多参数自动检测仪对生物安全柜气流流速的快速检测

魏贤莉，胡良勇，肖建勇

1.广州计量检测技术研究院，广东 广州510030；

2.广州中医药大学 基础医学院，广东广州 510006

多参数自动检测仪对生物安全柜气流流速的快速检测

魏贤莉1，胡良勇1，肖建勇2

1.广州计量检测技术研究院，广东 广州510030；

2.广州中医药大学 基础医学院，广东广州 510006

采用生物安全柜多参数自动检测仪（BSC01-10S）对各级实验室生物安全柜的气流流速进行检测。检测结果表明：该自动检测仪操作简便、快速，而且能实时检测流速，检测结果准确、数据重复性好；检测数据还证实，它能完成III级生物安全柜气流流速的自动准确检测。

生物安全柜；气流流速检测；多参数自动检测仪；热式风速仪；流速传感器

生物安全柜是一种负压过滤排风柜。它利用空气净化技术实现第一道物理隔离，并在操作原代培养物、菌毒株以及诊断性标本等具有感染性的实验材料时，用来保护操作者、实验室环境以及实验材料，使其避免露于上述操作过程中可能产生的感染性气溶胶和溅出物中[1-3]。生物安全柜是保障生物安全和环境安全的重要物质基础，目前已广泛应用在医疗卫生、疾病预防与控制、食品卫生、生物制药、环境监测等领域[4-5]。

生物安全柜气流流速检测分为下降气流流速和前窗操作口流入气流流速。所谓下降气流是来自生物安全柜上方，经高效过滤器过滤的垂直向下流向工作区的气流，下降气流用以保护工作台的样品不受污染。所以对下降气流的流速有严格的要求。由于Ⅰ、Ⅲ级生物安全柜操作区为乱流，下降气流流速的测试仅针对Ⅱ级生物安全柜。而流入气流是从安全柜前窗操作口进入安全柜的气流。生物安全柜最主要的作用就是保护工作人员，保护产品和环境。它的功能主要是通过顶部下降气流和前窗流入气流共同作用完成的[6]。因此，气流流速的准确测量在很大程度上影响了生物安全柜的正常运行。目前，国内外很多厂家、科研机构都致力于生物安全柜气流流速的高精度、快速测量技术及仪器的研究。

传统的气流流速测量方法，如叶轮式法、皮托管式法等存在工况不稳定、精度低、测试空间受限制等问题。采用热式风速仪直接测量，无须进行温压补偿，稳定可靠，信嗓比好，并且有较大的测量范围和宽量程比，可以很好地解决传统测量方法在气流流速测量中存在的不足[7]。

国内外学者对生物安全柜气流流速的测试方法及内部流场进行了一系列的研究，如Melvin W.First和Janet M. Macher等人[8]采用微生物法研究了前窗流入气流速度、前窗开口大小、操作者手的位置和运动幅度对于气溶胶污染物的影响等。东华大学的赵明琪通过分析流入气流与实际前窗操作口的关系，下降气流与前窗流入气流的关系，采用模拟和试验相结合的方法，利用单向探头热式风速仪和万向探头风速仪分别实际测量了Ⅱ级生物安全柜气流流速，并作进一步数据分析，最终得出万向探头风速仪测量的优越性。随后东华大学的姜胜男、李斌等人[9]在此基础上对Ⅲ级生物安全柜气流流速测量作了进一步的研究，他们通过在线测量方法，对单向探头和万向探头进行比对，同时还研究了测量人员和仪器设备在线测量时对于气流模式的影响。这些研究为生物安全柜气流流速自动检测技术奠定了良好的理论基础。但未见关于气流流速的自动检测装置的相关研究。本文介绍一种生物安全柜流速检测装置对生物安全柜内部流速的自动检测。

1 实验部分

1.1 实验仪器

BSC01-10S生物安全柜多参数自动检测仪实物图，见图1。检测仪由主机单元、从机单元和PC机组成。主机是以AVR单片机为核心的嵌入式系统，实现密闭空间精密充气与检测，存储测试结果并分析，以及人机交互等操作。主要包括气密性检测、串口通信、无线通信、液晶显示及按键输入等模块。从机为一个移动单元实现极低风速动态实时测量，二轴运动平台精确控制。由运动机构、气流检测单元和定位模块等组成。主机通过无线通信模块向从机发送检测指令，从机接收成功后选择相应的检测模式，实现气流流速的检测。从机中的无线通信模块将每个测量点检测到的流速值发送给主机，实现主从机之间的无线通讯。待检测完毕，主机将从机发送的气流流速值及柜体泄漏气压值通过RS232串口传至PC机（上位机），实验人员可在PC机上（上位机）提取数据报告或进行数据处理等。仪器由浙江省计量院进行校准和检测，浙江省计量科学研究院对6项检测指标进行了校准测试，结果证明样机测量误差在允许范围内。气流流速范围为 0～3 m/s，分辨率为 0.01 m/s，测量精度为 3%FS。

图1 生物安全柜多参数自动检测仪实物图

1.2 测定方法

按照DB 44/T 833-2010《生物安全柜快速测评方法》要求对流入气流流速进行测试。运行安全柜，在前窗口操作台均匀分布10个点，每个点读取气流探头流速至少3次，得到相应的气体速度测量值，计算出风速的平均值。由于每个测量点的间距小，且流入气流测试点分布在二维度上。因此须选择探头精巧、灵敏度高的流速传感器，设计系统时要确保气流传感器能在二维平面上精确运动。流入气流流速测试示意图，见图2。

图2 流入气流流速测试示意图

2 结果与讨论

生物安全柜多参数自动检测仪对各级实验室不同级别生物安全柜的流速进行了检测，结果见表1～2。

表1 II级生物安全柜的流速检测结果（m/s）

表2 III级生物安全柜的流速检测

由于n≤10，采用合并样本标准差Sp作为重复性的体现[10]，计算公式为：

从表1～2的结果来看，BSC01-10S生物安全柜多参数自动检测仪的流速检测灵敏度高，重复性好。由于III级生物安全柜柜体完全气密，100%全排放式，工作人员通过连接在柜体的手套进行操作，无法进行气流流速的检测，但BSC01-10S生物安全柜多参数自动检测仪具有自动化程度高，并适用所有等级的生物安全柜的流速检测，很好地解决了这个难题。另外可以看出，各级实验室的各级生物安全柜的流速都能符合DB 44/T 833-2010《生物安全柜快速测评方法》的气流流速要求，说明生物安全柜的使用确实能有效地达到防止微生物的物理指标，从而保证防止微生物的生化指标，保护实验室工作人员的生命安全[11]。

3 结束语

生物安全柜检测仪的小型化、多功能、低功耗、高性价比、易操作是智能检测产品的发展趋势。目前国内外使用的相关生物安全柜流速的检测仪器或装置，都具有检测参数单一、价格高、外形体积庞大、检测手段复杂等缺点，而这些缺点限制了生物安全柜参数检测仪应用于前窗无法开启的Ⅲ级生物安全柜的流速检测。同时我国检测仪器设备的精度及稳定性、环境条件的控制等方面，与发达国家还存在一定差距。提高仪器的检测能力、提供更为准确的检测数据，可以更好地指导企业生产，促进产品质量提高，同时为实验人员提供一个安全的实验操作环境。可以预见，生物安全柜多参数自动检测仪在生物安全意识不断提高的同时应用于生物制药、食品工业以及各级实验室，将具有广阔的产业化前景。

[1] 王清勤,张彦国,许钟麟,等．生物安全实验室建筑技术规范的编制背景和主要内容介绍[J]．建筑科学,2004,20(6):1-7．

[2] 许钟麟,王清勤．生物安全实验室与生物安全柜[M]．北京:中国建筑工业出版社,2004:2-5．

[3] 马飞,武文军,熊陆平,等．生物安全柜的质量控制[J]．医疗卫生装备,2012,33(5):113-115．

[4] 何欣,唐敏然,胡良勇,等．生物安全柜性能检测的依据及关键技术[J]．中国测试,2009,35(5):91-94．

[5] 胡良勇．生物安全柜的性能和质量控制[J]．医疗保健器具, 2008,15(8):18-20．

[6] Gilchrist JR,Hmdler J,Fleming DO．Laboratory safety management and update,in isenberg HD clinical microbiology procedures handbook[M]．USA:American Society Microbiology,1992:29-42．

[7] 刘正先,孟庆国,梁永超,等．气体涡轮流量计的改进级实验测量[J]．流体机械,2003,31(5):8-10．

[8] Melvin W,Janet Macher,Robert Gussman,et al．Nebulizer Characteristics for Certification Tests of Biosafety Cabinets with Bacteria and Simulants[J]．Journal of American Biological Safety Association,1998,3(1):26-29．

[9] 李斌,姜胜男,邹钺．Ⅱ级安全柜垂直下降气流速度的数值模拟优化[J]．医疗装备,2008,(8):16-17．

[10] JJF1059-1999,测量不确定度评定与表示[S]．北京:中国标准出版社,1999．

[11] 蒋晋生．Ⅱ级B2型生物安全柜在BSL-3实验室中的安装及调试[J]．中国医疗设备,2014,29(1):119-121．

Fast Airf l ow Velocity Testing of Biological Safety Cabinet with Automatic Multi-Parameter Detector

WEI Xian-li1, HU Liang-yong1, XIAO JIan-yong2
1.Guangzhou Institute of Measuring and Testing Technology, Guangzhou Guangdong 510030, China; 2.School of Basic Medicine, Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou Guangdong 510006, China

The airflow velocities of the biological safety cabinets of labs with different levels were detected with automatic multi-parameter detector (BSC01-10S). The detection results indicated that the automatic detector with simple operation steps can accomplish the real-time detection of airf l ow velocity with high accuracy and good repeatability. In addition, the experimental results confirmed that the detector could test the airf l ow velocity of Class III biological safety cabinet automatically and accurately.

biological safety cabinet; airf l ow velocity detection; automatic multi-parameter detector; thermal anemometer; fl ow velocity sensor

R197.39

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.07.018

1674-1633(2014)07-0050-03

2014-05-15

2014-06-30

国家自然科学基金面上项目（81274145）；广东省自

然科学基金（S2012040007005）支助；国家质量监督检验检疫总

局质检公益性行业科研专项项目（201110045）；教育部高等学校

博士学科点专项科研基金（20124425120012）支助。

本文作者：魏贤莉，工程师，主要从事医疗器械计量器具的检定/校准和研究工作。

肖建勇，副教授，主要从事生物化学与分子生物学研究。