Ⅱ級(jí)生物安全柜的過濾器完整性測(cè)試方法探討

【資料簡(jiǎn)介】

[摘要] Ⅱ級(jí)生物安全柜是目前應(yīng)用的柜型，通過過濾器的潔凈氣流從生物安全柜頂部垂直吹下，通過工作區(qū)域，在到達(dá)工作人員的呼吸區(qū)域前被俘獲；氣流在放被過濾；所有的Ⅱ級(jí)生物安全柜都通過合理有效的氣流組織提供工作人員、環(huán)境和產(chǎn)品的保護(hù)。世界衛(wèi)生組織（WHO）在頒布的實(shí)驗(yàn)室生物安全手冊(cè)中要求用戶選擇正確類型的生物安全柜，進(jìn)行安裝并正確使用，同時(shí)每年進(jìn)行認(rèn)證，NSF49和YY0569標(biāo)準(zhǔn)都要求生物安全柜維護(hù)檢驗(yàn)要求至少每年一次。當(dāng)生物安全柜移位、更換過濾器和內(nèi)部部件維修后，也要進(jìn)行維護(hù)檢驗(yàn)。本文討論的是Ⅱ級(jí)生物安全柜的主要測(cè)試項(xiàng)目：過濾器的完整性測(cè)試方法。

[關(guān)鍵詞] 生物安全柜；過濾器（HEPA）；氣溶膠PAO；完整性測(cè)試

[中圖分類號(hào)] R318 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [文章編號(hào)] 1673-7210（2009）09（b）-150-04

 

Test method of filter integrality detection in Class Ⅱ （laminar flow） biosafety cabinetry XU Minfeng, WEI Jiaming, HAN Han （Institute of Food and Drug Package Material Test, Shanghai 201203,China）

 

[Abstract] Class Ⅱ （laminar flow） biosafety cabinetry is the most widely-used kind. Through the high efficiency particulate air filter（HEPA）, clean air flows down straightly from the top of the biosafety cabinetry; the air is captured before reaching the breath area of the operators through working zone. The air is filtered before released. All Class Ⅱ （laminar flow） biosafety cabinetries provide, by efficient air flows, protection for the operators, environment and the product. Meanwhile, when publishing the safety brochures of laboratory biology, WHO requires users to choose the correct type of biosafety cabinetry, install and use it correctly and test it every year, such as NSF49 and YY0569 which both force the biosafety cabinetry to be examined and repaired at least once a year. If the biosafety cabinetry is moved or change the filter and repair the inner part, it will also be demanded to be tested. The passage below discusses the main test project of the Class Ⅱ （laminar flow） biosafety cabinetry: test method of filter integrlity detection of the HEPA.

[Key words] Class Ⅱ（laminar flow） biosafety cabinetry;High efficiency particulate air filter;Poly-alpha-olefin;Test method of filter integrality detection

 

歐盟生物安全柜統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)EN12469:2000[1]、美國生物安全柜NSF/ANSI 49-2008[2]標(biāo)準(zhǔn)、我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《生物安全柜》YY0569-2005[3]均對(duì)生物安全柜的型號(hào)進(jìn)行了分類，并對(duì)性能檢測(cè)有明確的規(guī)定。其中Ⅱ級(jí)生物安全柜依照入口氣流風(fēng)速、排氣方式和循環(huán)方式等分為4個(gè)類型：A1型，A2型（原B3型），B1型和B2型，其中A2型和B2型生物安全柜是目前世界上zui普遍使用的。A2型生物安全柜前窗氣流速度zui小量或測(cè)量平均值應(yīng)至少為0.5 m/s，70%氣體通過過濾器再循環(huán)至工作區(qū)，30%的氣體通過排氣口過濾排除。B2型生物安全柜的排氣系統(tǒng)與緊急電源相連，在斷電下仍可保持生物安全柜負(fù)壓，以免危險(xiǎn)氣體泄漏，其前窗氣流速度zui小量或測(cè)量平均值應(yīng)至少為0.5 m/s，100%全排，無內(nèi)部循環(huán)氣流，可同時(shí)提供生物和化學(xué)的安全控制。　　

 

安裝在生物安全柜內(nèi)的空氣過濾器是由堅(jiān)硬外殼支撐的一次性的、具有延伸和皺褶介質(zhì)的過濾膜組成的。主要起到過濾細(xì)菌和灰塵顆粒的作用，以凈化吹入生物安全柜工作區(qū)和排放出的氣體。目前生物安全柜中常采用的是對(duì) 0.3 μm塵埃粒子擁有截流效率為99.99%的 HEPA 過濾器，以及 99.999 8%的截流效率的 ULPA 超過濾器。　　

 

對(duì)于Ⅱ級(jí)生物安全柜，以上標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定了各項(xiàng)測(cè)試參數(shù)和合格標(biāo)準(zhǔn)[4]，測(cè)試包括人員保護(hù)、產(chǎn)品保護(hù)和交叉污染保護(hù)的微生物挑戰(zhàn)、下降氣流速率、流入氣流速率、噪聲、照度、振動(dòng)、過濾器完整性測(cè)試（氣溶膠測(cè)試－挑戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)）、氣流煙霧模式等十幾個(gè)項(xiàng)目。其中對(duì)過濾器安裝前后進(jìn)行完整性測(cè)試是目前上通行的做法[5]。這項(xiàng)測(cè)試是獲得ISPE、ASTM、FDA和EU認(rèn)可的對(duì)生物安全柜或潔凈室進(jìn)行安裝確認(rèn)*的項(xiàng)目。測(cè)試過濾器泄漏率是保證生物安全柜“潔凈”以及懸浮粒子測(cè)定的基礎(chǔ)，其重要性在于它對(duì)過濾器的材質(zhì)、安裝和使用可靠性提出了具體的要求，即以保證過濾器的整體質(zhì)量來達(dá)到生物安全柜的潔凈度。

 

1 過濾器的完整性測(cè)試　　

 

生物安全柜在出廠前就應(yīng)對(duì)過濾器完整性作出評(píng)價(jià)，就過濾器有無泄漏進(jìn)行測(cè)試，以確保它們是符合規(guī)定的。同時(shí)因?yàn)檫^濾器是非常脆弱的材料，甚至落地或輕微碰撞就會(huì)損壞，所以，在運(yùn)輸和裝卸的過程中保證過濾器材不受損壞是非常重要的。同樣的原因，過濾器應(yīng)該在生物安全柜所安置的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試[6]。本文討論的就是過濾器的完整性的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，目的是找到*的氣溶膠發(fā)生方式和以及完整性測(cè)試方法。

 

引入過濾器上游的氣溶膠是PAO，即多分散系poly-alpha-olefin。PAO發(fā)生器可分為熱發(fā)生和冷發(fā)生兩種，熱發(fā)生器TDA-5B是利用蒸發(fā)冷凝的原理，被霧化的氣溶膠粒子用加熱器蒸發(fā)，并在特定條件下冷凝成微小液滴，去掉過大和過小的液滴后留下0.3 μm左右的霧狀PAO進(jìn)入過濾器上游，粒徑分布在0.1～0.3 μm。冷發(fā)生器TDA-4B是利用壓縮空氣在液體中鼓氣泡，經(jīng)laskin噴管飛濺產(chǎn)生物態(tài)的多分散相PAO氣溶膠，zui大分布粒徑在0.65 μm左右。本文對(duì)兩種發(fā)生方式和三種不同型號(hào)的過濾器都進(jìn)行了測(cè)試研究。　　

 

過濾器完整性測(cè)試（檢漏）中用的檢測(cè)儀器是氣溶膠光度計(jì)，是一種前散射線性光度計(jì)，它由真空泵、光散射室、光電倍增管、信號(hào)處理轉(zhuǎn)換器和微處理器等組成。其工作原理是：當(dāng)氣流被真空泵抽至光散射室時(shí)，其中的顆粒物質(zhì)散射光線至光電倍增管。在光電倍增管中，光被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)放大和數(shù)字化后由微處理器分析，從而測(cè)定散射光的強(qiáng)度。通過與參比物質(zhì)產(chǎn)生的信號(hào)的對(duì)比，可以直接測(cè)量氣體中顆粒物質(zhì)的質(zhì)量濃度。　　

 

本次測(cè)試研究的是兩種氣溶膠發(fā)生方式在不同氣流流速下的差異，從而對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行研究。

 

1.1 被測(cè)的Ⅱ級(jí)生物安全柜安裝的過濾器信息 見表1。

.2 測(cè)試步驟　　

 

氣溶膠的兩種發(fā)生方法以及測(cè)試步驟如下：

 

1.2.1 DA－4B，冷發(fā)生氣溶膠測(cè)試方法 ①在被測(cè)設(shè)施的外側(cè)準(zhǔn)備好壓縮空氣氣源，并將氣溶膠發(fā)生器ATI TDA-4B連接于被測(cè)Ⅱ級(jí)生物安全柜的上游吸入口。壓縮空氣輸入TDA-4B的壓力保持大于4 kg/cm3的狀態(tài)，正常開啟風(fēng)機(jī)，使得與送風(fēng)混勻后的氣溶膠進(jìn)入被測(cè)設(shè)施內(nèi)的過濾器上游并穩(wěn)定一段時(shí)間。確保氣溶膠（PAO）均勻分布在該過濾器的上游。②打開TDA－2H氣溶膠（PAO）光度計(jì)，直到獲得穩(wěn)定的氣溶膠（PAO）上游濃度值時(shí)建立100％上游濃度基準(zhǔn)；氣溶膠（PAO）上游濃度不小于20 μg/L。③使用TDA－2H氣溶膠（PAO）光度計(jì)在被測(cè)設(shè)施內(nèi)過濾器下游測(cè)試泄漏濃度，測(cè)試點(diǎn)分布于被測(cè)設(shè)施內(nèi)過濾器的所有斷面以及密封材料的連接處，對(duì)整個(gè)濾器面、濾器與邊框之間、邊框與邊框之間以及邊框與靜壓箱之間的密封處進(jìn)行掃描。掃描時(shí)采樣頭距濾器面約1英寸（約2.54 cm），掃描速度不超過5 cm/s。掃描按直線來回往復(fù)地進(jìn)行，線條間應(yīng)重疊。讀取測(cè)試數(shù)據(jù)。④測(cè)試值取其zui大值作為zui終泄漏濃度（％），即過濾器完整性測(cè)試結(jié)果。

 

1.2.2 TDA－5B，熱發(fā)生氣溶膠測(cè)試方法  ①在被測(cè)設(shè)施的外側(cè)準(zhǔn)備好氮?dú)怃撈浚馊苣z發(fā)生器ATI TDA-5B連接于被測(cè)Ⅱ級(jí)生物安全柜的上游吸入口。保證氮?dú)廨斎隩DA-5B的壓力保持大于4 kg/cm3的狀態(tài)，加熱氣溶膠（PAO）到385～400℃并達(dá)到穩(wěn)定，正常開啟風(fēng)機(jī)，使得與送風(fēng)混勻后的氣溶膠進(jìn)入被測(cè)設(shè)施內(nèi)的過濾器上游并穩(wěn)定一段時(shí)間。確保氣溶膠（PAO）均勻分布在該過濾器的上游。②打開TDA－2H氣溶膠（PAO）光度計(jì)，以下步驟與上述TDA－4B冷發(fā)生氣溶膠測(cè)試方法一致。

 

1.3 測(cè)試儀器

 

TDA-4B 氣溶膠發(fā)生器（冷發(fā)生氣溶膠）：TDA-5B 氣溶膠發(fā)生器（熱發(fā)生氣溶膠）；TDA-2H 氣溶膠光度計(jì)：氣溶膠ATI PAO-4 多分散系（ATI 68649－12－7）；Dwyer 471數(shù)字式風(fēng)速儀。

 

2 測(cè)試結(jié)果

 

2.1過濾器（HEPA）氣溶膠PAO濃度約為20 μg/L，即過濾器上游亞微顆粒濃度在200萬～300萬時(shí)的測(cè)試結(jié)果

 

見表2～4。 

2.2 過濾器（HEPA）氣溶膠PAO濃度約為40 μg/L，即過濾器上游亞微顆粒濃度在350萬~500萬時(shí)的測(cè)試結(jié)果 見表5～7。  

 

2.3 過濾器（HEPA）氣溶膠PAO濃度高于60 μg/L，即過濾器上游亞微顆粒濃度在400萬~1 000萬時(shí)的測(cè)試結(jié)果 見表8~10。  　　

 

從以上測(cè)試結(jié)果可以看出：三臺(tái)Ⅱ級(jí)生物安全柜的過濾器完整性良好，但冷發(fā)生氣溶膠和熱發(fā)生氣溶膠測(cè)試方法存在差異，尤其是較高流速下差異明顯。

 

3 討論　　

 

相對(duì)冷發(fā)生氣溶膠來說，熱發(fā)生氣溶膠測(cè)試方法可以在更短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的氣溶膠（PAO）上游濃度，而且上游濃度的量值更穩(wěn)定，分散度更好，亞微顆粒比例更高，因此穿透性更好，缺點(diǎn)是需要足夠的稀釋和冷卻空間，否則就會(huì)使很大一部分氣溶膠冷凝在過濾器表面，還可能影響過濾器表面性能，因此它對(duì)循環(huán)風(fēng)量大于15 000 m3/h的過濾器完整性測(cè)試效果更好，對(duì)Ⅱ級(jí)生物安全柜這類較小空間的測(cè)試可能不適合采用熱發(fā)生氣溶膠的測(cè)試方法。　　

 

采用冷發(fā)生氣溶膠測(cè)試方法更為簡(jiǎn)便，只需控制壓縮空氣氣源壓力穩(wěn)定即可進(jìn)行測(cè)試，而且在達(dá)到上游濃度數(shù)值后，對(duì)Ⅱ級(jí)生物安全柜安裝的過濾器（HEPA）測(cè)試數(shù)值穩(wěn)定，因上游濃度數(shù)值的變化導(dǎo)致的測(cè)試數(shù)值變化極小，且因冷發(fā)生氣溶膠沒有空氣中冷凝的過程，過濾器表面不會(huì)有油狀積聚物殘留，適合在較小循環(huán)風(fēng)量和較小空間內(nèi)進(jìn)行的過濾器完整性測(cè)試，通過對(duì)各種型號(hào)二十多臺(tái)Ⅱ級(jí)生物安全柜的測(cè)試，均獲得成功；缺點(diǎn)是上游濃度有限度，氣溶膠無法達(dá)到較高數(shù)值。　　截面風(fēng)速對(duì)過濾器（HEPA）完整性測(cè)試影響較大，風(fēng)速越大越容易被穿透。相對(duì)而言，熱發(fā)生氣溶膠的影響更為明顯。　　

 

熱發(fā)生氣溶膠的上游濃度可以達(dá)到zui高，更適合性能驗(yàn)證或挑戰(zhàn)試驗(yàn)。　　

 

隨著我國生物技術(shù)和基因治療等前沿領(lǐng)域的發(fā)展和深入，生物安全柜的使用安全將會(huì)越來越重視，所以研究安全、有效地使用生物安全柜，并在安全性驗(yàn)證和測(cè)試方面保持與同步或者的研究是非常必要的。氣溶膠挑戰(zhàn)測(cè)試在上已經(jīng)成為了一個(gè)極其常規(guī)的檢測(cè)手段，而在國內(nèi)卻還剛剛起步。為了保證生物安全柜的安全性，為了準(zhǔn)確地驗(yàn)證過濾器，為了評(píng)估潔凈區(qū)域的潔凈程度，為了能準(zhǔn)確估算limitation-of-risks（危險(xiǎn)上限），過濾器（HEPA）的完整性測(cè)試以及方法學(xué)的研究都將會(huì)大有發(fā)展。

 

[參考文獻(xiàn)]

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[9]Tractors and self-propelled machines for agriculture and forestry-Operator enclosure environment-Part 4 Air filter element test method[S].BS ISO 14269-4:1997

 

徐敏鳳，魏佳鳴，韓 晗

（上海市食品藥品包裝材料測(cè)試所，上海 201203）