上海熙邁 - GMP合規(guī)性檢測驗證服務機構
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宋金輝1 陳群飛1 金暉1 周維華2
（1.熙邁（上海）科技服務有限公司，上海市 郵編201201 ；
2. 上海瑞仰凈化裝備有限公司，上海市 郵編 201801）
摘 要： 通過測試同一臺生物安全柜的流入風速，發(fā)現(xiàn)不同的方法所得出的結論是有差異的：
1 ，使用國標推薦的 4種檢測方法，所得結果存在影響結論的差異；
2 ，流入氣流測試時，風速儀探頭角度會影響結論；
3 ，測量面的選取偏差會嚴重影響結果的判定。試驗結論可對今后的檢測過程提供數(shù)據(jù)參考，以便提高數(shù)據(jù)準確性，減少爭議。
關鍵詞：生物安全柜；流入風速檢測；
0 引言
20世紀初期，出于保護試驗操作人員和 /或樣品的目的，生物安全柜問世， SARS大爆發(fā)后中國開始大量生產采購生物安全柜。時至今日，生物安全柜已經(jīng)應用于對操作環(huán)境有要求的各行各業(yè)，包括醫(yī)院，疾控，實驗室。不合格的生物安全柜不僅保護性能下降，更嚴重的是會造成交叉污染及實驗室環(huán)境污染等。合格與否的判定一般由第 3 方檢測機構經(jīng)現(xiàn)場非抽樣檢測后進行。然而，在其中一個關鍵參數(shù)流入風速的測試時，檢測結果經(jīng)常會接受來自生產商的質疑，有時同一臺生物安全柜會出現(xiàn)不同的判定結果。究其原因：1 ，由于國標建議的不同方法之間會造成數(shù)據(jù)結果的不同； 2，操作細節(jié)，如探頭測量角度、風速測量面等的操作誤差； 3 ，更由于國標極其嚴苛的± 0.025的允許誤差限度。本文旨在發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行主要標準YY0569 II級生物安全柜 推薦方法或未明確的操作細節(jié)所引入的誤差因素，從而在后續(xù)的檢測過程中少一些爭議，多一些準確的結果。
1 現(xiàn)行生物安全柜的檢測標準
目前國內針對生物安全柜的檢測參照的標準有3個：
(1) YY0569-2011 II級生物安全柜（中國主流執(zhí)行標準）；
(2) NSF/ANSI 49-2018 Biosafety Cabinetry: Design, Construction, Performance, and Field Certification（美國標準）
(3) EN 12469-2000 Biotechnology - Performance criteria for microbiological safety cabinets (歐盟標準)
其中，NSF/ANSI 49為最早，在上世紀70 年代就已經(jīng)出現(xiàn)，被公認為目前生物安全柜領域最完善的標準。主要檢測參數(shù)如表1：
表1 主要檢測參數(shù)
|
性能直接影響參數(shù) |
操作人員舒適性及安全性參數(shù) |
||
| 1 |
下降風速測試 |
10 |
光照強度 |
| 2 | 流入風速測試 | 11 |
震動 |
| 3 |
氣流煙霧模型測試 |
12 |
噪聲 |
| 4 |
高效過濾器泄漏測試 |
13 |
噪聲 |
| 5 |
安裝場地評估 |
14 |
接地電阻 |
| 6 |
報警功能 |
15 |
極性 |
| 7 |
風機連鎖控制 |
|
|
| 8 |
排風系統(tǒng)性能 |
|
|
| 9 |
柜體完整性測試（僅針對正壓型柜體） |
|
|
表注：其中1~4項為最為必檢項，直接影響著生物安全柜的主要功能：保護操作人員；保護所操作的樣品。
1.1 流入風速測試國標推薦方法
以國內主流標準YY0569-2011(現(xiàn)行版) 為準，國標提供了4種方法：風量計法（見圖1 ）、 風速儀測排氣氣流流速（下文簡稱排氣法， 見圖 2）、限制前窗高度風速儀測前窗氣流流速（下文簡稱限高法， 見圖 3）、風速儀測前窗氣流流速（下文簡稱前窗法，見圖 4 ）
圖1 風量計法
圖2 風速儀測排氣氣流流速
圖3風速儀測前窗氣流流速（限制前窗高度）
圖4風速儀測前窗氣流流速（前窗操作高度）
1.2 4種國標推薦方法的優(yōu)異
（1） 風量計法最為準確，復現(xiàn)性也最高，但由于檢測用的風量計體積龐大，攜帶不方便；
（2） 排風法用熱敏式風速儀作為檢測工具，需要通過公式計算倒推出流入風速，是最不直接的方法；
（3） 限高法操作簡便，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，測量點數(shù)少，多為生物安全柜生產商使用；
（4） 前窗法用熱敏式風速儀作為檢測工具，方法標準操作簡便，多為第3方檢測機構使用。
2 試驗
2.1 試驗設計思路
（1） 檢測過程中發(fā)現(xiàn)雖然都是國標推薦的方法，但使用不同的方法所得的結果是有差異的，更為嚴重的是這種差異會直接影響結論的判定；
（2） 國標中未對風速儀熱敏探頭的測量角度有規(guī)定，但以往的測試經(jīng)驗說明不同的測試角度所得的結果是有巨大差異的；
（3） 國標對測量面有要求，但檢測操作過程中通常會忽視測量面的概念，試驗后階段也會設計試驗說明忽視測量面會對結果造成多大的差異。不同測量面差異見圖5 ，圖6，圖7：
圖5 國標規(guī)定的測量面 圖 6 測量面偏內側 圖 7測量面偏外側
本試驗的目的是通過在同一臺生物安全柜上，設計不同的比對試驗，來說明在流入氣流的測試中：
1，國標推薦的幾種不同方法中，哪種方法更適用于常規(guī)檢測；
2，測量時風速儀熱敏探頭的哪種測量角度更合理；
3，測量面的偏差會對結果造成多大的差異。
2.2 試驗設計
在同一臺性能穩(wěn)定的生物安全柜上進行如下試驗：
生物安全柜選取：上海瑞仰凈化裝備有限公司生產的A2型生物安全柜
試驗1，國標推薦的 4種方法測試流入風速（為排除其他因素造成的干擾，風速儀熱敏探頭的測量角度統(tǒng)一為與測量面平行，測量面為國標要求的測量面）
I. 風量計法（結果作為基準）測試流入風速
II. 排氣法測試流入風速
III. 限高前窗法測試流入風速
IV. 前窗法測試流入風速
試驗2，風速儀熱敏探頭不同測量角度測試流入風速（因限高前窗法數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，選用限高前窗法）
I. 探頭測量窗與測量面平行測試流入風速 （與試驗1.4共享同一組數(shù)據(jù)）如圖 8
圖8 探頭測量窗與測量面平行 圖 9 探頭測量窗與測量面呈傾斜45°夾角
II. 探頭測量窗與測量面呈傾斜45°夾角測試流入風速，如圖 9
試驗3，不同測量面測試流入風速（前窗法）
I. 標準測量面測試流入風速（與試驗1.4共享同一組數(shù)據(jù)）
II. 測量面向里5cm測試流入風速
III. 測量面向外5cm測試流入風速
2.3 試驗結果
試驗結果見表2~表 8 ：
表4 限高前窗法試驗結果
|
試驗1.3 |
操作口長度（m）： |
1.4 |
||||||||||
|
操作口高度（m）： |
0.2 |
|||||||||||
|
限制高度（m）： |
0.1 |
|||||||||||
|
風速儀修正公式： |
y=0.957x-0.001 |
|||||||||||
|
備注：風速儀精度較高，需要根據(jù)校準數(shù)據(jù)進行修正 |
||||||||||||
|
計算公式： |
計算流入風速=限高風量 /操作口面積 |
|||||||||||
|
測試值（m/s） |
1.29 |
1.33 |
1.34 |
1.24 |
1.23 |
1.20 |
1.18 |
|||||
|
修正值（m/s） |
1.24 |
1.28 |
1.29 |
1.19 |
1.18 |
1.15 |
1.13 |
|||||
|
測試值（m/s） |
1.24 |
1.23 |
1.22 |
1.20 |
1.18 |
1.20 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
1.19 |
1.18 |
1.17 |
1.15 |
1.13 |
1.15 |
|
|||||
|
平均值： |
1.19 |
|||||||||||
|
計算流入風速: |
0.59 |
|||||||||||
表5 前窗法試驗結果
|
試驗1.4 |
操作口長度（m）： |
1.4 |
||||||||||
|
操作口高度（m）： |
0.2 |
|||||||||||
|
風速儀修正公式： |
y=0.957x-0.001 |
|||||||||||
|
備注：風速儀精度較高，需要根據(jù)校準數(shù)據(jù)進行修正 |
||||||||||||
|
計算公式： |
計算流入風速=風速平均值 |
|||||||||||
|
測試值（m/s） |
0.17 |
0.14 |
0.18 |
0.15 |
0.17 |
0.14 |
0.13 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.16 |
0.13 |
0.17 |
0.14 |
0.16 |
0.13 |
0.12 |
|||||
|
測試值（m/s） |
0.13 |
0.19 |
0.13 |
0.16 |
0.19 |
0.17 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.12 |
0.18 |
0.12 |
0.15 |
0.18 |
0.16 |
|
|||||
|
測試值（m/s） |
0.87 |
0.92 |
0.87 |
0.93 |
0.88 |
0.89 |
0.96 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.83 |
0.88 |
0.83 |
0.89 |
0.84 |
0.85 |
0.92 |
|||||
|
測試值（m/s） |
0.86 |
0.93 |
1.03 |
0.95 |
1.07 |
1.22 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.82 |
0.89 |
0.98 |
0.91 |
1.02 |
1.17 |
|
|||||
|
平均值： |
0.53 |
|||||||||||
|
計算流入風速: |
0.53 |
|||||||||||
表6 風速儀探頭45°夾角試驗結果
|
試驗2.2 |
操作口長度（m）： |
1.4 |
||||||||||
|
操作口高度（m）： |
0.2 |
|||||||||||
|
風速儀修正公式： |
y=0.957x-0.001 |
|||||||||||
|
備注：風速儀精度較高，需要根據(jù)校準數(shù)據(jù)進行修正 |
||||||||||||
|
計算公式： |
計算流入風速=風速平均值 |
|||||||||||
|
測試值（m/s） |
0.12 |
0.13 |
0.12 |
0.15 |
0.16 |
0.14 |
0.12 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.11 |
0.12 |
0.11 |
0.14 |
0.15 |
0.13 |
0.11 |
|||||
|
測試值（m/s） |
0.09 |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
0.10 |
0.11 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.08 |
0.08 |
0.07 |
0.06 |
0.09 |
0.10 |
|
|||||
|
測試值（m/s） |
1.21 |
1.08 |
1.11 |
1.08 |
0.97 |
0.97 |
1.02 |
|||||
|
修正值（m/s） |
1.16 |
1.04 |
1.07 |
1.04 |
0.93 |
0.93 |
0.98 |
|||||
|
測試值（m/s） |
0.99 |
1.05 |
0.99 |
1.00 |
1.04 |
1.20 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.95 |
1.01 |
0.95 |
0.96 |
1.00 |
1.15 |
|
|||||
|
平均值： |
0.56 |
|||||||||||
|
計算流入風速: |
0.56 |
|||||||||||
表7 測量面向內側偏離試驗結果
|
試驗3.2 |
操作口長度（m）： |
1.4 |
||||||||||
|
操作口高度（m）： |
0.2 |
|||||||||||
|
測量面向里（cm）： |
5 |
|||||||||||
|
風速儀修正公式： |
y=0.957x-0.001 |
|||||||||||
|
備注：風速儀精度較高，需要根據(jù)校準數(shù)據(jù)進行修正 |
||||||||||||
|
計算公式： |
計算流入風速=風速平均值 |
|||||||||||
|
測試值（m/s） |
0.19 |
0.19 |
0.11 |
0.11 |
0.10 |
0.09 |
0.12 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.18 |
0.18 |
0.10 |
0.10 |
0.09 |
0.09 |
0.11 |
|||||
|
測試值（m/s） |
0.09 |
0.12 |
0.11 |
0.12 |
0.10 |
0.13 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.09 |
0.11 |
0.10 |
0.11 |
0.09 |
0.12 |
|
|||||
|
測試值（m/s） |
0.93 |
0.98 |
0.87 |
0.81 |
0.79 |
0.76 |
0.68 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.89 |
0.94 |
0.83 |
0.77 |
0.76 |
0.73 |
0.65 |
|||||
|
測試值（m/s） |
0.77 |
0.73 |
0.78 |
0.81 |
0.82 |
0.91 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.74 |
0.70 |
0.75 |
0.77 |
0.78 |
0.87 |
|
|||||
|
平均值： |
0.45 |
|||||||||||
|
計算流入風速: |
0.45 |
|||||||||||
表8 測量面向外側偏離試驗結果
|
試驗3.3 |
操作口長度（m）： |
1.4 |
||||||||||
|
操作口高度（m）： |
0.2 |
|||||||||||
|
測量面向外（cm）： |
5 |
|||||||||||
|
風速儀修正公式： |
y=0.957x-0.001 |
|||||||||||
|
備注：風速儀精度較高，需要根據(jù)校準數(shù)據(jù)進行修正 |
||||||||||||
|
計算公式： |
計算流入風速=風速平均值 |
|||||||||||
|
測試值（m/s） |
0.26 |
0.21 |
0.20 |
0.21 |
0.20 |
0.19 |
0.21 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.25 |
0.20 |
0.19 |
0.20 |
0.19 |
0.18 |
0.20 |
|||||
|
測試值（m/s） |
0.23 |
0.23 |
0.21 |
0.24 |
0.29 |
0.32 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.22 |
0.22 |
0.20 |
0.23 |
0.28 |
0.31 |
|
|||||
|
測試值（m/s） |
0.97 |
1.01 |
0.97 |
0.95 |
1.04 |
1.07 |
1.01 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.93 |
0.97 |
0.93 |
0.91 |
0.99 |
1.02 |
0.97 |
|||||
|
測試值（m/s） |
1.05 |
0.96 |
1.01 |
0.97 |
1.03 |
1.11 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
1.00 |
0.92 |
0.97 |
0.93 |
0.98 |
1.06 |
|
|||||
|
平均值： |
0.45 |
|||||||||||
|
計算流入風速: |
0.59 |
|||||||||||
2.4 試驗結果總結
試驗結果總結如下表9
表9 試驗結果總結
|
試驗序號 |
試驗名稱 |
試驗結果（m/s） |
偏差（m/s） |
|
|
方法比較 |
||||
|
1．1 |
風量計法 |
0.53 |
/ |
|
|
1．2 |
排氣法 |
0.50 |
-0.03 |
|
|
1．3 |
限高前窗法 |
0.59 |
+0.06 |
|
|
1．4 |
前窗法 |
0.53 |
0 |
|
|
探頭角度比較 |
||||
|
2．1 |
探頭測量窗與測量面平行 |
0.53 |
0 |
|
|
2．2 |
探頭測量窗與測量面呈傾斜45 °夾角 |
0.56 |
0.03 |
|
|
測量面比較 |
||||
|
3．1 |
標準測量面 |
0.53 |
0 |
|
|
3．2 |
測量面向里5cm |
0.45 |
-0.08 |
|
|
3．3 |
測量面向外5cm |
0.59 |
0.06 |
|
2.5 結論
結論 1：國標方法中第 4 種方法（前窗法）最為準確，與風量計法結果一致，其他方法的偏差均已超過判定標準的限度± 0.025m/s ，其中限高前窗法偏差最大，但數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，在規(guī)定好修正系數(shù)后可以使用。排氣法產生的誤差足以導致誤判不推薦使用。
結論2 ：探頭傾斜產生的偏差已經(jīng)超過± 0.025m/s的限度，足以導致誤判，所以檢測過程中要注意保持探頭角度不變。
結論 3：測量面的差異造成的結果偏差遠超± 0.025m/s 的限度，足以導致嚴重誤判，所以檢測過程中要注意測量面嚴格按照國標要求進行。
3 結語
通過試驗我們發(fā)現(xiàn)，在生物安全柜的流入氣流檢測中，國標所推薦的方法有一個優(yōu)選次序；同時檢測過程中的一些細節(jié)，如探頭測量角度、測量面的選取都會影響測試結果和結論，應在檢測過程中加以注意。
[參考文獻]
（1）技術標準：YY0569-2011 II 級生物安全柜[S]。
（2）技術標準：NSF/ANSI 49-2018 Biosafety Cabinetry: Design, Construction, Performance, and Field Certification[S]。
（3）技術標準：EN 12469-2000 Biotechnology - Performance criteria for microbiological safety cabinets [S]。
作者簡介： 宋金輝（ 1982 ），男，山西，中級職稱，主要從事合規(guī)性檢測驗證技術的研究及開發(fā)。
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