微細氣泡技術標準體系探究

周 蘭，李兆軍

(中國科學院過程工程研究所，北京 100190)

氣泡在生活中無處不在，有流體的地方就有氣泡。有時候，人們并不希望氣泡產生，材料中混入氣泡會影響材料的外觀、降低材料的強度，油液中含有過多氣泡會影響系統的多種性能，高速流體機械運轉時的空化氣蝕現象令技術人員頭疼，輸液時混入過多氣泡或從高氣壓環境驟然進入低氣壓環境時危險的氣栓現象等。但是，人類很早就開始利用氣泡豐富的特性，并發揮積極作用。近幾十年，氣泡尺寸小到微納米級的微細氣泡技術快速發展，其應用越來越廣泛，在礦物浮選分離、超聲造影劑、污水處理、工業清洗和精細剝離、日用清洗和護膚、健康養生、農業種植以及水產養殖、鹽堿地改良和土壤修復等諸多領域，微細氣泡技術均頗有建樹。而且，微細氣泡技術是面向未來、綠色可持續的技術——在聯合國17項全球可持續發展目標中，微細氣泡技術應用可以切實支持到消除饑餓、健康福祉、清潔飲水與衛生設施、廉價和清潔能源、工業/創新/基礎設施、負責任的消費和生產、氣候行動、海洋環境、陸地生態、促進目標實現的伙伴關系這10項目標。

不過，因為過去氣泡本身很少被作為最終的產物或產品，大多數領域的研究和應用多是氣泡參與和貢獻的結果，而很少關注氣泡本身，20世紀70年代才開始逐漸形成從“氣泡”這個視角來跨領域開展研究，對氣泡進行分類和評價，進而指導應用的專業領域。參考寺坂宏一的分類[1]，廣義上的“氣泡”是指“由氣體以外的材料包圍氣體形成的封閉空間”；按與氣泡表面接觸的相來分，有完全被液體包裹的“浮游性氣泡”；部分和固體接觸、其余部分和液體接觸的“附著性氣泡”；完全被固體包裹的“中空粒子”；被連續固相包裹的“空隙”等。進一步細分，氣泡又按粒徑、內包氣體種類、氣泡膜成分、生成方法等分為多種類型。微細氣泡技術應用主要是針對浮游性氣泡中的微氣泡和超細氣泡。

氣泡應用上，氣泡其他特性往往比氣泡本身粒徑的影響更顯著，而且早期也沒有改變或者縮小氣泡尺寸的實用設備，導致氣泡尺寸對效果的影響及背后機理特性方面的研究和關注比較少。20世紀90年代初，超聲造影劑的研究工作取得了很大的進展。研究人員發現，與早期的超聲造影劑相比，直徑為幾個μm的、可通過肺循環的包膜超聲造影劑的應用效果最佳、應用范圍更廣、穩定性更好；一些公司和研究機構研制了不同的微氣泡超聲造影劑，用于動物試驗和臨床研究的超聲造影劑也投放市場；現在，微納氣泡超聲造影劑的研究逐漸形成了一個完整的體系，同時越來越多的應用價值被發掘和應用，其在制備技術、診斷和治療應用等方面均取得了進展和突破[2]。20世紀90年代末期，日本的科學家研制出微米氣泡發生設備，并應用在牡蠣和扇貝養殖方面，取得了良好的效果，引起了廣泛的關注。以水產養殖領域為開端，掀起了微氣泡技術研究和應用的高潮。隨后，在微氣泡的基礎上，科研機構和企業技術人員又開發出超細氣泡發生裝置，研究超細氣泡的獨特效果及其在多領域的應用[1]。

但是，就像其他新興技術發展初期一樣，伴隨著微細氣泡的研究和應用，在學術界和市場上一直存在著諸多爭議和未解難題；微細氣泡功能、效果等背后的機理還沒有充分和完善的科學解釋；應用走在機理理論研究的前面，市場也尚在發展和形成的初期。不過，隨著跨國跨領域的合作交流、細分領域內的深耕細作、微細氣泡技術和數據的共享和沉淀、測量技術的進步，對微細氣泡體系的機理把握也在不斷深入，技術應用規模和產業效益也在逐步提升。微細氣泡技術的標準化正是在這個背景下應運而生。本文提出了微細氣泡技術的標準體系、標準化結構圖，并對標準化現狀進行了梳理。

1 標準化發展情況

1.1 相關組織

日本在微細氣泡技術領域的應用和推廣方面做了很多開創性工作，政府很早就開始布局相關的系統支持架構，搭建了官、產、學、研相結合的技術研發，應用推廣到國際引領的綜合體系。2012年，成立了微細氣泡產業協會(Fine Bubble Industry Association，FBIA)[3]，初衷是受日本經濟產業省委托，推進微細氣泡技術的國際標準化組織的設立。2013年，在日本的推動下，國際標準化組織(International Organization for Standardization，ISO)成立了微細氣泡技術委員會TC281(以下簡稱ISO/TC281)，秘書處由日本承擔。ISO/TC281成立后，FBIA繼續作為綜合實施微細氣泡技術國際標準化、認證、技術開發應用、共同基礎信息收集等的平臺，聯合業界/學會/政府以形成健全市場、產業整體加速發展為目標開展活動。日本技術與評價研究所(National Institute of Technology and Evaluation，NITE)[4]設有微細氣泡測量和標準化辦公室，專門負責微細氣泡產品試驗·評價方法開發和檢測相關國際標準開發，并作為第三方的認證機關，建立評價和證明的認證體系(不針對企業和個人開放)。由FBIA實施微細氣泡產品認證和登記，以期加強微細氣泡產品廠商和消費者之間的信賴。FBIA通過指定民間試驗機構，進行認證相關檢測和提供檢測報告書，并在此基礎上進行認證。除了企業為主體的協會，日本還組建有微細氣泡學會聯盟，包含FBIA、混相流學會、化學工學會反應場工學分科會(環境和諧型反應為核心)、聲化學學會和化學工學會氣泡·液滴·微粒子分散工學分科會5個團體，擔負著相關科研活動信息交換的職責，事務所設在FBIA[5]。

我國于2018年10月由中國顆粒學會發起成立了微納氣泡專業委員會，旨在加強微納氣泡基礎研究和應用之間的交流合作，推動該領域在環境、農業、生物和健康等方面的發展。截至目前，有大專院校、研究院所和企業代表182名，成立了8個工作組，分別是：基礎研究、國際合作、科普和培訓、水質提升、農牧漁業、健康、清洗以及工業、測量和標準化。中國顆粒學會也設有標準工作委員會，專門負責團體標準的推進和制定工作。2019年11月，國家標準化管理委員會批準成立了ISO微細氣泡技術委員會的鏡像組織——全國微細氣泡技術標準化技術委員會(SAC/TC584)，主要負責微細氣泡技術(涵蓋術語與通則、包括但不限于液體介質中微細氣泡的表征與應用，特別關注<100 μm人工制造微細氣泡)領域國家標準制修訂工作。

1.2 技術動向

類似于顆粒/粉體技術、納米材料、真空技術等分類，微細氣泡技術無法歸類到一個傳統行業里，屬于跨行業跨領域的新型交叉學科，其基礎和機理涉及物理化學、聲學、化學工程和生物學等基礎學科，還和流體力學、多相流、界面科學、納米科學聯系緊密。與具體應用結合，涉及水環境工程、工程醫學、農業水產養殖工程學、食品科學與工程、機械加工工程等廣泛的細分專業領域。

在2016年度專利申請技術動向調查報告書[6]中，日本對微細氣泡技術1986年—2015年各國發表的非專利英文論文6 332件和1986年—2014年歐美日中韓各國申請的專利9 555件做了詳細調查，從件數最多的開始排序，論文近年來越來越集中在運用微細氣泡特有性質和間接性質的效果、生命科學/醫療應用領域、微細氣泡內包氣體種類、中空微膠囊、微細氣泡性狀和調制、工業領域、微細氣泡發生設備和方法、環境領域等方面；專利申請近年來越來越集中在運用微細氣泡特有性質和間接性質的效果、微細氣泡內包氣體種類、環境領域、工業領域、微細氣泡發生設備和方法、微細氣泡性狀和調制、微細氣泡發生器性能、生命科學/醫療應用領域等方面；專利申請和論文基本均在2000年—2005年激增后穩步增加(生命科學/醫療應用領域不同，20世紀90年代初開始穩步增長)。微細氣泡技術的基本專利日本居多，而專利中被引用頻率最高的是生命科學/醫療應用領域的超聲造影劑和診斷相關專利，以歐美專利居多。

微細氣泡技術在生命科學和健康領域的研究和應用，特別是在醫學超聲影像增強與藥物載運方面的發展是很多國家加大投入和爭搶未來競爭力的領域。用于組織顯像的聲學造影劑發展迅速，具有診斷和治療雙重作用的靶向聲學造影劑也在研究中。對于這方面的研究和應用，微氣泡膜殼性質的改變和設計非常關鍵[2]。

1.3 標準化對象

ISO/TC281的標準化工作聚焦于液體介質中人工制造微細氣泡的術語、表征和應用通則。其中的微細氣泡(fine bubble)限定在體積等效直徑<100 μm，包含體積等效直徑在1～100 μm的微氣泡(microbubble)和等效直徑<1 μm的超細氣泡(ultrafine bubble)[7]。

雖然研究領域和市場上使用“納米氣泡”的表述還較為常見，但ISO/TC281倡導規避，不使用“納米氣泡”一詞，而是相應采用“微細氣泡”、“超細氣泡”的表述，主要考慮以下因素。首先，2005年設立的ISO納米技術委員會ISO/TC229定義納米尺度為1～100 nm[8]；ISO/TC281的超細氣泡粒徑<1 μm，常壓下觀測到水中生成的微細氣泡粒徑多為100～200 nm，沒有直接科學依據表明超細氣泡尺寸到100 nm這條分界線會表現出量變到質變的顯著不同的理化現象和功能特性改變，且表現出卓越性能的超細氣泡粒徑往往>100 nm。其次，因為有些納米材料對生物體和環境的危害，歐盟委員會對納米材料高度敏感和管控，“納米氣泡”會帶來諸多市場推廣的不利因素。最后，雖然已經有納米氣泡之類的商標注冊，并在市場上被使用，但如前所述，存在宣傳效果中的納米氣泡無法直接證明，且微細氣泡粒徑<50 nm后區分出灰塵或者噪音的高精度測量成本昂貴難以在實際應用中實施的問題，這種宣傳有引起市場混亂的可能性。

2 標準體系和進展

2.1 概述

標準體系模型用于表達、描述標準體系的目標、邊界、范圍、環境、結構關系，并反映標準化發展規劃，是策劃、實施、檢查和改進標準體系的方法工具。微細氣泡技術標準體系是針對微細氣泡技術這一標準化對象本身的分類和體系化，應包含現有、應有和預計制定標準化文件的藍圖[9]。

每個標準化文件除了可以在微細氣泡技術標準體系結構里對號入座以外，還應按照標準化領域通用的分類方法界定屬性和確定內容，便于指導標準項目的開發工作。結合微細氣泡技術，對其中重要的5個維度和分類方法[10-11]進行說明。

(1)標準化文件的表現形式

鑒于微細氣泡技術這一新興領域，標準化工作尚在起步階段，內容的最終表現形式不囿于標準，具體來說，主要包括以下層次的標準化文件：①ISO體系的國際標準(international standards)、技術規范(technical specifications，TS)和技術報告(technical reports，TR)；②國家標準體系的推薦性國家標準(GB/T)、標準化指導性技術文件(GB/Z)；③行業標準、地方標準、團體標準和企業標準。

相對于標準來說，TS協商一致性程度降低、程序簡化，未來有可能形成一致意見上升為國際標準，但當前存在以下問題：①不能獲得批準為國際標準所需要的支持；②對是否已形成協商一致尚未確定；③其主題內容尚處于技術發展階段；④另有原因使其不可能作為國際標準立即出版。

需要注意的是，TS的內容可以包括要求；允許在同一主題下幾個技術規范競爭；技術規范不同于我國標準化文件中的規范標準這一功能類型。

TR完全是信息性文件，不應包括規范性內容，一般包括從通常作為國際標準或技術規范出版的資料中收集的各種數據。例如，從國家成員團體的評述中得到的數據、其他國際組織中工作方面的數據、與國家成員體某一具體方面的標準有關的技術發展動態數據。

TS和TR和我國標準化文件中的GB/Z功能較接近。在我國，GB/Z是為仍處于技術發展過程中(如變化快的技術領域)的標準化工作提供指南或信息，供科研、設計、生產、使用和管理等有關人員參考使用而制定的標準化文件。實際應用過程中，市場亟需的TS也可以考慮轉化為推薦性國家標準中的“指南”，以適當的背景知識，提供某主題的普遍性、原則性、方向性的指導，或同時給出相關建議或信息的標準，為將來做規范、規程做準備(發展成熟后)，不含要求，例如《...的常見實施問題》。對于成熟的技術要求，以標準形式呈現無疑更能發揮標準化的效能，但在制定標準的條件尚不具備時，TS、TR和GB/Z這類標準化文件能夠快速響應市場和創新的需求，為新技術的推廣和應用發揮重要作用。對于微細氣泡技術和應用來說，特性背后的機理未知或尚有爭議，且市場應用走在前面的新技術新領域，意義尤為突出。

對于我國從國家標準、行業標準、地方標準、團體標準到企業標準來說，應用范圍一級比一級窄，針對同一內容的標準化要求則一級比一級更高。2017年頒布的《標準化法》，對這方面也有詳細規定：對滿足基礎通用、對行業起引領作用等需要的技術要求，制定推薦性國家標準；對沒有推薦性國家標準，需要在全國某個行業范圍內統一的技術要求，可以制定行業標準；國家鼓勵學會、協會、商會、聯合會、產業技術聯盟等社會團體協調相關市場主體共同制定滿足市場和創新需要的團體標準，由本團體成員約定采用或者按照本團體的規定供社會自愿采用；國家鼓勵社會團體、企業制定高于推薦性標準相關技術要求的團體標準、企業標準。

目前，在微細氣泡技術方面，已發布的標準文件多為ISO文件。作為新興領域，各國在技術尤其是應用上的差距尚未拉開，標準化的工作在全球及各國均屬于起步階段。為中國技術應用和產品推廣的國際化做準備，作為微細氣泡技術標準化的國家隊，SAC/TC584也在著手盡快轉化適合的ISO文件為國家推薦性標準或指導性技術文件，組織國內相關專家主導制定和參與國際標準，鼓勵和挖掘國內優秀團隊制定國家標準。中國顆粒學會標準工作委員會也在著手制定微細氣泡技術相關的團體標準。

(2)標準化文件的使用者

標準化文件首先是以人為本，為使用者服務的。微細氣泡技術領域的各方使用者包括生產方、供應方、采購方、最終使用方、檢測儀器公司、檢測機構、科研機構、認證機構、管理機構等。明確使用者和使用者關注的內容，才能保證標準化文件是特定使用者所需要的。從微細氣泡技術領域來說，生產供應方包括設備制造商、零部件制造商、測量儀器制造商和工程設計施工及配套公司等。需求使用方則包括水處理、食品醫療健康、農林水產等諸多不同領域。

(3)標準化文件的標準化對象

考慮標準化對象或領域、“做成什么”，可以將標準化文件劃分為以下對象類別：①產品標準，按具體標準化對象，可進一步分為原材料標準、零部件/元器件標準、制成品標準和系統標準；②過程標準；③服務標準。

(4)標準化文件的目的

按照標準化文件制定的目的導向原則，要解決“為什么”的問題，標準化文件有保證可用性，便于接口、互換、兼容或相互配合，利于品種控制，保障健康、安全，保護環境或促進資源合理利用，促進相互理解和交流，提高生產效率，以及產品防護等不同目的。

(5)標準化文件的功能

按照標準化文件內容的功能，可以將標準劃分為術語標準、符號標準、分類標準、試驗標準、規范標準、規程標準和指南標準等功能類型[12]。

2.2 標準體系

2.2.1 標準體系層次

ISO/TC281將微細氣泡技術的國際標準分為三層構造，原則上對應3個工作組標準開發工作的分工，如圖1所示。頂層基礎標準為微細氣泡技術的一般原則，包括定義、術語、特性等共通基礎要素；中間層為測量微細氣泡和微細氣泡分散體系的各種測量方法標準；底層為微細氣泡起到的效果，以及各種具體領域的特定應用標準。從頂層到底層，層層遞進的標準體系，旨在推進形成微細氣泡技術應用健全的市場[13]。

圖1 國際標準的三層結構體系Fig.1 Three-Layer International Standardization of ISO/TC281

雖然ISO已有以上關于微細氣泡技術標準體系的劃分，結合我國微細氣泡技術的發展和應用情況，有必要在此基礎上進行更新和細化，建立和發展我國的微細氣泡技術標準體系。首先，三層體系過于籠統，有些亟需開發的重要標準無法歸類。例如，微細氣泡發生技術相關，包括不同種類的制備方法、產品和輔助設備要求等，沒有層次結構和明確的工作組來對應。其次，三層體系每個層次內部涵蓋多個方面，需要進一步分層分類，從而便于指導每個層次下面系列標準的設計和開發。最后，需要對每個層次中的標準提出具體的引導和建議，包括期待開發標準的方向、用途、類別等。

結合目前產業的發展、標準化工作的需求，按照《標準體系構建原則和要求》(GB/T 13016—2018)目標明確、全面成套、層次適當和劃分清楚的構建標準體系的4大基本原則，SAC/TC584秘書處調研現有的標準化基礎(包括已制定的標準和已開展的相關標準化工作項目、微細氣泡檢測表征技術發展和應用情況)，從標準的類型、專業領域、功能等角度進行分析，在國際標準3個板塊的基礎上，增加生成技術及設備，提出了4個板塊的微細氣泡標準體系，如圖2所示。

圖2 標準體系新提案Fig.2 New Proposal for Standard System

注：400應用板塊的401～407部分因篇幅限制未展開圖3 標準體系結構簡圖Fig.3 Simplified Structure of Standard System

2.2.2 標準體系說明

微細氣泡標準體系下細分的標準體系結構如圖3所示。體系和內容力求完整，板塊之間、板塊的細分領域之間力求相互獨立。結構圖、結構圖說明、各板塊說明和細分領域說明缺一不可，共同構成標準體系。應用板塊子項目在結構圖中展開不便，以下分板塊介紹時詳細展開。

(1)標準體系的主旨：針對產業發展技術現狀、未來發展趨勢及市場應用需求，指導標準開發方向，以有利于微細氣泡技術應用和產業高效發展為目標，以解決實際問題為切入點，以技術落地應用為著力點。

(2)各板塊縱向細分領域的基礎標準和橫向跨領域的通用標準并重，便于各類標準靈活組合以實現更廣范圍、更多領域的推廣和適用。

(3)按照《中華人民共和國標準化法》，環境保護和人身安全屬于強制標準，沒有單獨列項，但產品標準和技術標準涉及相關內容時，需注意制定相應的規范條款。微細氣泡技術本身具有綠色環保的特性，在具體應用上需更加重視環保，才能發揮這一天然優勢。

(4)技術標準和方法標準可以基于產品標準，但必須和產品脫鉤，提取一般、普適性的方法、步驟、技術指標，才會促進行業發展。

(5)產品、相互配套技術、接口、性能基準和評價方法標準化是標準化的主要模式。各板塊涉及產品標準時，其中的技術性能要求向量化描述產品特性的方向發展，并規定滿足性能要求的量化范圍，以促使標準更廣泛、更直接的發揮作用。

(6)根據未來技術和應用的多樣性及發展需求，實施動態更新完善機制。通過持續強化和相關科研機構大專院校、檢測機構和檢測儀器公司、設備生產企業、工程公司、使用方協作協調，不定期更新與完善標準體系。

2.2.3 微細氣泡標準體系“100 基礎”板塊及相關標準化進展

微細氣泡技術在很多領域進展迅速，但微細氣泡的定義和術語發展相對滯后，一般原則沒有統一，導致其缺乏共通語言，亟待標準化。基礎類標準包含微細氣泡的共通基本要素標準，為其他各部分標準的制定提供支撐。基礎部分的內容單獨成集，屬于基礎標準化文件。但是，在測量方法、應用、生成技術及設備板塊的標準中，往往也會出現相應的術語或圖形符號定義、基礎原理與計算、包裝儲運要求等，并作為其不可分割的要素，服務于整個標準化文件。

微細氣泡標準體系“100 基礎”分為4部分。

101 通用術語、圖形符號

102 基礎原理

103 存儲儲運

104 標志

基礎標準化文件是微細氣泡技術標準體系結構的根基，建議以國際標準或推薦性國家標準形式發布；重要但尚未成熟的技術可以嘗試ISO的技術規范形式。基礎類標準化文件的使用者為使用微細氣泡技術領域的各方；主要目的是促進相關各方的相互理解；按照內容的功能看，多為術語標準、符號標準、分類標準、規范標準、規程標準和指南標準。

目前，基礎板塊標準化項目概況如表1所示(標準被轉化時只列出原始標準)。

表1 基礎類標準化項目概況Tab.1 Overview of Basic Standards

2.2.4 微細氣泡標準體系“200 生成技術及設備”板塊及相關標準化進展

生成技術及設備板塊包括微細氣泡生成、氣泡膜殼生成的方法和設備、設備性能評價、設備標志要求等相關標準。

微細氣泡標準體系“200 生成技術及設備”分為4大類。

201 通用方法及要求

202 工業用設備

203 民用設備：日用領域專用的淋浴頭、水龍頭起泡器、洗菜寶、洗衣機等

204 氣泡膜殼生成方法及設備

目前，這個板塊有一個相關的術語和分類標準——微細氣泡使用和測量通則 第3部分：微細氣泡發生相關術語和方法，如表2所示。

表2 生成技術及設備類標準化項目概況Tab.2 Overview of Standards for Equipments and Technology Generation

2.2.5 微細氣泡標準體系“300 測量與表征(含檢測儀器)”板塊及相關標準化進展

測量與表征類標準化文件占有極其重要的位置，是微細氣泡技術領域各方關注的焦點。表征與測試技術是科學鑒別產品材料、認識其結構、評價其特性的根本途徑。測量與表征也是聯系設計與制造工藝直到獲得具有滿意使用性能的產品之間的橋梁。為了更有效地使用微細氣泡技術，必須了解影響微細氣泡分散體系結構和性能的各種因素，才可能更充分地發揮其潛能和作用，調整和優化相關技術和產品。沒有試驗方法標準，就無從檢驗產品是否符合標準要求；沒有統一的試驗方法，也無法對同類產品性能優劣進行比較，對產品試驗得出的結論也無法得到公認。對微細氣泡技術相關的各種測試技術、對微細氣泡分散體系從宏觀到微觀不同層次的表征技術，是微細氣泡技術應用推廣不可或缺的重要組成部分。

迄今為止，市場上已開發出很多微細氣泡技術相關的測量方法，同一特性往往也有多種表征和測量方法。為了便于供應商和用戶對使用的材料性能進行溝通比較，以及需求和實際指標達成一致，保證最終產品性能，對包含微細氣泡的體系的各種特性的測量和表征方法、檢測儀器，均需有明確的規范。在此基礎上，實現微細氣泡技術扎實可靠地在多個產業領域應用和推廣。

考慮各種測量方法和方法使用者最終關注的是微細氣泡體系的各種特性，且往往需要多種測量方法相互補充，“300 測量與表征”板塊的細分類并未按照測量方法這一依據，而是按各種特性分門別類。此外，第三板塊只表征微細氣泡系統的自身特性，不包含結合各種具體應用領域的效果效能及評估方法，效果效能及評估方法歸入第四板塊。

隨著微細氣泡技術應用和研究的深入，包裹氣體從空氣、氧氣、氫氣、氮氣、二氧化碳到惰性氣體等；液體介質從水發展到石油、亞熔鹽、血液、組織液等各種性能迥異的液體介質；從無氣泡殼發展到各種材料甚至是特殊結構的氣泡殼。氣體、氣泡殼和液體介質不同化學成分的固有特性對微細氣泡技術應用的影響深遠，但其作為化學成分，本身固有的特性及對應的通用測量方法和設備并不是本標準體系的范圍和對象。此處的標準化范圍集中在微細氣泡個體、微細氣泡群、微細氣泡分散體系的固有特性，以及微細氣泡分散體系和環境相互作用產生的效果上。例如，微細氣泡包裹氣體為臭氧時，必然會帶有臭氧本身的強氧化性，但臭氧本身強氧化性的原理、表征和測量等并不在技術和標準范疇內，而是包裹臭氧的微細氣泡和微細氣泡分散體系的特性，包含臭氧在氣泡和氣泡分散體系中存在時氧化性能的表現及應用。當然，已有的臭氧氧化性的表征測量技術是臭氧氣泡和氣泡分散體系表征的重要基礎。

微細氣泡標準體系“300 測量表征(含檢測儀器)”分為5個大類[14]。

301 通用類：測量與表征各種特性的前提條件

301-1 樣品制備

301-2 標準物質/標準樣品

301-3 氣體/氣泡殼/液體介質化學成分檢測

301-4 安全性：微細氣泡材料對身體的安全性檢測和評估

301-9 其他：氣泡消減技術等

302 尺寸形貌：粒徑、粒徑分布、數量/體積濃度、氣液比(氣含率等)、比表面積、體積、膜殼厚度等

303 穩定性和運動相關：氣泡壽命、存在時間、收縮/破裂時的沖擊作用、溶解速度、運動軌跡、上升速度等

304 物理化學特性：表面電荷、Zeta電位、熱傳導率、摩擦系數、質量傳遞速度、分散性、團聚程度、使用臭氧/空氣/氧氣的微細氣泡分散體系的活性氧指標等

305 生物學相關特性

相對于固體顆粒來說，微細氣泡的大小、形貌更不穩定，直接影響測量與表征技術的發展，缺乏成熟和被廣泛認可的測量方法。因此，目前的標準化文件缺口很大。首推以推薦性國家標準或ISO國際標準形式發布，重要但尚未成熟的技術可以嘗試團體標準或ISO的技術規范形式發布。

表征涉及不同背景和領域的人員之間的交流。對微細氣泡、液體介質和微細氣泡分散體系表征感興趣的人員可能，主要是擁有試驗背景或理論背景的科研檢測機構、儀器研制廠家的材料學家、生物學家、化學家或物理學家。使用表征數據的人員，則擴展到生產方、供應方和采購方的品質控制和質檢人員、相關認證機構和管理機構。這方面的標準化文件按照內容的功能看，主要為試驗標準/規程標準，也會有分類標準、規范標準和指南標準運用的場合。按照標準化對象分，主要是規范測量方法的過程標準和檢測儀器的產品標準。

微細氣泡也屬于顆粒的大范疇，一些既有的顆粒表征與測試方法和標準也適用。有的方法適用于微細氣泡分散體系和超細氣泡分散體系；有的方法僅適用于微細氣泡分散體系；但大部分方法均需要一些特殊的樣品處理、制備或是儀器調整才能夠得到可靠、量化的結果。在具體實施過程中，有很多微細氣泡體系的特殊性，例如，微氣泡的不穩定性、超細氣泡和雜質顆粒難以區分導致的檢測問題和困難需要克服。

目前，測量與表征板塊標準化項目概況如表3所示(標準被轉化時只列出原始標準)。

表3 測量與表征類標準化項目概況[15]Tab.3 Overview of Standards for Measurement Methods[15]

(續表3)編號文件代號文件名起草方范圍和用途16ISO 13322-1∶2014Particle size analysis—Image analysis methods—Part 1: Static image analysis methods(粒徑分析 圖像分析法 第1部分:靜態圖像分析法)ISO/TC24 responsible粒子相對于成像器件光學系統軸的速度為零時,用圖像法測量粒度分布17ISO 13322-2∶2006Particle size analysis—Image analysis methods—Part 2: Dynamic image analysis methods(粒徑分析 圖像分析法 第2部分:動態圖像分析法)ISO/TC24 responsible控制液體、氣體或傳輸機上運動顆粒的位置,進行顆粒圖像采集和分析18T/CSP X-XXXX?Microbubble size analysis—Submerged dynamic image a-nalysis methods(微氣泡粒徑分析 浸入式動態圖像法)Chinese Society of Par-ticuology responsible浸入式動態圖像法測量微氣泡粒徑的原理、設備和操作步驟19ISO/CD TS 21357?Nanotechnologies—Evaluation of the mean size of nano-objects in liquid dispersions by static multiple light scat-tering (SMLS)(納米技術 靜態多重光散射法評估液態分散體系中納米物體平均粒徑)ISO/TC229 responsible控制液體、氣體或傳輸機上運動顆粒的位置,進行顆粒圖像采集和分析20/Measurement of ultrafine bubble size and number concen-tration(超細氣泡粒徑和數量濃度測量方法)FBIA, Japan responsible不對外公開21/Measurement of microbubble size and number concentra-tion(微氣泡粒徑和數量濃度測量方法)FBIA, Japan responsible不對外公開22/Fine bubble shower head test method(微細氣泡淋浴頭試驗方法)FBIA, Japan responsible不對外公開23/Fine bubble nozzle test method(微細氣泡水龍頭起泡器試驗方法)FBIA, Japan responsible不對外公開

2.2.6 微細氣泡標準體系“400 應用”板塊及相關標準化進展

應用板塊標準包括微細氣泡技術應用領域的技術原理、操作規范、性能評價、工業設計規范、過程控制規范等內容。即使背后的機理不明確或把握得不完備，仍期待把微細氣泡技術應用中可以驗證或已經實施產業化的優異效果盡快標準化，指導市場應用和推廣，引導產業健康發展。例如，在一定的控制條件下，實現比傳統工藝更優異的投入產出比和效果的工藝、評價方法和數據證明等。

微細氣泡技術表現出多方面的優異性能，在諸多領域有廣泛的應用前景，可將其應用按微細氣泡分散體系的有效功能和應用領域分類。采用按照應用領域進行細分的原因有如下兩點。首先，和特定應用領域緊密結合，在該領域市場形成期，標準的開發、對市場的引導以及技術在市場的推廣應用會更高效。其次，如前所述，微細氣泡的功能、效果等背后的機理仍未得到充分和完善的科學解釋，技術本身也尚處于發展階段；微細氣泡技術發揮功效時往往是多重機理和功效的協同作用；微細氣泡分散體系本身的種類和具體應用領域的環境、介質、對象均存在復雜的相互作用，導致很難脫離或高于特定應用領域去做標準。

行業的具體劃分，在GB/T 4754—2017 國民經濟行業分類的推薦性國家標準(參考聯合國統計委員會制定的《所有經濟活動的國際標準行業分類》ISIC Rev.4編制)的分類基礎上，把涉及的行業進行了適度合并。

微細氣泡標準體系“400 應用”分為8個大類[16-22]。

401 農林水產及食品業

401-1 農業林業種植：種子發芽/植物生長促進、灌溉/水培、微細氣泡封入膠囊的殺蟲劑或營養液等

401-2 水產養殖：水產類動物生長促進、品質提升、養殖環境改善等

401-3 食品：食品、酒、飲料等添加微細氣泡、微細氣泡封入膠囊的食品材料等

401-4 保鮮：鮮花、水產、食品等保鮮

402 能源和礦產

402-1 礦物浮選

402-2 濕法冶金應用

402-3 石油應用：微泡沫鉆井液等

402-4 燃料及燃燒器應用：燃油霧化提高燃燒效率、氣泡霧化燃油燒嘴等

403 加工與制造

403-1 機加工：電解液、切削液等的性能改良，如積屑瘤剝離、研磨效率提升、硅晶圓超鏡面研磨

403-2 精密剝離：硅晶圓剝離等

404 化工制造

404-1 化學反應器：氣體吸收塔等的反應加速

404-2 膠囊技術：凝膠膠囊內封微細氣泡及微細氣泡分散體系等

404-3 油包水乳化制造

404-4 結晶制造

404-5 新型功能材料制造

404-6 綠色化工還原過程

405 環境

405-1 水質凈化和改善：藻類抑制、底泥減容、廢液凈化、增氧、脫色、殺菌等

405-2 土壤治理：鹽堿地治理、污染土壤原位治理等

405-3 廢氣治理

405-4 廢棄資源回收再利用：廢液中有用成分提取等

405-5 環境消毒殺菌：運輸車輛、公共設施消殺等

406 清潔清洗(跨行業，但不包含人體直接接觸用)

406-1 工業清洗：金屬零部件、硅晶片清洗；棉織物堿退漿、牛仔褲水洗；冷卻液箱清掃及冷卻液凈化等

406-2 公共設施清洗：橋梁清洗、公共廁所清洗、道路融雪劑清洗等

406-3 農副產品及食品業清洗

406-4 日用清洗：衣服類清洗等

406-5 水下設備抑藻

407 健康及護膚

407-1 超聲顯影增強

407-2 藥物裝載

407-3 日用及化妝品：化妝品、氣泡浴、皮膚頭皮護理、口腔清洗等

407-4 消毒殺菌：醫療器械消殺等

409 其他：船舶減阻等

目前，應用板塊標準化項目進展概況如表4所示(標準被轉化時只列出原始標準)。

表4 應用類標準化項目概況Tab.4 Overview of Standards for Individual Applications

3 結語與展望

微細氣泡技術發展時間較短，應用前景廣泛，發展勢頭迅猛，但無論是國際還是國內的標準化發展均剛剛起步，與成熟的標準化領域相比，我國的參與機會和話語權更多。期待我國更多的企業界和研究人員參與國際標準的制定，同步各國市場的技術思想和技術資源，在我國先進的技術應用領域創造陣地，開發更多對我國產業發展更有利的國際標準，為技術和產品服務于全球市場打基礎。

當然，采用國際標準時也要注意，發達國家常利用技術優勢，以標準化手段為技術壁壘，如合格評定的程序復雜、操作環節繁瑣、檢測費用昂貴等，控制和開發對其更有利的國際標準。日本在微細氣泡標準化方面就明確引導企業根據“open·close戰略”。“close戰略”方面，對本公司擁有的核心技術領域進行篩選，對于應該封閉化的技術，進一步判斷其是作為技術訣竅(know-how)隱藏或是申請為專利。例如，特殊關鍵的制造技術難以申請專利或即使申請專利也難以維權的部分選擇保密隱藏，對于難以保密的產品則申請專利。“open戰略”方面，通過將公司競爭力源泉之外的技術標準化(性能基準、評價方法等)、與其他公司產品接口部分規格標準化等來擴大自己公司產品的市場；測量儀器廠家一般也是盡量將測量方法和產品滲透到標準中，以期迅速普及和應用。

微細氣泡技術大多跨領域跨行業，且目前以中小企業為主，尚未形成地域性集中產業鏈、整體或細分領域的龍頭企業；專門研究和實施成果轉化的相關科研機構和大專院校也為數不多。在市場規模大、應用效果突出的領域需要優先成立工作組，構建相關產業協同的技術應用和標準協調機制，共同推動標準項目的開發。另外，很多不同應用領域背后的機理是共同或交叉的，在微細氣泡技術標準開發時跨行業的技術支持是非常必要和有效的。

氣泡技術領域涉及已有技術面非常廣泛，作為新興的技術，與已經制定的其他國際國內標準的協調也非常重要。