Ⅱ級(jí)生物安全柜潔凈度測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

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)?，F(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ISO 5級(jí)的最大濃度限值。

最大濃度限值可以通過公式（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)不超過三位數(shù)（m-3）；N為空氣潔凈度等級(jí)，數(shù)字不超過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

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。