淺析JJF 1826-2020空氣微生物采樣器校準規范

張子通 陳啟悅 施禪臻 蔡澤仁 張愛亮

（上海市計量測試研究院，上海 20033）

0 概述

空氣微生物采樣器[1]也稱浮游菌采樣器（以下簡稱采樣器），是專門測量受控潔凈空間（取ISO14644之定義）[2]內空氣中懸浮微生物數量的儀器。受控潔凈空間應用非常廣泛，現代化的無塵車間、手術室、抗擊疫情中一線的生物安全柜、負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，包含沉降菌和浮游菌兩個主要項目，其中的浮游菌項目須使用采樣器，我國基于ISO體系等效引用的浮游菌測試方法為GB/T 16293-2010《醫藥工業潔凈室（區）浮游菌的測試方法》[3]。由于采樣器從采集原理上會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GB/T 16293-2010的要求[3]，采樣器多選用以瓊脂培養皿為收集器，基于撞擊式原理的裝置，收集后培養計數，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。以上海計量測試技術研究院為例，有超過97%的送檢浮游菌采樣器為針孔篩板式。這是因為氣旋式的切割頭對于捕獲浮游菌最關鍵的參數微粒沖量的關系較為復雜，要求的流速也較高，只有切割頭形制滿足非常嚴格的精度要求時，才能以前端流量的方式來保證采集效率，而狹縫式雖然容易制造，但由于采樣器本身必須帶有旋轉臺座，使得采樣器不可避免地較篩板式采樣器復雜化和大型化。由于采集部分結構偏離管狀，流形復雜，負載也較其他同流量級別的泵式采樣器大，不能簡單引用其他泵式采樣器的檢定規程或校準規范，故修訂JJF 1826-2020《空氣微生物采樣器校準規范》。該校準規范對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。國外目前對于泵式采樣器的校準與溯源主要由各廠商的法人或技術主管簽名負責，沒有專門校準規范或檢定規程。

1 規程詳解

對于目前的采樣器來說，主流的篩板型在安德森原理的指導下，雖然不同廠家生產的采樣器形制或有不同（如篩孔孔徑、個數，工作流量），但流形相關的無量綱參數趨同，因而其核心的校準項目便是采樣流量（保證微粒沖量，進而保證采集效率）與實際采集效率，也是該校準規范的核心部分。

1.1 采樣流量

就采樣流量的校準而言，影響準確度的主要因素在于裝置的搭建，一般通過切割頭直接對接羅茨流量計，或切割頭通過轉接裝置后串聯質量流量計。在常壓狀態和一般工作流量范圍28.3～200L/min內，校準系統的密封性比較容易保證。若標準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，因為有大量不帶有閉環控制的采樣器，特別是既不帶閉環控制，也不配備手動流量計調節的采樣器，在校準時無法對相關阻力自主調節或手動調節，此時結果偏差較大[4]。如果無法改善，則應當對實測值進行補償。另外，不排除少量極端情況下標準器阻力迫使樣品無法正常工作，特別是使用六級培養皿采樣頭，采樣流量為28.3L/min的樣品，其工作流量本身就較低，且負載阻力也比一級培養皿大。

本校準規范中，對于采樣器空載或有負載并沒有明確規定（實際使用情景中必然是有負載的）。有研究與專利指出[4-5]，負載的存在會降低流速，同理，特別是對于無閉環控制的儀器，這個差值可能不可忽視。另外流量校準過程中，為了便于操作，可使用阻力等效負載而非實際瓊脂培養基。

1.2 采集效率

采集效率是本校準規范區別于絕大多數泵式氣相采樣器的主要內容，主要考察采樣器對于浮游菌的實際采集效果，應用了類似對生物安全柜生物隔離性能檢測所用的微生物活性氣溶膠發生裝置[6]。與生物安全柜不同的是，此處對于檢測的微生物濃度需要定量檢測，但下游無法使用氣溶膠分光光度計。此方法本意是將對生物活性粒子的采集效率向微粒采集的國標方法濾膜稱重法進行溯源，但在規范與實際操作中有諸多問題尚須改進。

首先，由于測量微粒粒徑時須保持生物活性，不能使用粒徑譜儀（靜電分離方法）來分離并驗證粒徑分布是否符合要求，這使得該項參數很難再向上溯源。而采用規范所言的多級采集再涂布培養的方法，其不確定度非常難以評定，氣溶膠發生器發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，實際的不確定度可能更大，且每一采樣所對應的切割頭形制要求在附錄B中并未給出。

另外，校準規范規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量范圍內進行比較，其中，Φ90mm培養皿的一般計數上限為200個[7]，ISO一般受控結晶環境中最差級別十萬級的浮游菌個數為小于100個[1]。此范圍下存在多個難點：首先是采樣倉內粒子分布的均勻性，規范中只提了檢測位置附近的粒子個數，測得的方法未給出，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，但量綱并未歸到質量濃度，而依舊在涂布個數上，反而因為多了這一步驟，事實上較采樣器直接采集多引入了一個不確定度分量。

同時，根據安德森原理，篩板無論形制如何，在流形相關無量綱參數相近的情況下，流量如果一定，其采集效率理論上也是一定的，換言之，對于采樣切割頭提供的相關參數（流量無量綱數如雷諾數，氣溶膠對培養皿沖量等）進行規范就足夠保證校準效果。

國際上看，由于是首次對浮游菌采樣器提出類似要求，在此項目上如此多值得探討的問題在情理之中，需要通過未來的修訂與更多校準數據來進行優化與確認。

除此之外，本校準規范對于壓縮空氣類的微生物采樣器并未進行規范。后者由于涉及高壓在非近似管中的湍流等問題，在以往校準過程中，測量值短期波動較大，較難測準流量，重復性和穩定性的測量細節（如工作穩態的界定，讀數時間間隔等）以及相關要求需專門考量。

2 結論

空氣微生物采樣器作為應用廣泛以及具有獨自特性的器具，專門修訂校準規范是有必要的，JJF 1826-2020的建立填補了空白。但校準規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目的細化或校準本身的有效性和準確性的驗證，以及對于壓力條件下的微生物采樣器校準的相關條目的缺失，未來須針對這兩點進行更深入研究。