摘要：生物安全柜是微生物實(shí)驗(yàn)室的必需品，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、制藥、科研等行業(yè)。現(xiàn)主要闡述生物安全柜對(duì)公共安全的重要性以及生物安全柜潔凈度指標(biāo)的重要性，依據(jù)JJF 1815—2020《Ⅱ級(jí)生物安全柜校準(zhǔn)規(guī)范》和JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》，對(duì)生物安全柜的潔凈度測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度分析和評(píng)定，并給出了潔凈度測(cè)量結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度。

關(guān)鍵詞：生物安全柜；潔凈度；重復(fù)性；不確定度

中圖分類號(hào)：TH79? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）12-0064-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.12.018

0? ? 引言

2002年的“非典”疫情和此前的新冠疫情使維護(hù)公共安全成為各國(guó)政府最重視、最急迫的工作之一。在公共安全維護(hù)體系中，生物安全柜的有效使用成為實(shí)驗(yàn)室安全管理必不可少的環(huán)節(jié)。生物安全柜是操作原代培養(yǎng)物、菌毒株以及診斷性樣品等具有感染性的實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，用來(lái)保護(hù)操作者本人、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境以及實(shí)驗(yàn)材料，使其避免暴露于上述操作過(guò)程中可能產(chǎn)生的感染性氣溶膠和濺出物而設(shè)計(jì)的。按照功能和作用的不同，生物安全柜分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)三個(gè)不同的等級(jí)[1]。為了保證操作者本人在操作生物安全柜過(guò)程中不受氣溶膠和濺出物的侵害，確保生物安全柜的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)在規(guī)定允許范圍內(nèi)，需對(duì)生物安全柜的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行定期校準(zhǔn)。

潔凈度是以單位體積空氣中大于或等于某粒徑粒子的數(shù)量來(lái)區(qū)分的潔凈程度[2]，是生物安全柜最重要的技術(shù)指標(biāo)之一。測(cè)量Ⅱ級(jí)生物安全柜的潔凈度，可以使用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具塵埃粒子計(jì)數(shù)器，且潔凈度測(cè)量結(jié)果受環(huán)境溫度、濕度以及大氣壓力等因素的影響可以忽略不計(jì)[3]。

1? ? 測(cè)量方法

1.1? ? 測(cè)量與評(píng)定依據(jù)

JJF 1815—2020《Ⅱ級(jí)生物安全柜校準(zhǔn)規(guī)范》和JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》。

1.2? ? 環(huán)境條件

環(huán)境溫度：15～30 ℃；環(huán)境濕度：不大于70%RH。

1.3? ? 校準(zhǔn)用主要計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具

塵埃粒子計(jì)數(shù)器，測(cè)量范圍為0.3～10 μm，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為14%（k=2）。

1.4? ? 被測(cè)對(duì)象

按照J(rèn)JF 1815—2020《Ⅱ級(jí)生物安全柜校準(zhǔn)規(guī)范》的要求，當(dāng)需要保護(hù)受試樣本時(shí)，Ⅱ級(jí)生物安全柜潔凈度的潔凈級(jí)別應(yīng)達(dá)到ISO 5級(jí)（當(dāng)粒徑大于或等于0.5 μm時(shí)懸浮粒子最大濃度限值為3 520 m-3），即每個(gè)采樣點(diǎn)測(cè)得的粒子濃度平均值和95%置信上限（UCL）均不超過(guò)ISO 5級(jí)的最大濃度限值。

最大濃度限值可以通過(guò)公式（1）計(jì)算得到[2]：

式中：Cn為大于或等于要求粒徑的最大濃度限值，是四舍五入至相近的整數(shù)，有效位數(shù)不超過(guò)三位數(shù)（m-3）；N為空氣潔凈度等級(jí)，數(shù)字不超過(guò)9，潔凈度等級(jí)整數(shù)之間的中間數(shù)可以按0.1為最小允許遞增量；D為要求的粒徑值（μm）；0.1為常數(shù)，其量綱為μm。

當(dāng)粒徑大于或等于0.5 μm時(shí)，由公式（1）計(jì)算ISO 5級(jí)的粒子最大濃度限值為：Cn=10N×2.08=105×2.08=3 517 m-3，四舍五入取3 520 m-3。

1.5? ? 測(cè)量方法

按照J(rèn)JF 1815—2020《Ⅱ級(jí)生物安全柜校準(zhǔn)規(guī)范》7.5要求，首先將生物安全柜開(kāi)機(jī)工作運(yùn)行10 min以上，潔凈度的采樣邊界距離內(nèi)表面或者前窗口100 mm，塵埃粒子計(jì)數(shù)器的采樣口置于工作臺(tái)面向上200 mm高度位置，潔凈度采樣點(diǎn)布置如圖1所示。每個(gè)采樣點(diǎn)重復(fù)采樣3次，最小采樣量不低于8.5 L/次。計(jì)算各采樣點(diǎn)粒子濃度平均值和總平均值的95%置信上限（UCL）作為潔凈度測(cè)量結(jié)果[3]。

2? ? 建立測(cè)量模型

每個(gè)采樣點(diǎn)測(cè)量n次，按照公式（2）計(jì)算得到第i采樣點(diǎn)處的平均粒子濃度：

式中：Mi為第i采樣點(diǎn)處的平均粒子濃度值（m-3）；Mij為每個(gè)采樣點(diǎn)單次采樣的粒子濃度值（m-3）；n為每個(gè)采樣點(diǎn)處采樣的次數(shù)。

共選取m個(gè)采樣點(diǎn)，按照公式（3）計(jì)算得到所有采樣點(diǎn)總平均粒子濃度：

式中：M為所有采樣點(diǎn)總平均粒子濃度值（m-3）；m為采樣點(diǎn)的數(shù)量。

根據(jù)公式（4）可以計(jì)算出采樣點(diǎn)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差：

式中：s為采樣點(diǎn)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差值（m-3）。

通過(guò)查詢表1中的t分布值，根據(jù)公式（5）可以計(jì)算出總平均值的95%置信上限：

式中：95%UCL為總平均值的95%置信上限（UCL）值（m-3）；t0.95為計(jì)算95%置信上限（UCL）所用的t分布值（表1）。

3? ? 分析測(cè)量不確定度的來(lái)源

將公式（2）～（4）的內(nèi)容代入公式（5）中，根據(jù)公式（5）的測(cè)量模型以及測(cè)量方法的分析，由于環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具、測(cè)量過(guò)程、測(cè)量結(jié)果的影響可以忽略不計(jì)，因此潔凈度測(cè)量結(jié)果的不確定度主要來(lái)源于以下三方面：

1）潔凈度測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel1；

2）塵埃粒子計(jì)數(shù)器的分辨力引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel2；

3）標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具塵埃粒子計(jì)數(shù)器引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel3。

4? ? 潔凈度測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

4.1? ? 潔凈度測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel1

使用塵埃粒子計(jì)數(shù)器在生物安全柜工作區(qū)域內(nèi)已經(jīng)設(shè)定好的5個(gè)采樣點(diǎn)上進(jìn)行采樣測(cè)量，采樣顆粒粒徑≥0.5 μm，在每個(gè)采樣點(diǎn)處連續(xù)采樣測(cè)量10次（測(cè)量結(jié)果如表2所示）。對(duì)測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量采用A類評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。

按照公式（6）計(jì)算相對(duì)合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差sp：

式中：sp為采樣點(diǎn)平均值的相對(duì)合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差；Mkj為第j個(gè)采樣點(diǎn)處的第k次采樣值（m-3）；Mj為第j個(gè)采樣點(diǎn)采樣值的算術(shù)平均值（m-3）。

通過(guò)公式（6）計(jì)算得到相對(duì)合并樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：sp=25.01%。

由于在實(shí)際測(cè)量中，每個(gè)采樣點(diǎn)的潔凈度測(cè)量結(jié)果由3次重復(fù)測(cè)量的平均值得到（即n=3），根據(jù)公式（7）計(jì)算得到重復(fù)性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel1為：

根據(jù)公式（3）計(jì)算得到全部采樣測(cè)量結(jié)果的平均值為21 m-3，根據(jù)公式（5）計(jì)算得到總平均值的95%置信上限為26 m-3。

4.2? ? 塵埃粒子計(jì)數(shù)器的分辨力引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel2

對(duì)分辨力引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量采用B類評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。塵埃粒子計(jì)數(shù)器的分辨力為1 m-3，分散區(qū)間的半寬度為a=0.5 m-3，假設(shè)在區(qū)間內(nèi)為均勻分布，查表可得k=，全部采樣測(cè)量結(jié)果的平均值為M=21 m-3，根據(jù)公式（8）得到塵埃粒子計(jì)數(shù)器的分辨力引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel2為：

根據(jù)JJF 1033—2016《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》附錄C的C.1.4條款可知，當(dāng)測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性引入的不確定度分量大于儀器分辨力引入的不確定度分量時(shí)，此時(shí)重復(fù)性中已經(jīng)包含分辨力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，故不應(yīng)再考慮分辨力所引入的不確定度分量[4]。此次評(píng)定中urel1=14.44%＞

urel2=1.38%，所以分辨力引入的不確定度分量urel2在合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度中可不必列入。

4.3? ? 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具塵埃粒子計(jì)數(shù)器引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel3

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具塵埃粒子計(jì)數(shù)器引入的不確定度分量采用B類評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。塵埃粒子計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)證書(shū)中給出的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為14%（k=2），根據(jù)公式（9）計(jì)算得到：

5? ? 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表如表3所示。

6? ? 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ucrel

由于相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel1、urel3之間是相互獨(dú)立的，所以根據(jù)公式（10）計(jì)算得到合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下：

7? ? 相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel

取包含因子k=2，根據(jù)公式（11）計(jì)算得到相對(duì)擴(kuò)展不確定度如下：

Urel=k×ucrel=2×16.1%≈33%? ? ? ? ?（11）

8? ? 不確定度的報(bào)告

被校準(zhǔn)生物安全柜的潔凈度總平均值的95%置信上限為26 m-3，潔凈度測(cè)量結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel=33%（k=2）。

9? ? 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)生物安全柜潔凈度測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析評(píng)定，給出了潔凈度測(cè)量結(jié)果和測(cè)量結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度，明確了測(cè)量結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度范圍，為有效評(píng)價(jià)生物安全柜的潔凈度校準(zhǔn)結(jié)果提供了評(píng)定方法，為Ⅱ級(jí)生物安全柜的安全使用提供了技術(shù)支撐。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陸兵，呂京，鄭濤.實(shí)驗(yàn)室生物安全基礎(chǔ)知識(shí)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2005.

[2] 潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50073—2013[S].

[3] Ⅱ級(jí)生物安全柜校準(zhǔn)規(guī)范：JJF 1815—2020[S].

[4] 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范：JJF 1033—2016[S].

收稿日期：2023-02-23

作者簡(jiǎn)介：馬駿（1981—），女，遼寧綏中人，碩士，講師，從事電氣自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)的教學(xué)和研究工作。