Ⅱ级生物安全柜洁净度测量结果的不确定度评定

摘要：生物安全柜是微生物实验室的必需品，广泛应用于医疗卫生、制药、科研等行业。现主要阐述生物安全柜对公共安全的重要性以及生物安全柜洁净度指标的重要性，依据JJF 1815—2020《Ⅱ级生物安全柜校准规范》和JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》，对生物安全柜的洁净度测量结果进行不确定度分析和评定，并给出了洁净度测量结果的相对扩展不确定度。

关键词：生物安全柜；洁净度；重复性；不确定度

中图分类号：TH79    文献标志码：A    文章編号：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维护公共安全成为各国政府最重视、最急迫的工作之一。在公共安全维护体系中，生物安全柜的有效使用成为实验室安全管理必不可少的环节。生物安全柜是操作原代培养物、菌毒株以及诊断性样品等具有感染性的实验材料时，用来保护操作者本人、实验室环境以及实验材料，使其避免暴露于上述操作过程中可能产生的感染性气溶胶和溅出物而设计的。按照功能和作用的不同，生物安全柜分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级三个不同的等级[1]。为了保证操作者本人在操作生物安全柜过程中不受气溶胶和溅出物的侵害，确保生物安全柜的各项技术指标在规定允许范围内，需对生物安全柜的技术指标进行定期校准。

洁净度是以单位体积空气中大于或等于某粒径粒子的数量来区分的洁净程度[2]，是生物安全柜最重要的技术指标之一。测量Ⅱ级生物安全柜的洁净度，可以使用标准计量器具尘埃粒子计数器，且洁净度测量结果受环境温度、湿度以及大气压力等因素的影响可以忽略不计[3]。

1    测量方法

1.1    测量与评定依据

JJF 1815—2020《Ⅱ级生物安全柜校准规范》和JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》。

1.2    环境条件

环境温度：15～30 ℃；环境湿度：不大于70%RH。

1.3    校准用主要计量标准器具

尘埃粒子计数器，测量范围为0.3～10 μm，相对扩展不确定度为14%（k=2）。

1.4    被测对象

按照JJF 1815—2020《Ⅱ级生物安全柜校准规范》的要求，当需要保护受试样本时，Ⅱ级生物安全柜洁净度的洁净级别应达到ISO 5级（当粒径大于或等于0.5 μm时悬浮粒子最大浓度限值为3 520 m-3），即每个采样点测得的粒子浓度平均值和95%置信上限（UCL）均不超过ISO 5级的最大浓度限值。

最大浓度限值可以通过公式（1）计算得到[2]：

式中：Cn为大于或等于要求粒径的最大浓度限值，是四舍五入至相近的整数，有效位数不超过三位数（m-3）；N为空气洁净度等级，数字不超过9，洁净度等级整数之间的中间数可以按0.1为最小允许递增量；D为要求的粒径值（μm）；0.1为常数，其量纲为μm。

当粒径大于或等于0.5 μm时，由公式（1）计算ISO 5级的粒子最大浓度限值为：Cn=10N×2.08=105×2.08=3 517 m-3，四舍五入取3 520 m-3。

1.5    测量方法

按照JJF 1815—2020《Ⅱ级生物安全柜校准规范》7.5要求，首先将生物安全柜开机工作运行10 min以上，洁净度的采样边界距离内表面或者前窗口100 mm，尘埃粒子计数器的采样口置于工作台面向上200 mm高度位置，洁净度采样点布置如图1所示。每个采样点重复采样3次，最小采样量不低于8.5 L/次。计算各采样点粒子浓度平均值和总平均值的95%置信上限（UCL）作为洁净度测量结果[3]。

2    建立测量模型

每个采样点测量n次，按照公式（2）计算得到第i采样点处的平均粒子浓度：

式中：Mi为第i采样点处的平均粒子浓度值（m-3）；Mij为每个采样点单次采样的粒子浓度值（m-3）；n为每个采样点处采样的次数。

共选取m个采样点，按照公式（3）计算得到所有采样点总平均粒子浓度：

式中：M为所有采样点总平均粒子浓度值（m-3）；m为采样点的数量。

根据公式（4）可以计算出采样点平均值的标准差：

式中：s为采样点平均值的标准偏差值（m-3）。

通过查询表1中的t分布值，根据公式（5）可以计算出总平均值的95%置信上限：

式中：95%UCL为总平均值的95%置信上限（UCL）值（m-3）；t0.95为计算95%置信上限（UCL）所用的t分布值（表1）。

3    分析测量不确定度的来源

将公式（2）～（4）的内容代入公式（5）中，根据公式（5）的测量模型以及测量方法的分析，由于环境温度、湿度、大气压力对标准计量器具、测量过程、测量结果的影响可以忽略不计，因此洁净度测量结果的不确定度主要来源于以下三方面：

1）洁净度测量结果的重复性引入的相对标准不确定度分量urel1；

2）尘埃粒子计数器的分辨力引入的相对标准不确定度分量urel2；

3）标准计量器具尘埃粒子计数器引入的相对标准不确定度分量urel3。

4    洁净度测量结果的不确定度评定

4.1    洁净度测量结果的重复性引入的相对标准不确定度分量urel1

使用尘埃粒子计数器在生物安全柜工作区域内已经设定好的5个采样点上进行采样测量，采样颗粒粒径≥0.5 μm，在每个采样点处连续采样测量10次（测量结果如表2所示）。对测量结果的重复性引入的相对标准不确定度分量采用A类评定方法进行评定。

按照公式（6）计算相对合并样本标准偏差sp：

式中：sp为采样点平均值的相对合并样本标准偏差；Mkj为第j个采样点处的第k次采样值（m-3）；Mj为第j个采样点采样值的算术平均值（m-3）。

通过公式（6）计算得到相对合并样本的标准偏差为：sp=25.01%。

由于在实际测量中，每个采样点的洁净度测量结果由3次重复测量的平均值得到（即n=3），根据公式（7）计算得到重复性引入的相对标准不确定度分量urel1为：

根据公式（3）计算得到全部采样测量结果的平均值为21 m-3，根据公式（5）计算得到总平均值的95%置信上限为26 m-3。

4.2    尘埃粒子计数器的分辨力引入的相对标准不确定度分量urel2

对分辨力引入的相对标准不确定度分量采用B类评定方法进行评定。尘埃粒子计数器的分辨力为1 m-3，分散区间的半宽度为a=0.5 m-3，假设在区间内为均匀分布，查表可得k=，全部采样测量结果的平均值为M=21 m-3，根据公式（8）得到尘埃粒子计数器的分辨力引入的相对标准不确定度分量urel2为：

根据JJF 1033—2016《计量标准考核规范》附录C的C.1.4条款可知，当测量结果的重复性引入的不确定度分量大于仪器分辨力引入的不确定度分量时，此时重复性中已经包含分辨力对测量结果的影响，故不应再考虑分辨力所引入的不确定度分量[4]。此次评定中urel1=14.44%＞

urel2=1.38%，所以分辨力引入的不确定度分量urel2在合成标准不確定度中可不必列入。

4.3    标准计量器具尘埃粒子计数器引入的相对标准不确定度分量urel3

对标准计量器具尘埃粒子计数器引入的不确定度分量采用B类评定方法进行评定。尘埃粒子计数器的校准证书中给出的相对扩展不确定度为14%（k=2），根据公式（9）计算得到：

5    相对标准不确定度分量一览表

相对标准不确定度分量一览表如表3所示。

6    合成相对标准不确定度ucrel

由于相对标准不确定度分量urel1、urel3之间是相互独立的，所以根据公式（10）计算得到合成相对标准不确定度如下：

7    相对扩展不确定度Urel

取包含因子k=2，根据公式（11）计算得到相对扩展不确定度如下：

Urel=k×ucrel=2×16.1%≈33%         （11）

8    不确定度的报告

被校准生物安全柜的洁净度总平均值的95%置信上限为26 m-3，洁净度测量结果的相对扩展不确定度为Urel=33%（k=2）。

9    结束语

本文针对生物安全柜洁净度测量结果的不确定度进行了分析评定，给出了洁净度测量结果和测量结果的相对扩展不确定度，明确了测量结果的相对扩展不确定度范围，为有效评价生物安全柜的洁净度校准结果提供了评定方法，为Ⅱ级生物安全柜的安全使用提供了技术支撑。

[参考文献]

[1] 陆兵，吕京，郑涛.实验室生物安全基础知识[M].北京：中国计量出版社，2005.

[2] 洁净厂房设计规范：GB 50073—2013[S].

[3] Ⅱ级生物安全柜校准规范：JJF 1815—2020[S].

[4] 计量标准考核规范：JJF 1033—2016[S].

收稿日期：2023-02-23

作者简介：马骏（1981—），女，辽宁绥中人，硕士，讲师，从事电气自动化技术、检测技术的教学和研究工作。