LED燈光生物安全性比對(duì)結(jié)果分析

牟麗霞，楊春霞，葉祥平，黃蕊慰

(惠州質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東 惠州　516003)

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LED燈光生物安全性比對(duì)結(jié)果分析

牟麗霞，楊春霞，葉祥平，黃蕊慰

(惠州質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東 惠州516003)

為了解及分析各檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)于LED照明產(chǎn)品光生物安全性的檢測(cè)水平，國(guó)家光電產(chǎn)品光輻射安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心組織了15家實(shí)驗(yàn)室參加LED照明產(chǎn)品的燈的危險(xiǎn)等級(jí)、亮度值和視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值比對(duì)試驗(yàn)。本文參照能力驗(yàn)證的統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)方法處理比對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)，其中用到了事先約定方法和Z比分?jǐn)?shù)判定法對(duì)各項(xiàng)比對(duì)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，各比對(duì)實(shí)驗(yàn)室燈的危險(xiǎn)等級(jí)判定基本一致，但亮度值和視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值穩(wěn)健CV值偏大，且存在問(wèn)題結(jié)果和離群結(jié)果。各檢測(cè)機(jī)構(gòu)和儀器廠家應(yīng)加強(qiáng)交流與合作，進(jìn)一步提高光生物安全性檢測(cè)水平。

光生物安全;燈的危險(xiǎn)等級(jí);Z比分?jǐn)?shù);亮度;視網(wǎng)膜藍(lán)光危害

引言

近年來(lái)，隨著LED技術(shù)的進(jìn)步以及生產(chǎn)成本的降低，傳統(tǒng)照明光源已逐漸被LED光源替代，縱使LED光源具備諸多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)能省電，使用壽命長(zhǎng)，體積小，亮度高等，但其發(fā)光成份中藍(lán)光高對(duì)人類(尤其是兒童和老人)具有潛在危險(xiǎn)，目前LED照明產(chǎn)品的光生物安全性檢測(cè)越來(lái)越多地受到消費(fèi)者和生產(chǎn)商的重視，且新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 7000.1—2015已經(jīng)把燈的光生物安全性列為強(qiáng)制檢測(cè)范疇[1]。

國(guó)內(nèi)以及國(guó)際上已經(jīng)有很多檢測(cè)機(jī)構(gòu)可以對(duì)LED照明產(chǎn)品的光生物安全性進(jìn)行檢測(cè)，但由于各檢測(cè)機(jī)構(gòu)使用的儀器不一致，檢測(cè)儀器操作過(guò)程復(fù)雜，儀器更新?lián)Q代較快，人員操作影響檢測(cè)結(jié)果等因素，一直未有機(jī)構(gòu)組織開(kāi)展過(guò)大規(guī)模比對(duì)試驗(yàn)，國(guó)家光電產(chǎn)品光輻射安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心于2015年9月發(fā)起LED照明產(chǎn)品的光生物安全性多家實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)試驗(yàn)，目的在于了解及分析各檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)于光生物安全檢測(cè)結(jié)果的一致性以及存在的問(wèn)題，進(jìn)而推動(dòng)LED照明產(chǎn)品光生物安全檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和提高。

本次比對(duì)參加實(shí)驗(yàn)室共有15家(實(shí)驗(yàn)室代碼分別為01，02，03…15)，比對(duì)機(jī)構(gòu)涵蓋國(guó)際認(rèn)證檢測(cè)機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)知名民營(yíng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)及國(guó)家法定檢測(cè)機(jī)構(gòu)，覆蓋區(qū)域包括廣東、上海、江蘇、山東、福建、江蘇等省市，本文秉承科學(xué)原則對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和討論。

1　樣品選取、測(cè)試方法與儀器設(shè)備介紹

1.1樣品選取

本次比對(duì)樣品選取考慮因素分別為：①樣品傳遞過(guò)程中安全性；②安裝方法應(yīng)簡(jiǎn)單方便；③在檢測(cè)過(guò)程中樣品需具有代表性，且各實(shí)驗(yàn)室均對(duì)類似樣品開(kāi)展過(guò)檢測(cè)工作。

最終選取了3個(gè)體積相對(duì)較小，接頭均為E27且相關(guān)色溫不同的日常用燈，分別為L(zhǎng)ED射燈(樣品1#)，LED磨砂球泡(樣品2#)，LED透明球泡(樣品3#)。經(jīng)過(guò)近200 h的老化，3個(gè)樣品均在15 min內(nèi)光通量和電參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定。

1.2測(cè)試方法

本次比對(duì)測(cè)試方法主要參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20145—2006，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62471:2006和IEC/TR 62778：2012。測(cè)試距離規(guī)定為20 cm[2]；測(cè)試波長(zhǎng)范圍定為300 nm～800 nm，步長(zhǎng)5 nm；供電參數(shù)約定為L(zhǎng)ED射燈AC 220V/50 Hz，LED磨砂球泡燈AC 220 V/50 Hz，LED透明球泡燈AC 220V/60 Hz；預(yù)熱時(shí)間15 min。

1.3儀器設(shè)備

光輻射安全測(cè)試系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、光譜儀、光纖和積分球組成。通常檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室為保證測(cè)試的準(zhǔn)確性還會(huì)安裝光學(xué)導(dǎo)軌，測(cè)試過(guò)程中被測(cè)燈在光學(xué)導(dǎo)軌上移動(dòng)，另外，在測(cè)試之前會(huì)用標(biāo)準(zhǔn)燈對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正[3]。經(jīng)過(guò)調(diào)研，各比對(duì)實(shí)驗(yàn)室使用的儀器設(shè)備及標(biāo)準(zhǔn)燈都在計(jì)量有效期之內(nèi)，且精度均能滿足測(cè)試方法要求。

2　比對(duì)參數(shù)與結(jié)果分析方法

2.1比對(duì)參數(shù)

對(duì)于LED產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，通常LED燈的危險(xiǎn)等級(jí)與燈的亮度以及其藍(lán)光危害成分密切相關(guān)，本次比對(duì)參數(shù)設(shè)計(jì)為3個(gè)，分別為燈的危險(xiǎn)等級(jí)、亮度值和視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值。

2.2結(jié)果分析方法

由于燈的危險(xiǎn)等級(jí)判定具有特殊性，判定結(jié)果沒(méi)有具體數(shù)值，只有危險(xiǎn)類別，不能使用一般的評(píng)價(jià)方法，因此約定判定方法為：比對(duì)結(jié)果燈的危險(xiǎn)等級(jí)若大于80%實(shí)驗(yàn)室等級(jí)一致，則這些比對(duì)結(jié)果一致的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果滿意，其他評(píng)價(jià)等級(jí)不一樣的實(shí)驗(yàn)室離群。

亮度值和視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值分析參照CNAS-GL02《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南》，使用基于穩(wěn)健總計(jì)統(tǒng)計(jì)量的Z比分?jǐn)?shù)(中位值和標(biāo)準(zhǔn)化IQR)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)參加實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果[4]，用中位值估計(jì)均值，用標(biāo)準(zhǔn)化四分位距衡量數(shù)據(jù)的分散程度，減少極端結(jié)果對(duì)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響，把樣品所有實(shí)驗(yàn)室結(jié)果的中位值和標(biāo)準(zhǔn)化IQR分別寫為中位值(A)和標(biāo)準(zhǔn)化IQR(A)，穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)(用Z表示)為：

(1)

照度值、亮度值和視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值最終以實(shí)驗(yàn)室間Z比分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)各參加實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)結(jié)果，依據(jù)CNAS-GL02《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南》第3.5節(jié)能力評(píng)價(jià)第3條數(shù)值的統(tǒng)計(jì)判定，一般將Z比分?jǐn)?shù)分為：|Z|≤2為滿意結(jié)果，2<|Z|<3為有問(wèn)題結(jié)果，|Z|≥3為不滿意結(jié)果[5]。

同時(shí)，視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值是決定LED產(chǎn)品的光生物安全危險(xiǎn)等級(jí)的最主要參數(shù)，評(píng)價(jià)中結(jié)合考慮光生物安全危害等級(jí)判定中視網(wǎng)膜藍(lán)光危害限值，若某間實(shí)驗(yàn)室測(cè)量得到的光生物等級(jí)不一樣且其藍(lán)光危害值離限值較遠(yuǎn)，仍判定其離群。

3　結(jié)果分析與討論

3.1燈的危險(xiǎn)等級(jí)

光生物安全性主要研究的是光輻射對(duì)皮膚和眼睛的作用[6]，對(duì)LED產(chǎn)品，光譜主要集中在波長(zhǎng)為300 nm～800 nm范圍內(nèi)，此波段的光輻射能對(duì)視網(wǎng)膜造成光化學(xué)危害，甚至能夠引發(fā)視網(wǎng)膜炎。在對(duì)LED燈的光生物安全性進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通常會(huì)對(duì)燈的危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)級(jí)，一般分為無(wú)危險(xiǎn)類(0類)、低危險(xiǎn)類(1類)、中度危險(xiǎn)類(2類)和高危險(xiǎn)類(3類)[7]。各實(shí)驗(yàn)室比對(duì)數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

從表1中可以看出，樣品1#有14間實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)等級(jí)一致，均為1類危險(xiǎn)，占比對(duì)實(shí)驗(yàn)室總數(shù)的93%，只有1間實(shí)驗(yàn)室為0類危險(xiǎn)，判定04實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)離群；樣品2#全部實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果為0類危險(xiǎn)，占比對(duì)實(shí)驗(yàn)室總數(shù)的100%，判定所有實(shí)驗(yàn)室比對(duì)結(jié)果滿意；樣品3#全部實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果均為1類危險(xiǎn)，占比對(duì)實(shí)驗(yàn)室總數(shù)的100%，判定所有實(shí)驗(yàn)室比對(duì)結(jié)果滿意。

從燈的類型分析，樣品2#(LED磨砂球泡)和樣品3#(LED透明球泡)發(fā)光方向均不集中，朝四面八方發(fā)射，所有比對(duì)實(shí)驗(yàn)室燈的危險(xiǎn)等級(jí)判定一致，但對(duì)于樣品1#(LED射燈)光束角較小，出現(xiàn)1家實(shí)驗(yàn)室燈的危險(xiǎn)等級(jí)判定離群，說(shuō)明燈的類型對(duì)光生物安全等級(jí)的判定可能會(huì)產(chǎn)生影響。

總體來(lái)說(shuō)，各實(shí)驗(yàn)室燈的光生物安全危險(xiǎn)等級(jí)判定基本一致。

3.2亮度值

亮度是人眼對(duì)光亮感覺(jué)產(chǎn)生刺激大小的度量。亮度是經(jīng)常要測(cè)量的發(fā)光體光度特性之一[8]。發(fā)光體表面的亮度與其表面狀況、發(fā)光特性的均勻性、觀察方向等有關(guān)，因而亮度的測(cè)量頗為復(fù)雜，且測(cè)量的往往是一個(gè)小發(fā)光面積內(nèi)亮度的平均值[9]。亮度的單位是坎德拉/平方米(cd/m2)。對(duì)于亮度值測(cè)量，由于儀器設(shè)備原因，11家實(shí)驗(yàn)室能通過(guò)光生物安全測(cè)試系統(tǒng)得到，4家實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)不能通過(guò)光生物安全測(cè)試系統(tǒng)直接讀出且沒(méi)有提交測(cè)試結(jié)果。各比對(duì)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

統(tǒng)計(jì)量數(shù)據(jù)如表3所示。

Z值分布如表4所示。

表2　各比對(duì)實(shí)驗(yàn)室亮度值測(cè)量結(jié)果

表3　各比對(duì)實(shí)驗(yàn)室亮度值統(tǒng)計(jì)量數(shù)據(jù)分析

表4　各比對(duì)實(shí)驗(yàn)室亮度值Z值分析

從表4的Z值分布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上可以看出，所有提交結(jié)果的實(shí)驗(yàn)室對(duì)于樣品1#，樣品2#亮度值測(cè)量|Z|≤2，結(jié)果滿意。07號(hào)實(shí)驗(yàn)室對(duì)于樣品3#亮度值測(cè)量|Z|≥3，結(jié)果離群，可能是該實(shí)驗(yàn)室在測(cè)量亮度時(shí)只探測(cè)到發(fā)光區(qū)域的某一顆燈珠的原因，這種測(cè)量方法相對(duì)嚴(yán)苛。

3.3藍(lán)光危害值

藍(lán)光危害值是為了防止長(zhǎng)期受到藍(lán)光輻射的視網(wǎng)膜產(chǎn)生視網(wǎng)膜光化學(xué)損傷，光源的光譜輻亮度與藍(lán)光危害函數(shù)B(λ)加權(quán)積分后的能量，藍(lán)光加權(quán)輻亮度LB不應(yīng)超過(guò)下面限值[6]：

(2)

各比對(duì)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

統(tǒng)計(jì)量數(shù)據(jù)如表6所示。

Z值分布如表7所示。

表5　各比對(duì)實(shí)驗(yàn)室藍(lán)光危害值測(cè)量結(jié)果

表6　各比對(duì)實(shí)驗(yàn)室藍(lán)光危害值統(tǒng)計(jì)量數(shù)據(jù)分析

表7　各比對(duì)實(shí)驗(yàn)室藍(lán)光危害值Z值分析

藍(lán)光危害值不僅和亮度值有關(guān)，而且和表觀光源大小也有密切關(guān)系，藍(lán)光危害值是決定LED產(chǎn)品的光生物安全危險(xiǎn)等級(jí)的最主要參數(shù)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可以看出，對(duì)于樣品1#，08號(hào)實(shí)驗(yàn)室藍(lán)光危害值測(cè)量|Z|≥3，判定08號(hào)實(shí)驗(yàn)室對(duì)于藍(lán)光危害測(cè)量結(jié)果離群，除此以外還應(yīng)結(jié)合考慮光生物安全危害等級(jí)判定藍(lán)光危害0類限值為100(W·m-2·sr-1)， 只有04號(hào)實(shí)驗(yàn)室藍(lán)光危害值<100(W·m-2·sr-1)，因此判定04號(hào)實(shí)驗(yàn)室對(duì)于藍(lán)光危害測(cè)量也離群；而對(duì)于樣品2#，06號(hào)和08號(hào)實(shí)驗(yàn)室藍(lán)光危害值測(cè)量|Z|≥3，判定06號(hào)和08號(hào)實(shí)驗(yàn)室藍(lán)光危害值測(cè)量結(jié)果離群，10號(hào)實(shí)驗(yàn)室藍(lán)光危害值2<|Z|<3,判定10號(hào)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果存在問(wèn)題；對(duì)于樣品3#，04號(hào)實(shí)驗(yàn)室藍(lán)光危害值2<|Z|<3,判定04號(hào)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果存在問(wèn)題，其余所有實(shí)驗(yàn)室藍(lán)光危害值測(cè)量均|Z|≤2，比對(duì)結(jié)果滿意。

4　比對(duì)總結(jié)與建議

1)本次比對(duì)3只樣品燈的危險(xiǎn)等級(jí)判定只有1家實(shí)驗(yàn)室離群，說(shuō)明各實(shí)驗(yàn)室對(duì)燈的危險(xiǎn)等級(jí)判定基本一致；

2)對(duì)提交數(shù)據(jù)的11實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行亮度值分析，有1家實(shí)驗(yàn)室離群，經(jīng)分析可能是該實(shí)驗(yàn)室在測(cè)量亮度時(shí)只探測(cè)到發(fā)光區(qū)域的某一顆燈珠的原因，這種測(cè)量方法相對(duì)嚴(yán)苛；3)視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值測(cè)量有少數(shù)幾家實(shí)驗(yàn)室存在問(wèn)題結(jié)果以及離群結(jié)果，經(jīng)分析與實(shí)驗(yàn)室在測(cè)量發(fā)光面不均勻的燈時(shí)測(cè)試方法是否一致以及測(cè)試人員的作業(yè)手法有關(guān)；

除此之外，儀器是否及時(shí)定標(biāo)以及標(biāo)準(zhǔn)燈的可靠性也影響測(cè)量結(jié)果。

總的來(lái)說(shuō)，各實(shí)驗(yàn)室在對(duì)普通類型的燈進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)判定時(shí)結(jié)果基本保持一致，只有在測(cè)量處于某一危險(xiǎn)類別邊緣的LED燈時(shí)，可能出現(xiàn)危害等級(jí)不一致的情況。建議檢測(cè)機(jī)構(gòu)與儀器設(shè)備制造商多交流和合作制造更先進(jìn)更智能的光生物安全檢測(cè)設(shè)備，減少人員因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，同時(shí)檢測(cè)機(jī)構(gòu)間也應(yīng)加強(qiáng)交流與討論，特別是針對(duì)特殊類型燈具的安裝及測(cè)試方法，提高檢測(cè)結(jié)果一致性。

[1] 燈具 第1部分:一般要求與試驗(yàn)：GB 7000.1—2015[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[2] Application of IEC 62471 for the assessment of blue light hazard to light sources and luminaires：IEC/TR 62778—2012[S]. National Electrotechnical Commission, 2014.

[3] 虞建棟. 光生物安全性的測(cè)試與評(píng)價(jià)研究[D].杭州：浙江大學(xué), 2006.

[4] 能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南：CNAS-GL02[S]. 北京：中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì), 2014.

[5] 張?jiān)? 分析實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)方法研究[J]. 現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室管理,2003,(3)：45-48.

[6] 燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性：GB/T 20145—2006[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[7] Photobiological safety of lamps and lamp systems:IEC 62471:2006[S].National Electrotechnical Commission, 2006.

[8] 柯頓 J.R，馬斯頓 A.M. 光源與照明[M]. 陳大華,胡榮生，等譯. 上海: 復(fù)旦大學(xué)出版社,2000.

[9] 金偉其，胡威捷. 輻射度 光度與色度及其測(cè)量[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2011.

LED Light’s Photobiological Safety Comparison Analysis

MOU Lixia, YANG Chunxia, YE Xiangping, HUANG Ruiwei

(Guangdong Huizhou Quality & Measuring Supervision Testing Institute，Huizhou516003,China)

In order to understand and analysis testing institution’s detection capability of LED lamps’ photobiological safty, National Testing Center for Optical Radiation Safety of Photoelectric Products(Guangdong) organized 15 laboratories participate LED lighting product’s risk rating, luminance and retinal blue-ray damage value comparison test. In this article, the statistical and evaluation method of the capability verification is used to deal with the data, in which uses the prior agreement method and theZratio score method to evaluate the comparison parameters. Statistical results show that, the laboratories have almost the same result in risk rating, but the luminance and retinal blue-ray damage value’s CV values are too large, and have the problem and outlier results. The detection institutions and manufacturers should enhance more communication and cooperation, to improve the level of light and biological safety testing.

photobiological safety; risk group classification;Zratio fraction; luminance; Retinal blue light hazard

TM923

ADOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2016.05.002