media against airborne nanoparticles in the range of 3 nm to 30 nm. The testing methods in this document are limited to spherical or nearly-spherical particles to avoid uncertainties due to the particle shape.

Méthode d'essai pour mesurer l'efficacité des médias de filtration d'air par rapport aux nanomatériaux sphériques

Le présent document spécifie les instruments et modes opératoires d'essai pour la détermination de l'efficacité de filtration d'un média filtrant plan par rapport ŕ des nanoparticules en suspension dans l'air dans la plage de 3 nm ŕ 30 nm. Les méthodes d'essai décrites dans le présent document sont limitées ŕ des particules sphériques ou quasi-sphériques afin d'éviter les incertitudes liées ŕ la forme des particules.

General Information

Status
Published
Publication Date
21-Mar-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
01-Mar-2019
Completion Date
22-Mar-2019
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Technical specification
ISO/TS 21083-2:2019 - Test method to measure the efficiency of air filtration media against spherical nanomaterials
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Technical specification
ISO/TS 21083-2:2019 - Méthode d'essai pour mesurer l'efficacité des médias de filtration d'air par rapport aux nanomatériaux sphériques
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Standards Content (sample)

TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 21083-2
First edition
2019-03
Test method to measure the efficiency
of air filtration media against
spherical nanomaterials —
Part 2:
Size range from 3 nm to 30 nm
Méthode d'essai pour mesurer l'efficacité des médias de filtration
d'air par rapport aux nanomatériaux sphériques —
Partie 2: Spectre granulométrique de 3 nm à 30 nm
Reference number
ISO/TS 21083-2:2019(E)
ISO 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TS 21083-2:2019(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2019

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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TS 21083-2:2019(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms ....................................................................................................... 1

3.1 Terms and definitions ....................................................................................................................................................................... 1

3.2 Symbols and abbreviated terms............................................................................................................................................... 2

3.2.1 Symbols .................................................................................................................................................................................... 2

3.2.2 Abbreviated terms .......................................................................................................................................................... 3

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 3

5 Test materials .......................................................................................................................................................................................................... 4

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 4

5.2 Solid phase aerosol — Silver test aerosol as an example ................................................................................... 4

5.3 Solid phase aerosol generation method ............................................................................................................................ 4

6 Test setup ..................................................................................................................................................................................................................... 5

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 5

6.2 Specifications of setup ...................................................................................................................................................................... 7

6.2.1 Aerosol generation system ...................................................................................................................................... 7

6.2.2 Tubing ....................................................................................................................................................................................... 7

6.2.3 DEMC .......................................................................................................................................................................................... 7

6.2.4 Equilibrium charge distribution and neutralization of aerosol particles ....................... 9

6.2.5 Neutralization of aerosol particles ................................................................................................................10

6.2.6 Make-up air line .............................................................................................................................................................12

6.2.7 Test filter mounting assembly ...........................................................................................................................12

6.2.8 CPC ............................................................................................................................................................................................13

6.2.9 Final filter ............................................................................................................................................................................15

6.3 Detailed setup for test using silver nanoparticles .................................................................................................15

6.4 Determination of the filter medium velocity .............................................................................................................16

7 Qualification of the test rig and apparatus.............................................................................................................................16

7.1 CPC tests ....................................................................................................................................................................................................16

7.1.1 CPC — Air flow rate stability test ...................................................................................................................16

7.1.2 CPC — Zero test .............................................................................................................................................................17

7.1.3 CPC — Overload test ........................................................................................................................................... .......17

7.1.4 Counting accuracy calibration ...........................................................................................................................18

7.2 DEMC tests ...............................................................................................................................................................................................20

7.3 Qualification of aerosol neutralization ............................................................................................................................20

7.3.1 General...................................................................................................................................................................................20

7.3.2 Qualification of neutralization by checking the multiple charge fraction on

the particles passing through the neutralizer .....................................................................................20

7.3.3 Qualification of the aerosol neutralizer using corona discharge balanced

output .....................................................................................................................................................................................21

7.3.4 Qualification of neutralization according to ISO/TS 19713-1 ...............................................21

7.4 System leak checks ...........................................................................................................................................................................22

7.4.1 Air leakage tests ............................................................................................................................................................22

7.4.2 Visual detection by cold smoke ........................................................................................................................22

7.4.3 Pressurization of the test system ...................................................................................................................22

7.4.4 Use of high efficiency filter media ..................................................................................................................22

7.5 Uniformity of the test aerosol concentration.............................................................................................................22

8 Test procedure .....................................................................................................................................................................................................22

8.1 Determination of the correlation ratio ............................................................................................................................22

8.2 Protocol of filtration efficiency measurement ..........................................................................................................24

© ISO 2019 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TS 21083-2:2019(E)

8.2.1 Preparatory checks .....................................................................................................................................................24

8.2.2 Equipment preparation ..........................................................................................................................................24

8.2.3 Aerosol generator ........................................................................................................................................................24

8.2.4 Aerosol generator — Neutralizer ...................................................................................................................25

8.2.5 Filter medium neutralization .............................................................................................................................26

8.2.6 Filter medium neutralization according to ISO 29461-1 ...........................................................26

8.2.7 Air flow measurement .............................................................................................................................................28

8.2.8 Measurement of the pressure drop ..............................................................................................................29

8.2.9 Zero count test ................................................................................................................................................................29

8.2.10 Air leakage test ...............................................................................................................................................................29

8.2.11 Loading effect test ........................................................................................................................................................29

8.2.12 Reported values .............................................................................................................................................................29

8.2.13 Measurement of filtration efficiency — Silver nanoparticles ................................................29

8.3 Test evaluation .....................................................................................................................................................................................31

8.4 Measurement protocol for one sample — Summary ..........................................................................................31

8.4.1 Using one CPC to measure the upstream and downstream particle

concentrations ................................................................................................................................................................31

8.4.2 Using two CPCs to measure the upstream and downstream particle

concentrations ................................................................................................................................................................32

9 Maintenance items ..........................................................................................................................................................................................33

10 Measurement uncertainties ..................................................................................................................................................................34

11 Reporting results ..............................................................................................................................................................................................34

11.1 General ........................................................................................................................................................................................................34

11.2 Required reporting elements ..................................................................................................................................................35

11.2.1 General...................................................................................................................................................................................35

11.2.2 Report summary ...........................................................................................................................................................35

11.2.3 Report details ..................................................................................................................................................................36

Annex A (informative) Instruments specifications ............................................................................................................................41

Annex B (informative) Statistical analysis for precision of an experiment (according to

ISO 5725-2) .............................................................................................................................................................................................................44

Annex C (informative) Safety use of IPA .........................................................................................................................................................49

Annex D (informative) Safe handling of radioactive devices ....................................................................................................50

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................51

iv © ISO 2019 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TS 21083-2:2019(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso

.org/iso/foreword .html.

This document was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical

Committee CEN/TC 195, Air filters for general cleaning, in collaboration with ISO Technical Committee

TC 142, Cleaning equipment for air and other gases, in accordance with the Agreement on technical

cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
A list of all parts in the ISO 21083 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
© ISO 2019 – All rights reserved v
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ISO/TS 21083-2:2019(E)
Introduction

Nano-objects are discrete piece of material with one, two or three external dimensions in the nanoscale

(see ISO/TS 80004-2) and are building blocks of nanomaterials. Nanoparticles, referring to particles

with at least one dimension below 100 nm, generally have a higher mobility than larger particles.

Because of their higher mobility and larger specific surface area, available for surface chemical

reactions, they can pose a more serious health risk than larger particles. Thus, particulate air pollution

with large concentrations of nanoparticles can result in an increased adverse effect on human health

and an increased mortality (see Reference [15]).

With the increased focus on nanomaterials and nanoparticles, the filtration of airborne nanoparticles

is also subject to growing attention. Aerosol filtration can be used in diverse applications, such as air

pollution control, emission reduction, respiratory protection for human and processing of hazardous

materials. The filter efficiency can be determined by measuring the testing particle concentrations

upstream and downstream of the filter. The particle concentration may be based on mass, surface area

or number. Among these, the number concentration is the most sensitive parameter for nanoparticles

measurement. State-of-the-art instruments enable accurate measurement of the particle number

concentration in air and therefore precise fractional filtration efficiency. Understanding filtration

efficiency for nanoparticles is crucial in schemes to remove nanoparticles, and thus, in a wider context,

improve the general quality of the environment, including the working environment.

Filtration testing for nanoparticles, especially those down to single-digit nanometres, is a challenging

task which necessitates generation of a large amount of extremely small particles, and accurate sizing

and quantification of such particles. The thermal rebound remains a question for particles down to

1 nm to 2 nm (see Reference [11]). The accuracy of particle size classification is complicated by very

strong diffusion of particles below 10 nm (see References [7] and [8]). The state-of-the-art commercial

condensation particle counters for general purposes can detect particles down to 1 nm to 2 nm.

A large number of standards for testing air filters exist such as the ISO 29463 and ISO 16890 series.

The test particle range in the ISO 29463 series is between 0,04 µm and 0,8 µm, and the focus is on

measurement of the minimum efficiency at the most penetrating particle size (MPPS). The test particle

range in the ISO 16890 series is between 0,3 µm and 10 µm. The ISO 21083 series aims to standardize

the methods of determining the efficiencies of filter media, of all classes, used in most common air

filtration products and it focuses on filtration efficiency of airborne nanoparticles, especially for

particle size down to single-digit nanometres.

Advances in aerosol instruments and studies on nanoparticle filtration in the recent years provide

a solid base for development of a test method to determine effectiveness of filtration media against

airborne nanoparticles down to 3 nm range.
vi © ISO 2019 – All rights reserved
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TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 21083-2:2019(E)
Test method to measure the efficiency of air filtration
media against spherical nanomaterials —
Part 2:
Size range from 3 nm to 30 nm
1 Scope

This document specifies the testing instruments and procedure for determining the filtration

efficiencies of flat sheet filter media against airborne nanoparticles in the range of 3 nm to 30 nm.

The testing methods in this document are limited to spherical or nearly-spherical particles to avoid

uncertainties due to the particle shape.
2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 5167 (all parts), Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular

cross-section conduits running full

ISO 5725-1, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 1: General

principles and definitions

ISO 5725-2, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 2: Basic method

for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method

ISO 15900, Determination of particle size distribution — Differential electrical mobility analysis for aerosol

particles

ISO 27891, Aerosol particle number concentration — Calibration of condensation particle counters

ISO 29464, Cleaning of air and other gases — Terminology
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms
3.1 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 5167-1, ISO 5725-1, ISO 5725-2,

ISO 15900, ISO 27891, and ISO 29464 apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
© ISO 2019 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/TS 21083-2:2019(E)
3.2 Symbols and abbreviated terms
3.2.1 Symbols
Symbol Definition
A Source strength of the radioactive source
A Original source strength of the radioactive source
A Effective filtration surface area
C Particle concentration upstream of the filter medium

C Concentration of particles with the i monodisperse size upstream of the filter medium

up,i th
C Particle concentration downstream of the filter medium
down

C Concentration of particles with the i monodisperse size downstream of the filter medium

down,i th

C Concentration of particles after the second DEMC for the particles with i charge(s)

d Diameter of the initial droplet including the solvent
d Diameter of the testing particle after complete evaporation of the solvent
E Filtration efficiency of the test filter medium

E Filtration efficiency of the test filter medium against the particles with the i monodisperse size

i th
e Charge of an electron
φ Volume fraction of DEHS in the solution
t Half-life of the radioactive source
0,5

N Total count of particles upstream of the filter medium in a certain user-defined time interval

Counts of particles with the i monodisperse size upstream of the filter medium in a certain user-de-

up,i
fined time interval

N Total count of particles downstream of the filter medium in a certain user-defined time interval

down

Counts of particles with the i monodisperse size downstream of the filter medium in a certain

down,i
used-defined time interval

N Total count of particles after the second DEMC for the particles with i charge(s)

n Number of elementary charges
P Fractional penetration of the test filter medium

P Fractional penetration of particles with the i monodisperse size for the test filter medium

i th
P Penetration with the filter medium, before applying the correlation ratio

Measured penetration against particles with the i monodisperse size when the filter medium is

m,i
installed in the filter medium holder, before applying the correlation ratio
q Flow rate through the filter medium
q Air flow rate through the electrometer
R Correlation ratio

R Correlation ratio for the i monodisperse particle size, obtained as the penetration without the filter media

i th
R Resistance of resistor
t Time
v Filter medium velocity
V Voltage
x Volume of the sampled air
α Angle for the transition section in the filter medium holder
∆p Pressure drop across the filter medium
E Initial particulate efficiency of media sample

∆E Difference in particulate efficiency between E and conditioned efficiency of the media sample

c 0
λ Radioactive decay constant equal to 0,693/ t
0,5
2 © ISO 2019 – All rights reserved
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/TS 21083-2:2019(E)
3.2.2 Abbreviated terms
AC Alternating current
CAS Chemical abstracts service
CL Concentration limit
CMD Count median diameter
CPC Condensation particle counter
DEHS Di(2-ethylhexyl) sebacate
DEMC Differential electrical mobility classifier
DMAS Differential mobility analysing system
HEPA High efficiency particulate air
Kr Krypton
IPA Isopropyl alcohol
MPPS Most penetrating particle size
Po Polonium
PSL Polystyrene latex
RH Relative humidity
SRM Standard reference material
4 Principle

The filtration efficiency of the filter medium is determined by measuring the particle number

concentrations upstream and downstream of the filter medium. The fractional penetration, P, represents

the fraction of aerosol particles which can go through the filter medium, as shown in Formula (1):

PC= /C (1)
down up

where C and C are the particle concentrations downstream and upstream of the filter medium,

down up

respectively. Another way is to measure the particle counts upstream and downstream of the filter

medium for a certain same user-defined time interval and sampling volume rate. Then, the penetration

is the ratio between the downstream count, N , and upstream count, N , as shown in Formula (2):

down up
P = N /N (2)
down up

The filter medium efficiency, E, is the fraction of aerosols particles removed by the filter medium, as

shown in Formula (3):
E = 1 – P (3)

The filter medium efficiency is dependent on the challenge particle size. If the test is performed with a

number of monodisperse particles with different sizes, the expression for the penetration of particles

with the i monodisperse size, P , can be written as shown in Formula (4):
th i
PC= /C (4)
iidown,up,i

where C and C are the concentration of particles with the i monodisperse size upstream and

up,i down,i th

downstream of the filter medium, respectively. If the test is performed with a number of monodisperse

© ISO 2019 – All rights reserved 3
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ISO/TS 21083-2:2019(E)

particles with different sizes, the expression for the penetration of particles with the i monodisperse

size, P can be written as shown in Formula (5):
PN= /N (5)
iidown,,up i

where N and N are the counts of particles with the i monodisperse size upstream and

up,i down,i th

downstream of the filter medium in the same user-defined time interval and sampling volume rate,

respectively. Correspondingly, the filtration efficiency, E , of the test filter medium against the particles

with the i monodisperse size is as shown in Formula (6):
E = 1 – P (6)
i i

The test particles in the range from 3 nm to 30 nm are generated by an evaporation-condensation

method. One realization of this method is the generation of silver (Ag) particles from an electrical tube

furnace.
The test part
...

SPÉCIFICATION ISO/TS
TECHNIQUE 21083-2
Première édition
2019-03
Méthode d'essai pour mesurer
l'efficacité des médias de filtration
d'air par rapport aux nanomatériaux
sphériques —
Partie 2:
Spectre granulométrique de 3 nm à 30
Test method to measure the efficiency of air filtration media against
spherical nanomaterials —
Part 2: Size range from 3 nm to 30 nm
Numéro de référence
ISO/TS 21083-2:2019(F)
ISO 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TS 21083-2:2019(F)
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TS 21083-2:2019(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes, définitions, symboles et abréviations ..................................................................................................................... 1

3.1 Termes et définitions ......................................................................................................................................................................... 1

3.2 Symboles et abréviations ............................................................................................................................................................... 2

3.2.1 Symboles ................................................................................................................................................................................. 2

3.2.2 Abréviations ......................................................................................................................................................................... 3

4 Principe .......................................................................................................................................................................................................................... 3

5 Matériaux d'essai ................................................................................................................................................................................................. 4

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 4

5.2 Aérosol en phase solide — Aérosol d’argent pour essai à titre d’exemple ......................................... 4

5.3 Méthode de génération d’aérosols en phase solide ................................................................................................ 5

6 Montage d'essai ..................................................................................................................................................................................................... 5

6.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 5

6.2 Spécification du montage ............................................................................................................................................................... 7

6.2.1 Système de génération d'aérosols .................................................................................................................... 7

6.2.2 Tubes .......................................................................................................................................................................................... 7

6.2.3 DEMC .......................................................................................................................................................................................... 7

6.2.4 Distribution des charges en équilibre et neutralisation des particules d’aérosol ... 9

6.2.5 Neutralisation des particules d’aérosol ....................................................................................................10

6.2.6 Ligne d'air d'appoint .................................................................................................................................................12

6.2.7 Assemblage de fixation du filtre d'essai ...................................................................................................12

6.2.8 CPC ............................................................................................................................................................................................13

6.2.9 Filtre final ............................................................................................................................................................................15

6.3 Montage détaillé pour l'essai à l'aide de nanoparticules d'argent ..........................................................15

6.4 Détermination de la vitesse au niveau du média filtrant .................................................................................16

7 Qualification du banc d'essai et de l'appareillage ..........................................................................................................17

7.1 Essais du CPC .........................................................................................................................................................................................17

7.1.1 CPC — Essai de stabilité du débit d'air ......................................................................................................17

7.1.2 CPC — Essai à zéro ......................................................................................................................................................17

7.1.3 CPC — Essai de surcharge ....................................................................................................................................17

7.1.4 Étalonnage de l'exactitude du comptage .................................................................................................18

7.2 Essais du DEMC ...................................................................................................................................................................................20

7.3 Qualification de la neutralisation d’aérosol ................................................................................................................20

7.3.1 Généralités .........................................................................................................................................................................20

7.3.2 Qualification de la neutralisation par vérification de la fraction de charge

multiple sur les particules traversant le neutraliseur ..................................................................20

7.3.3 Qualification du neutraliseur d’aérosols à l’aide de la sortie à décharge

Corona équilibrée .........................................................................................................................................................21

7.3.4 Qualification de la neutralisation selon l’ISO/TS 19713-1 .......................................................21

7.4 Contrôles de l’étanchéité du système ...............................................................................................................................22

7.4.1 Essais de fuite d'air .....................................................................................................................................................22

7.4.2 Détection visuelle à la fumée froide .............................................................................................................22

7.4.3 Pressurisation du système d’essai .................................................................................................................22

7.4.4 Utilisation de médias filtrants à haute efficacité ...............................................................................22

7.5 Uniformité de la concentration d’aérosols d’essai ................................................................................................22

8 Mode opératoire d'essai ............................................................................................................................................................................23

8.1 Détermination du rapport de corrélation .....................................................................................................................23

8.2 Protocole de mesurage de l’efficacité de filtration ................................................................................................24

© ISO 2019 – Tous droits réservés iii
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ISO/TS 21083-2:2019(F)

8.2.1 Contrôles préparatoires ..........................................................................................................................................24

8.2.2 Préparation de l’équipement..............................................................................................................................24

8.2.3 Générateur d’aérosols ..............................................................................................................................................25

8.2.4 Générateur d'aérosols — Neutraliseur ......................................................................................................25

8.2.5 Neutralisation du média filtrant ......................................................................................................................26

8.2.6 Neutralisation du média filtrant selon l’ISO 29461-1 ...................................................................27

8.2.7 Mesurage du débit d'air ..........................................................................................................................................29

8.2.8 Mesurage de la perte de charge .......................................................................................................................29

8.2.9 Essai de comptage nul ..............................................................................................................................................29

8.2.10 Essai de fuite d'air .................. .................................................... ..................................................................................30

8.2.11 Essai de l’effet de chargement ...........................................................................................................................30

8.2.12 Valeurs rapportées ......................................................................................................................................................30

8.2.13 Mesurage de l’efficacité de filtration — Nanoparticules d’argent ......................................30

8.3 Évaluation de l’essai ........................................................................................................................................................................31

8.4 Protocole de mesurage pour un échantillon — Résumé ..................................................................................32

8.4.1 Utilisation d’un CPC pour le mesurage des concentrations de particules en

amont et en aval.............................................................................................................................................................32

8.4.2 Utilisation de deux CPC pour le mesurage des concentrations de

particules en amont et en aval ..........................................................................................................................33

9 Points de maintenance ................................................................................................................................................................................34

10 Incertitudes de mesure ...............................................................................................................................................................................35

11 Présentations des résultats ....................................................................................................................................................................36

11.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................36

11.2 Éléments de rapport requis ......................................................................................................................................................36

11.2.1 Généralités .........................................................................................................................................................................36

11.2.2 Synthèse du rapport ........................................................................................................................................... ........36

11.2.3 Partie détaillée du rapport ...................................................................................................................................37

Annexe A (informative) Spécifications des instruments ...............................................................................................................42

Annexe B (informative) Analyse statistique de précision d’une expérimentation

(selon l’ISO 5725-2) ........................................................................................................................................................................................45

Annexe C (informative) Utilisation en toute sécurité de l'IPA .................................................................................................50

Annexe D (informative) Manipulation sûre des dispositifs radioactifs ........................................................................51

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................52

iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO/TS 21083-2:2019(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique du Comité européen de normalisation (CEN)

CEN/TC 195, Filtres air pour la propreté de l’air en collaboration avec le Comité technique ISO/TC 142,

Séparateurs aérauliques, conformément à l’accord technique de coopération entre l’ISO et le CEN (accord

de Vienne).

Une liste de toutes les parties de la série ISO 21083 se trouve sur le site web de l’ISO.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
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ISO/TS 21083-2:2019(F)
Introduction

Les nano-objets sont des pièces de matériaux discrètes ayant une, deux ou trois dimensions extérieures

à l'échelle du nanomètre (voir l’ISO/TS 80004-2) et sont des éléments constitutifs des nanomatériaux.

Les nanoparticules, c'est-à-dire les particules ayant au moins une dimension inférieure à 100 nm, ont

généralement une mobilité supérieure à celle des particules plus grandes. En raison de leur plus grande

mobilité et de leur plus grande surface spécifique, disponible pour les réactions chimiques de surface,

elles peuvent poser un risque plus grave pour la santé que les particules plus grosses. Ainsi, la pollution

de l'air par les particules avec de grandes concentrations de nanoparticules peut avoir un effet néfaste

accru sur la santé humaine et une mortalité accrue (voir référence [15]).

Avec le focus accru sur les nanomatériaux et les nanoparticules, la filtration des nanoparticules en

suspension dans l'air fait également l'objet d'une attention croissante. La filtration des aérosols peut

être utilisée dans diverses applications, telles que le contrôle de la pollution de l’air, la réduction des

émissions, la protection des voies respiratoires chez l’homme et le traitement des matériaux dangereux.

L’efficacité du filtre peut être déterminée en mesurant les concentrations de particules d’essai en amont

et en aval du filtre. La concentration de particules peut être exprimée en masse, en aire surfacique ou en

nombre. Parmi ceux-ci, la concentration en nombre est le paramètre le plus sensible pour le mesurage

des nanoparticules. Les instruments de pointe permettent de mesurer précisément la concentration

en nombre de particules dans l’air, et par conséquent, une efficacité fractionnaire de la filtration

précise. Comprendre l'efficacité de la filtration des nanoparticules est crucial dans les programmes

d'élimination des nanoparticules, et donc, dans un contexte plus large, pour améliorer la qualité

générale de l'environnement, y compris l'environnement de travail.

Les essais de filtration des nanoparticules, plus particulièrement celles de moins de 10 nanomètres,

représentent une tâche difficile qui nécessite de générer une grande quantité de particules extrêmement

petites et de dimensionner et quantifier ces particules avec une grande précision. Le rebond thermique

reste une question pour les particules jusqu’à 1 nm à 2 nm (voir référence [11]). La très forte diffusion

des particules de moins de 10 nm tend à entraver la précision de la classification granulométrique (voir

références [7] et [8]). Les compteurs de particules à condensation conforment à l’état de l’art à usage

général disponibles dans le commerce peuvent détecter des particules de seulement 1 nm à 2 nm.

Il existe un grand nombre de normes d’essai des filtres à air, telles que la série ISO 29463 et la série

ISO 16890. La plage de particules d'essai de la série ISO 29463 se situe entre 0,04 µm et 0,8 µm, et l'accent

est mis sur la mesure de l'efficacité minimale des particules de taille pour laquelle la pénétration est la

plus élevée (MPPS). La plage de particules d'essai de la série ISO 16890 se situe entre 0,3 µm et 10 µm.

La série ISO 21083 vise à normaliser les méthodes de détermination de l'efficacité des médias filtrants,

de toutes classes, utilisés dans les produits de filtration d'air courant et se concentre sur l'efficacité de

filtration des nanoparticules en suspension dans l'air, en particulier pour des tailles de particules de

moins de 10 nanomètres.

Les progrès réalisés ces dernières années dans le domaine des instruments à aérosol et des études

sur la filtration des nanoparticules fournissent une base solide pour l’élaboration d'une méthode

d’essai permettant de déterminer l’efficacité des médias filtrants par rapport à des nanoparticules en

suspension dans l’air d’une granulométrie jusqu’à 3 nm.
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SPÉCIFICATION TECHNIQUE ISO/TS 21083-2:2019(F)
Méthode d'essai pour mesurer l'efficacité des médias
de filtration d'air par rapport aux nanomatériaux
sphériques —
Partie 2:
Spectre granulométrique de 3 nm à 30 nm
1 Domaine d'application

Le présent document spécifie les instruments et modes opératoires d’essai pour la détermination de

l’efficacité de filtration d’un média filtrant plan par rapport à des nanoparticules en suspension dans

l’air dans la plage de 3 nm à 30 nm. Les méthodes d’essai décrites dans le présent document sont

limitées à des particules sphériques ou quasi-sphériques afin d’éviter les incertitudes liées à la forme

des particules.
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.

Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les

éventuels amendements).

ISO 5167 (toutes les parties), Mesure de débit des fluides au moyen d’appareils déprimogènes insérés dans

des conduites en charge de section circulaire

ISO 5725-1, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 1: Principes

généraux et définitions

ISO 5725-2, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 2: Méthode de

base pour la détermination de la répétabilité et de la reproductibilité d’une méthode de mesure normalisée

ISO 15900, Détermination de la distribution granulométrique — Analyse de mobilité électrique différentielle

pour les particules d'aérosol

ISO 27891, Densité de particules d'aérosol — Étalonnage de compteurs de particules d'aérosol à

condensation
ISO 29464, Épuration de l'air et autres gaz — Terminologie
3 Termes, définitions, symboles et abréviations
3.1 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 5167-1, l’ISO 5725-1,

l’ISO 5725-2, l’ISO 15900, l’ISO 27891 et l’ISO 29464 s’appliquent.

L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO online browsing platform: http: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: http: //www .electropedia .org/
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ISO/TS 21083-2:2019(F)
3.2 Symboles et abréviations
3.2.1 Symboles
Symbole Définition
A Intensité source de la source radioactive
A Intensité source d’origine de la source radioactive
A Surface effective de filtration
C Concentration de particules en amont du média filtrant

C Concentration de particules de la ième taille monodispersée en amont du média filtrant

up,i
C Concentration de particules en aval du média filtrant
down

C Concentration de particules de la ième taille monodispersée en aval du média filtrant

down,i

C Concentration de particules après le second DEMC pour les particules porteuses de i charge(s)

d Diamètre de la gouttelette initiale y compris le solvant
d Diamètre de la particule d’essai après évaporation complète du solvant
E Efficacité de filtration du média filtrant d’essai

E Efficacité de filtration du média filtrant d’essai par rapport aux particules de la ième taille

monodispersée
e Charge d’un électron
φ Fraction volumique du DEHS dans la solution
t Demi-vie de la source radioactive
0,5

N Nombre total de particules en amont du média filtrant pendant un certain intervalle de temps

défini par l’utilisateur

N Nombre de particules de la ième taille monodispersée en amont du média filtrant pendant

up,i
un certain intervalle de temps défini par l’utilisateur

N Nombre total de particules en aval du média filtrant pendant un certain intervalle de temps défini

down
par l’utilisateur

N Nombre de particules de la ième taille monodispersée en aval du média filtrant pendant un certain

down,i
intervalle de temps défini par l’utilisateur

N Nombre total de particules après le second DEMC pour les particules porteuses de i charge(s)

n Nombre de charges élémentaires
P Pénétration fractionnelle du média filtrant d’essai

P Pénétration fractionnelle de particules de la ième taille monodispersée pour le média

filtrant d’essai

P Pénétration avec le média filtrant, avant application du rapport de corrélation

P Pénétration mesurée par rapport aux particules de la ième taille monodispersée lorsque le média

m,i

filtrant est installé dans le porte-filtre, avant application du rapport de corrélation

q Débit à travers le média filtrant
q Débit d’air à travers l’électromètre
R Rapport de corrélation

R Rapport de corrélation pour la ième taille de particule monodispersée, obtenu comme

la pénétration sans le média filtrant
R Résistance de l’élément résistif
t Temps
v Vitesse au niveau du média filtrant
V Tension
x Volume de l’air échantillonné
α Angle de la section de transition dans le porte-filtre
∆p Perte de charge aux bornes du média filtrant
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ISO/TS 21083-2:2019(F)
Symbole Définition
E Efficacité particulaire initiale de l'échantillon de média

∆E Différence d'efficacité particulaire entre E et l'efficacité conditionnée de l'échantillon de média

c 0
λ Constante de décroissance radioactive égale à 0,693/ t
0,5
3.2.2 Abréviations
AC Courant alternatif
CAS Chemical abstract service
CL Limite de concentration
CMD Diamètre médian
CPC Compteur de particules à condensation
DEHS Diéthylhexylsébacate
DEMC Classificateur différentiel de mobilité électrique
DMAS Système d’analyse différentielle de mobilité
HEPA Filtre à particules à haute efficacité
Kr Krypton
IPA Isopropanol
MPPS Taille de particule ayant la plus forte pénétration
Po Polonium
PSL Latex de polystyrène
HR Humidité relative
SRM Matériau de référence étalon
4 Principe

L'efficacité de filtration du média filtrant est déterminée en mesurant les concentrations de particules

en amont et en aval du média filtrant. La pénétration fractionnelle, P, représente la fraction de particules

d’aérosol pouvant traverser le média filtrant, comme indiqué dans la Formule (1):

PC= /C (1)
down up

où C et C représentent respectivement les concentrations de particules en aval et en amont du

down up

média filtrant. Une autre approche consiste à mesurer le nombre de particules en amont et en aval

du média filtrant pour un intervalle de temps et un débit volumique d’échantillonnage définis par

l’utilisateur. La pénétration est alors le rapport entre le comptage en aval, N , et le comptage en

down
amont, N , comme indiqué dans la Formule (2):
P = N /N (2)
down up

L’efficacité du média filtrant, E, est la fraction de particules d’aérosol éliminées par le média filtrant,

comme montré dans la Formule (3):
E = 1 – P (3)
© ISO 2019 – Tous droits réservés 3
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ISO/TS 21083-2:2019(F)
L’efficacité du média filtrant dépend de la taille des particules d
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Questions, Comments and Discussion

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