空気清浄の効果をDIYで測定するのは十分に実用的です。実験のデザインを工夫すれば、高価な高性能センサーの代わりになります。粒子数を10万分の1以下まで減らすような空気清浄システムの評価であっても同じです。

私はこれまで数多くのDIYテストを行ってきました（1、2、3、4、5、6）。目的は、ある装置が空気中の粒子をどれだけ除去できるかを把握することです。業務用のパーティクルカウンター（例）は数千ドルもする素晴らしい機器ですが、その価格は利便性、信頼性、校正、そしてダイナミックレンジに対して支払っているものです。利便性を諦め、信頼性を確保するために複数台を購入する覚悟があれば、校正とダイナミックレンジの問題は実験の工夫で安価に解決できます。

現在、DIY用途で手軽に買える最も安い選択肢はおそらくTemtop P600で、現在価格は70ドルほどで見かけます。私は試したことがありませんが、数年前にDIY実験用に購入したTemtop M2000の機能を絞った廉価版です。さらに安く自作したい場合は、PMS5003（現在21ドルほど）を入手し、安価なSoC（約10ドル）やAndroidスマートフォン（アダプターは15ドル程度）に接続する方法もあります。量産すれば15ドル以下まで下げられると思います。大量に作ればPMS5003やそのクローンは約7ドル、スマホ用アダプターはこの規模なら1ドル未満、ソフトウェアは1ドル未満で、あとは筐体と組み立て、品質管理の費用です。

TemtopもPMS5003もある程度は校正されていますが、幸いなことに絶対的な粒子数を知る必要はありません。必要なのは、ある程度の範囲で粒子数に線形に比例する何らかの数値です。測定器が時間的に安定していれば、比率を見ればよいのです。例えば、ある装置が室内の煙をどれだけ早く除去できるかを調べる場合、目標量の煙を発生させたり、発生させた煙の量を正確に把握したりする必要はありません。半減期を測ればよいのです。これで相対的な有効性を直接知ることができますし、容積が分かっている密閉した部屋であればCADR（清浄空気供給率）も求められます。

ダイナミックレンジの確保はもう少し難しいですが、やはり業務用センサーは必要ありません。DIYのクリーンルームの性能を測りたいとします（余談ですが、このテーマに興味がある方は、Coefficient Givingが資金提供を検討してくれるかもしれません）。粒子で満たす外側の部屋と、粒子数を低く保ちたい内側のエリアがあるとします。前述したセンサーで測定できる粒子濃度の範囲はおよそ500〜1,000倍程度です。しかし、それ以上の低減が達成できているかを確かめたい場合、単純な実験ではレンジが足りません。外側で測定できる濃度では内側は「測定下限以下」になり、内側で測定できる濃度では外側が「測定上限以上」になってしまうのです。どうすればよいでしょうか。

最もシンプルな方法は、単に長く待つことです。これは実は悪くない方法です。パーティクルカウンターは、粒子があるときだけきちんとカウントするという点で非常に優秀です。つまり、10倍長く測定すれば10倍の感度が得られるのです。ただ、測定レンジが1,000倍で10万分の1の低減を測ろうとすると、かなり長い待ち時間になります。より速く、あるいはさらにレンジを広げるには、空気の濃度をセンサーの測定範囲内に入るように工夫する方法があります。

次にシンプルなのは、内側と外側に1台ずつセンサーを置き、外側に空気清浄機を設置する方法です。あらかじめセンサー同士を相互に校正しておき、非常に高い濃度（外側は測定上限以上、内側は測定範囲内）から実験を始めます。外側の空気清浄機で濃度を下げていきます。中間領域（外側は測定上限以上、内側は測定下限以下）を経て、やがて外側が測定範囲内に入ります（ただし内側は測定下限以下です）。この実験を理想化した例がこちらです。

内外の両方を同時に測定できる時間帯はありませんが、曲線を外挿すれば、内側のセンサーが10を示すときに外側のセンサーは1,000,000を示すはずだと推定できます。

しかし、外側の空気清浄機が毎分きっかり10%ずつ粒子を除去してくれることに頼る代わりに、3台目のセンサーを追加する方法もあります。MERV-16フィルター付きのファンは少なくとも95%の粒子を除去します。そこでファンとMERV-16フィルターを組み込んだ箱を作り、その箱の中の粒子数を測るのです。箱を密閉する必要はありません。ファンによる正圧だけで、MERVフィルター通過後の濃度だけを測っている状態を確保できます。

残念ながら、これだけではまだInsideとOutsideの曲線をつなぐには足りません。そこでチェーンの最後のリンクとして4台目を追加し、HEPAフィルターで少なくとも99.97%の粒子を除去します。

これで各センサーのペア間に十分な時間的重なりができ、比率をプロットできるようになります。

このプロットで重要なのは水平になっている区間です。そこでは各センサーの示す値が比例して動いています。傾いている区間や比率が1の区間は、センサーが測定範囲外にあることを示しているため、意味がありません。

ここから、MERV-16で20分の1、MERVからHEPAで167分の1、HEPAからクリーンルーム内部で30分の1という低減率を読み取れます。これらを掛け合わせると、全体で期待どおり10万分の1の低減になります。

もちろん実際のデータはもっとばらつきますが、基本的な考え方は十分に成り立つはずです。

その他、実施上の注意点です。

• ここで扱う粒子濃度は非常に高く、吸い込まないようにする必要があります。理想的には、密閉した部屋の外から遠隔で濃度をモニタリングしながら実験全体を運用できるようにします。どうしても中に入る必要がある場合は、顔に密着するP100マスクを使ってください（ヒゲがあると密着しないことに注意してください）。

• 私はこれまで煙を使ってきましたが、煙はベタつき、扱いが厄介です。エアロゾル化した塩を使う方がよいでしょう。超音波式加湿器に塩水を入れて空気中に拡散させ、相対湿度が45%以下であれば、液滴は乾燥して純粋な塩の結晶になります。湿度の高い場所で行う場合は、除湿機を使うとよいでしょう。

• これよりずっと低い濃度でも煙探知器は作動しますし、今回のような高濃度では故障する恐れもあります。探知器は取り外すか、少なくとも電源を切り、ビニールなどでしっかり密閉しておくことをお勧めします。

• 塩はあらゆる場所に入り込み、軽い腐食性もあるようです（長期間海辺に住むようなものです）。部屋の中の物はすべて外に出し、使い捨ての養生用ビニールシート（薄いペインター用のシートはとても安価です）で部屋全体を覆うか、実験後にすべての表面を濡れた布で拭き取ってください。