浅析JJF 1826-2020空气微生物采样器校准规范

张子通 陈启悦 施禅臻 蔡泽仁 张爱亮

（上海市计量测试研究院，上海 20033）

0 概述

空气微生物采样器[1]也称浮游菌采样器（以下简称采样器），是专门测量受控洁净空间（取ISO14644之定义）[2]内空气中悬浮微生物数量的仪器。受控洁净空间应用非常广泛，现代化的无尘车间、手术室、抗击疫情中一线的生物安全柜、负压隔离方舱等都属于这一范畴，而空气中微生物是其中重要的生物性指标，包含沉降菌和浮游菌两个主要项目，其中的浮游菌项目须使用采样器，我国基于ISO体系等效引用的浮游菌测试方法为GB/T 16293-2010《医药工业洁净室（区）浮游菌的测试方法》[3]。由于采样器从采集原理上会不可避免地采集空气中的沉降菌，故以空气微生物采样器为正式名称。

根据GB/T 16293-2010的要求[3]，采样器多选用以琼脂培养皿为收集器，基于撞击式原理的装置，收集后培养计数，其中，针孔筛板式（安德森原理）最为常见，狭缝式较少，气旋式则更少。以上海计量测试技术研究院为例，有超过97%的送检浮游菌采样器为针孔筛板式。这是因为气旋式的切割头对于捕获浮游菌最关键的参数微粒冲量的关系较为复杂，要求的流速也较高，只有切割头形制满足非常严格的精度要求时，才能以前端流量的方式来保证采集效率，而狭缝式虽然容易制造，但由于采样器本身必须带有旋转台座，使得采样器不可避免地较筛板式采样器复杂化和大型化。由于采集部分结构偏离管状，流形复杂，负载也较其他同流量级别的泵式采样器大，不能简单引用其他泵式采样器的检定规程或校准规范，故修订JJF 1826-2020《空气微生物采样器校准规范》。该校准规范对筛板型采样器的适用度最高，也可用于狭缝式采样器和气旋式采样器。国外目前对于泵式采样器的校准与溯源主要由各厂商的法人或技术主管签名负责，没有专门校准规范或检定规程。

1 规程详解

对于目前的采样器来说，主流的筛板型在安德森原理的指导下，虽然不同厂家生产的采样器形制或有不同（如筛孔孔径、个数，工作流量），但流形相关的无量纲参数趋同，因而其核心的校准项目便是采样流量（保证微粒冲量，进而保证采集效率）与实际采集效率，也是该校准规范的核心部分。

1.1 采样流量

就采样流量的校准而言，影响准确度的主要因素在于装置的搭建，一般通过切割头直接对接罗茨流量计，或切割头通过转接装置后串联质量流量计。在常压状态和一般工作流量范围28.3～200L/min内，校准系统的密封性比较容易保证。若标准器与采样头的裂罅较大，可使用密封带。另须尽可能选用低阻力流量计，因为有大量不带有闭环控制的采样器，特别是既不带闭环控制，也不配备手动流量计调节的采样器，在校准时无法对相关阻力自主调节或手动调节，此时结果偏差较大[4]。如果无法改善，则应当对实测值进行补偿。另外，不排除少量极端情况下标准器阻力迫使样品无法正常工作，特别是使用六级培养皿采样头，采样流量为28.3L/min的样品，其工作流量本身就较低，且负载阻力也比一级培养皿大。

本校准规范中，对于采样器空载或有负载并没有明确规定（实际使用情景中必然是有负载的）。有研究与专利指出[4-5]，负载的存在会降低流速，同理，特别是对于无闭环控制的仪器，这个差值可能不可忽视。另外流量校准过程中，为了便于操作，可使用阻力等效负载而非实际琼脂培养基。

1.2 采集效率

采集效率是本校准规范区别于绝大多数泵式气相采样器的主要内容，主要考察采样器对于浮游菌的实际采集效果，应用了类似对生物安全柜生物隔离性能检测所用的微生物活性气溶胶发生装置[6]。与生物安全柜不同的是，此处对于检测的微生物浓度需要定量检测，但下游无法使用气溶胶分光光度计。此方法本意是将对生物活性粒子的采集效率向微粒采集的国标方法滤膜称重法进行溯源，但在规范与实际操作中有诸多问题尚须改进。

首先，由于测量微粒粒径时须保持生物活性，不能使用粒径谱仪（静电分离方法）来分离并验证粒径分布是否符合要求，这使得该项参数很难再向上溯源。而采用规范所言的多级采集再涂布培养的方法，其不确定度非常难以评定，气溶胶发生器发生的粒子浓度的不确定度在不同粒径段一般为10%～20%，而微生物也是否按照了粒径分布均匀分配是存疑的，实际的不确定度可能更大，且每一采样所对应的切割头形制要求在附录B中并未给出。

另外，校准规范规定浮游菌采样器的采集与滤膜称重再涂布的方法在一般浮游菌的测量范围内进行比较，其中，Φ90mm培养皿的一般计数上限为200个[7]，ISO一般受控结晶环境中最差级别十万级的浮游菌个数为小于100个[1]。此范围下存在多个难点：首先是采样仓内粒子分布的均匀性，规范中只提了检测位置附近的粒子个数，测得的方法未给出，粒子是否包含非生物性气溶胶未提及；其次是采样器采集与滤膜称重采集本身固有的采集效率差距，规范中亦未给出参考值，滤膜采样器的采样流量未提及；虽然使用了滤膜采集器，但量纲并未归到质量浓度，而依旧在涂布个数上，反而因为多了这一步骤，事实上较采样器直接采集多引入了一个不确定度分量。

同时，根据安德森原理，筛板无论形制如何，在流形相关无量纲参数相近的情况下，流量如果一定，其采集效率理论上也是一定的，换言之，对于采样切割头提供的相关参数（流量无量纲数如雷诺数，气溶胶对培养皿冲量等）进行规范就足够保证校准效果。

国际上看，由于是首次对浮游菌采样器提出类似要求，在此项目上如此多值得探讨的问题在情理之中，需要通过未来的修订与更多校准数据来进行优化与确认。

除此之外，本校准规范对于压缩空气类的微生物采样器并未进行规范。后者由于涉及高压在非近似管中的湍流等问题，在以往校准过程中，测量值短期波动较大，较难测准流量，重复性和稳定性的测量细节（如工作稳态的界定，读数时间间隔等）以及相关要求需专门考量。

2 结论

空气微生物采样器作为应用广泛以及具有独自特性的器具，专门修订校准规范是有必要的，JJF 1826-2020的建立填补了空白。但校准规范本身尚有不少问题需要修订与探讨，主要集中于采集效率项目的细化或校准本身的有效性和准确性的验证，以及对于压力条件下的微生物采样器校准的相关条目的缺失，未来须针对这两点进行更深入研究。