淺析JJF 1826-2020空氣微生物采樣器校準(zhǔn)規(guī)范

張子通 陳啟悅 施禪臻 蔡澤仁 張愛亮

（上海市計(jì)量測(cè)試研究院，上海 20033）

0 概述

空氣微生物采樣器[1]也稱浮游菌采樣器（以下簡(jiǎn)稱采樣器），是專門測(cè)量受控潔凈空間（取ISO14644之定義）[2]內(nèi)空氣中懸浮微生物數(shù)量的儀器。受控潔凈空間應(yīng)用非常廣泛，現(xiàn)代化的無(wú)塵車間、手術(shù)室、抗擊疫情中一線的生物安全柜、負(fù)壓隔離方艙等都屬于這一范疇，而空氣中微生物是其中重要的生物性指標(biāo)，包含沉降菌和浮游菌兩個(gè)主要項(xiàng)目，其中的浮游菌項(xiàng)目須使用采樣器，我國(guó)基于ISO體系等效引用的浮游菌測(cè)試方法為GB/T 16293-2010《醫(yī)藥工業(yè)潔凈室（區(qū)）浮游菌的測(cè)試方法》[3]。由于采樣器從采集原理上會(huì)不可避免地采集空氣中的沉降菌，故以空氣微生物采樣器為正式名稱。

根據(jù)GB/T 16293-2010的要求[3]，采樣器多選用以瓊脂培養(yǎng)皿為收集器，基于撞擊式原理的裝置，收集后培養(yǎng)計(jì)數(shù)，其中，針孔篩板式（安德森原理）最為常見，狹縫式較少，氣旋式則更少。以上海計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院為例，有超過(guò)97%的送檢浮游菌采樣器為針孔篩板式。這是因?yàn)闅庑降那懈铑^對(duì)于捕獲浮游菌最關(guān)鍵的參數(shù)微粒沖量的關(guān)系較為復(fù)雜，要求的流速也較高，只有切割頭形制滿足非常嚴(yán)格的精度要求時(shí)，才能以前端流量的方式來(lái)保證采集效率，而狹縫式雖然容易制造，但由于采樣器本身必須帶有旋轉(zhuǎn)臺(tái)座，使得采樣器不可避免地較篩板式采樣器復(fù)雜化和大型化。由于采集部分結(jié)構(gòu)偏離管狀，流形復(fù)雜，負(fù)載也較其他同流量級(jí)別的泵式采樣器大，不能簡(jiǎn)單引用其他泵式采樣器的檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，故修訂JJF 1826-2020《空氣微生物采樣器校準(zhǔn)規(guī)范》。該校準(zhǔn)規(guī)范對(duì)篩板型采樣器的適用度最高，也可用于狹縫式采樣器和氣旋式采樣器。國(guó)外目前對(duì)于泵式采樣器的校準(zhǔn)與溯源主要由各廠商的法人或技術(shù)主管簽名負(fù)責(zé)，沒有專門校準(zhǔn)規(guī)范或檢定規(guī)程。

1 規(guī)程詳解

對(duì)于目前的采樣器來(lái)說(shuō)，主流的篩板型在安德森原理的指導(dǎo)下，雖然不同廠家生產(chǎn)的采樣器形制或有不同（如篩孔孔徑、個(gè)數(shù)，工作流量），但流形相關(guān)的無(wú)量綱參數(shù)趨同，因而其核心的校準(zhǔn)項(xiàng)目便是采樣流量（保證微粒沖量，進(jìn)而保證采集效率）與實(shí)際采集效率，也是該校準(zhǔn)規(guī)范的核心部分。

1.1 采樣流量

就采樣流量的校準(zhǔn)而言，影響準(zhǔn)確度的主要因素在于裝置的搭建，一般通過(guò)切割頭直接對(duì)接羅茨流量計(jì)，或切割頭通過(guò)轉(zhuǎn)接裝置后串聯(lián)質(zhì)量流量計(jì)。在常壓狀態(tài)和一般工作流量范圍28.3～200L/min內(nèi)，校準(zhǔn)系統(tǒng)的密封性比較容易保證。若標(biāo)準(zhǔn)器與采樣頭的裂罅較大，可使用密封帶。另須盡可能選用低阻力流量計(jì)，因?yàn)橛写罅坎粠в虚]環(huán)控制的采樣器，特別是既不帶閉環(huán)控制，也不配備手動(dòng)流量計(jì)調(diào)節(jié)的采樣器，在校準(zhǔn)時(shí)無(wú)法對(duì)相關(guān)阻力自主調(diào)節(jié)或手動(dòng)調(diào)節(jié)，此時(shí)結(jié)果偏差較大[4]。如果無(wú)法改善，則應(yīng)當(dāng)對(duì)實(shí)測(cè)值進(jìn)行補(bǔ)償。另外，不排除少量極端情況下標(biāo)準(zhǔn)器阻力迫使樣品無(wú)法正常工作，特別是使用六級(jí)培養(yǎng)皿采樣頭，采樣流量為28.3L/min的樣品，其工作流量本身就較低，且負(fù)載阻力也比一級(jí)培養(yǎng)皿大。

本校準(zhǔn)規(guī)范中，對(duì)于采樣器空載或有負(fù)載并沒有明確規(guī)定（實(shí)際使用情景中必然是有負(fù)載的）。有研究與專利指出[4-5]，負(fù)載的存在會(huì)降低流速，同理，特別是對(duì)于無(wú)閉環(huán)控制的儀器，這個(gè)差值可能不可忽視。另外流量校準(zhǔn)過(guò)程中，為了便于操作，可使用阻力等效負(fù)載而非實(shí)際瓊脂培養(yǎng)基。

1.2 采集效率

采集效率是本校準(zhǔn)規(guī)范區(qū)別于絕大多數(shù)泵式氣相采樣器的主要內(nèi)容，主要考察采樣器對(duì)于浮游菌的實(shí)際采集效果，應(yīng)用了類似對(duì)生物安全柜生物隔離性能檢測(cè)所用的微生物活性氣溶膠發(fā)生裝置[6]。與生物安全柜不同的是，此處對(duì)于檢測(cè)的微生物濃度需要定量檢測(cè)，但下游無(wú)法使用氣溶膠分光光度計(jì)。此方法本意是將對(duì)生物活性粒子的采集效率向微粒采集的國(guó)標(biāo)方法濾膜稱重法進(jìn)行溯源，但在規(guī)范與實(shí)際操作中有諸多問題尚須改進(jìn)。

首先，由于測(cè)量微粒粒徑時(shí)須保持生物活性，不能使用粒徑譜儀（靜電分離方法）來(lái)分離并驗(yàn)證粒徑分布是否符合要求，這使得該項(xiàng)參數(shù)很難再向上溯源。而采用規(guī)范所言的多級(jí)采集再涂布培養(yǎng)的方法，其不確定度非常難以評(píng)定，氣溶膠發(fā)生器發(fā)生的粒子濃度的不確定度在不同粒徑段一般為10%～20%，而微生物也是否按照了粒徑分布均勻分配是存疑的，實(shí)際的不確定度可能更大，且每一采樣所對(duì)應(yīng)的切割頭形制要求在附錄B中并未給出。

另外，校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定浮游菌采樣器的采集與濾膜稱重再涂布的方法在一般浮游菌的測(cè)量范圍內(nèi)進(jìn)行比較，其中，Φ90mm培養(yǎng)皿的一般計(jì)數(shù)上限為200個(gè)[7]，ISO一般受控結(jié)晶環(huán)境中最差級(jí)別十萬(wàn)級(jí)的浮游菌個(gè)數(shù)為小于100個(gè)[1]。此范圍下存在多個(gè)難點(diǎn)：首先是采樣倉(cāng)內(nèi)粒子分布的均勻性，規(guī)范中只提了檢測(cè)位置附近的粒子個(gè)數(shù)，測(cè)得的方法未給出，粒子是否包含非生物性氣溶膠未提及；其次是采樣器采集與濾膜稱重采集本身固有的采集效率差距，規(guī)范中亦未給出參考值，濾膜采樣器的采樣流量未提及；雖然使用了濾膜采集器，但量綱并未歸到質(zhì)量濃度，而依舊在涂布個(gè)數(shù)上，反而因?yàn)槎嗔诉@一步驟，事實(shí)上較采樣器直接采集多引入了一個(gè)不確定度分量。

同時(shí)，根據(jù)安德森原理，篩板無(wú)論形制如何，在流形相關(guān)無(wú)量綱參數(shù)相近的情況下，流量如果一定，其采集效率理論上也是一定的，換言之，對(duì)于采樣切割頭提供的相關(guān)參數(shù)（流量無(wú)量綱數(shù)如雷諾數(shù)，氣溶膠對(duì)培養(yǎng)皿沖量等）進(jìn)行規(guī)范就足夠保證校準(zhǔn)效果。

國(guó)際上看，由于是首次對(duì)浮游菌采樣器提出類似要求，在此項(xiàng)目上如此多值得探討的問題在情理之中，需要通過(guò)未來(lái)的修訂與更多校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化與確認(rèn)。

除此之外，本校準(zhǔn)規(guī)范對(duì)于壓縮空氣類的微生物采樣器并未進(jìn)行規(guī)范。后者由于涉及高壓在非近似管中的湍流等問題，在以往校準(zhǔn)過(guò)程中，測(cè)量值短期波動(dòng)較大，較難測(cè)準(zhǔn)流量，重復(fù)性和穩(wěn)定性的測(cè)量細(xì)節(jié)（如工作穩(wěn)態(tài)的界定，讀數(shù)時(shí)間間隔等）以及相關(guān)要求需專門考量。

2 結(jié)論

空氣微生物采樣器作為應(yīng)用廣泛以及具有獨(dú)自特性的器具，專門修訂校準(zhǔn)規(guī)范是有必要的，JJF 1826-2020的建立填補(bǔ)了空白。但校準(zhǔn)規(guī)范本身尚有不少問題需要修訂與探討，主要集中于采集效率項(xiàng)目的細(xì)化或校準(zhǔn)本身的有效性和準(zhǔn)確性的驗(yàn)證，以及對(duì)于壓力條件下的微生物采樣器校準(zhǔn)的相關(guān)條目的缺失，未來(lái)須針對(duì)這兩點(diǎn)進(jìn)行更深入研究。