宋金辉1 陈群飞1 金晖1 周维华2
（1.熙迈（上海）科技服务有限公司，上海市 邮编201201 ；
2. 上海瑞仰净化装备有限公司，上海市 邮编 201801）
摘 要： 通过测试同一台生物安全柜的流入风速，发现不同的方法所得出的结论是有差异的：
1 ，使用国标推荐的 4种检测方法，所得结果存在影响结论的差异；
2 ，流入气流测试时，风速仪探头角度会影响结论；
3 ，测量面的选取偏差会严重影响结果的判定。试验结论可对今后的检测过程提供数据参考，以便提高数据准确性，减少争议。
关键词：生物安全柜；流入风速检测；
0 引言
20世纪初期，出于保护试验操作人员和 /或样品的目的，生物安全柜问世， SARS大爆发后中国开始大量生产采购生物安全柜。时至今日，生物安全柜已经应用于对操作环境有要求的各行各业，包括医院，疾控，实验室。不合格的生物安全柜不仅保护性能下降，更严重的是会造成交叉污染及实验室环境污染等。合格与否的判定一般由第 3 方检测机构经现场非抽样检测后进行。然而，在其中一个关键参数流入风速的测试时，检测结果经常会接受来自生产商的质疑，有时同一台生物安全柜会出现不同的判定结果。究其原因：1 ，由于国标建议的不同方法之间会造成数据结果的不同； 2，操作细节，如探头测量角度、风速测量面等的操作误差； 3 ，更由于国标极其严苛的± 0.025的允许误差限度。本文旨在发现现行主要标准YY0569 II级生物安全柜 推荐方法或未明确的操作细节所引入的误差因素，从而在后续的检测过程中少一些争议，多一些准确的结果。
1 现行生物安全柜的检测标准
目前国内针对生物安全柜的检测参照的标准有3个：
(1) YY0569-2011 II级生物安全柜（中国主流执行标准）；
(2) NSF/ANSI 49-2018 Biosafety Cabinetry: Design, Construction, Performance, and Field Certification（美国标准）
(3) EN 12469-2000 Biotechnology - Performance criteria for microbiological safety cabinets (欧盟标准)
其中，NSF/ANSI 49为最早，在上世纪70 年代就已经出现，被公认为目前生物安全柜领域最完善的标准。主要检测参数如表1：
表1 主要检测参数
|
性能直接影响参数 |
操作人员舒适性及安全性参数 |
||
| 1 |
下降风速测试 |
10 |
光照强度 |
| 2 | 流入风速测试 | 11 |
震动 |
| 3 |
气流烟雾模型测试 |
12 |
噪声 |
| 4 |
高效过滤器泄漏测试 |
13 |
噪声 |
| 5 |
安装场地评估 |
14 |
接地电阻 |
| 6 |
报警功能 |
15 |
极性 |
| 7 |
风机连锁控制 |
|
|
| 8 |
排风系统性能 |
|
|
| 9 |
柜体完整性测试（仅针对正压型柜体） |
|
|
表注：其中1~4项为最为必检项，直接影响着生物安全柜的主要功能：保护操作人员；保护所操作的样品。
1.1 流入风速测试国标推荐方法
以国内主流标准YY0569-2011(现行版) 为准，国标提供了4种方法：风量计法（见图1 ）、 风速仪测排气气流流速（下文简称排气法， 见图 2）、限制前窗高度风速仪测前窗气流流速（下文简称限高法， 见图 3）、风速仪测前窗气流流速（下文简称前窗法，见图 4 ）
图1 风量计法
图2 风速仪测排气气流流速
图3风速仪测前窗气流流速（限制前窗高度）
图4风速仪测前窗气流流速（前窗操作高度）
1.2 4种国标推荐方法的优异
（1） 风量计法最为准确，复现性也最高，但由于检测用的风量计体积庞大，携带不方便；
（2） 排风法用热敏式风速仪作为检测工具，需要通过公式计算倒推出流入风速，是最不直接的方法；
（3） 限高法操作简便，数据稳定，测量点数少，多为生物安全柜生产商使用；
（4） 前窗法用热敏式风速仪作为检测工具，方法标准操作简便，多为第3方检测机构使用。
2 试验
2.1 试验设计思路
（1） 检测过程中发现虽然都是国标推荐的方法，但使用不同的方法所得的结果是有差异的，更为严重的是这种差异会直接影响结论的判定；
（2） 国标中未对风速仪热敏探头的测量角度有规定，但以往的测试经验说明不同的测试角度所得的结果是有巨大差异的；
（3） 国标对测量面有要求，但检测操作过程中通常会忽视测量面的概念，试验后阶段也会设计试验说明忽视测量面会对结果造成多大的差异。不同测量面差异见图5 ，图6，图7：
图5 国标规定的测量面 图 6 测量面偏内侧 图 7测量面偏外侧
本试验的目的是通过在同一台生物安全柜上，设计不同的比对试验，来说明在流入气流的测试中：
1，国标推荐的几种不同方法中，哪种方法更适用于常规检测；
2，测量时风速仪热敏探头的哪种测量角度更合理；
3，测量面的偏差会对结果造成多大的差异。
2.2 试验设计
在同一台性能稳定的生物安全柜上进行如下试验：
生物安全柜选取：上海瑞仰净化装备有限公司生产的A2型生物安全柜
试验1，国标推荐的 4种方法测试流入风速（为排除其他因素造成的干扰，风速仪热敏探头的测量角度统一为与测量面平行，测量面为国标要求的测量面）
I. 风量计法（结果作为基准）测试流入风速
II. 排气法测试流入风速
III. 限高前窗法测试流入风速
IV. 前窗法测试流入风速
试验2，风速仪热敏探头不同测量角度测试流入风速（因限高前窗法数据较稳定，选用限高前窗法）
I. 探头测量窗与测量面平行测试流入风速 （与试验1.4共享同一组数据）如图 8
图8 探头测量窗与测量面平行 图 9 探头测量窗与测量面呈倾斜45°夹角
II. 探头测量窗与测量面呈倾斜45°夹角测试流入风速，如图 9
试验3，不同测量面测试流入风速（前窗法）
I. 标准测量面测试流入风速（与试验1.4共享同一组数据）
II. 测量面向里5cm测试流入风速
III. 测量面向外5cm测试流入风速
2.3 试验结果
试验结果见表2~表 8 ：
表4 限高前窗法试验结果
|
试验1.3 |
操作口长度（m）： |
1.4 |
||||||||||
|
操作口高度（m）： |
0.2 |
|||||||||||
|
限制高度（m）： |
0.1 |
|||||||||||
|
风速仪修正公式： |
y=0.957x-0.001 |
|||||||||||
|
备注：风速仪精度较高，需要根据校准数据进行修正 |
||||||||||||
|
计算公式： |
计算流入风速=限高风量 /操作口面积 |
|||||||||||
|
测试值（m/s） |
1.29 |
1.33 |
1.34 |
1.24 |
1.23 |
1.20 |
1.18 |
|||||
|
修正值（m/s） |
1.24 |
1.28 |
1.29 |
1.19 |
1.18 |
1.15 |
1.13 |
|||||
|
测试值（m/s） |
1.24 |
1.23 |
1.22 |
1.20 |
1.18 |
1.20 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
1.19 |
1.18 |
1.17 |
1.15 |
1.13 |
1.15 |
|
|||||
|
平均值： |
1.19 |
|||||||||||
|
计算流入风速: |
0.59 |
|||||||||||
表5 前窗法试验结果
|
试验1.4 |
操作口长度（m）： |
1.4 |
||||||||||
|
操作口高度（m）： |
0.2 |
|||||||||||
|
风速仪修正公式： |
y=0.957x-0.001 |
|||||||||||
|
备注：风速仪精度较高，需要根据校准数据进行修正 |
||||||||||||
|
计算公式： |
计算流入风速=风速平均值 |
|||||||||||
|
测试值（m/s） |
0.17 |
0.14 |
0.18 |
0.15 |
0.17 |
0.14 |
0.13 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.16 |
0.13 |
0.17 |
0.14 |
0.16 |
0.13 |
0.12 |
|||||
|
测试值（m/s） |
0.13 |
0.19 |
0.13 |
0.16 |
0.19 |
0.17 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.12 |
0.18 |
0.12 |
0.15 |
0.18 |
0.16 |
|
|||||
|
测试值（m/s） |
0.87 |
0.92 |
0.87 |
0.93 |
0.88 |
0.89 |
0.96 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.83 |
0.88 |
0.83 |
0.89 |
0.84 |
0.85 |
0.92 |
|||||
|
测试值（m/s） |
0.86 |
0.93 |
1.03 |
0.95 |
1.07 |
1.22 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.82 |
0.89 |
0.98 |
0.91 |
1.02 |
1.17 |
|
|||||
|
平均值： |
0.53 |
|||||||||||
|
计算流入风速: |
0.53 |
|||||||||||
表6 风速仪探头45°夹角试验结果
|
试验2.2 |
操作口长度（m）： |
1.4 |
||||||||||
|
操作口高度（m）： |
0.2 |
|||||||||||
|
风速仪修正公式： |
y=0.957x-0.001 |
|||||||||||
|
备注：风速仪精度较高，需要根据校准数据进行修正 |
||||||||||||
|
计算公式： |
计算流入风速=风速平均值 |
|||||||||||
|
测试值（m/s） |
0.12 |
0.13 |
0.12 |
0.15 |
0.16 |
0.14 |
0.12 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.11 |
0.12 |
0.11 |
0.14 |
0.15 |
0.13 |
0.11 |
|||||
|
测试值（m/s） |
0.09 |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
0.10 |
0.11 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.08 |
0.08 |
0.07 |
0.06 |
0.09 |
0.10 |
|
|||||
|
测试值（m/s） |
1.21 |
1.08 |
1.11 |
1.08 |
0.97 |
0.97 |
1.02 |
|||||
|
修正值（m/s） |
1.16 |
1.04 |
1.07 |
1.04 |
0.93 |
0.93 |
0.98 |
|||||
|
测试值（m/s） |
0.99 |
1.05 |
0.99 |
1.00 |
1.04 |
1.20 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.95 |
1.01 |
0.95 |
0.96 |
1.00 |
1.15 |
|
|||||
|
平均值： |
0.56 |
|||||||||||
|
计算流入风速: |
0.56 |
|||||||||||
表7 测量面向内侧偏离试验结果
|
试验3.2 |
操作口长度（m）： |
1.4 |
||||||||||
|
操作口高度（m）： |
0.2 |
|||||||||||
|
测量面向里（cm）： |
5 |
|||||||||||
|
风速仪修正公式： |
y=0.957x-0.001 |
|||||||||||
|
备注：风速仪精度较高，需要根据校准数据进行修正 |
||||||||||||
|
计算公式： |
计算流入风速=风速平均值 |
|||||||||||
|
测试值（m/s） |
0.19 |
0.19 |
0.11 |
0.11 |
0.10 |
0.09 |
0.12 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.18 |
0.18 |
0.10 |
0.10 |
0.09 |
0.09 |
0.11 |
|||||
|
测试值（m/s） |
0.09 |
0.12 |
0.11 |
0.12 |
0.10 |
0.13 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.09 |
0.11 |
0.10 |
0.11 |
0.09 |
0.12 |
|
|||||
|
测试值（m/s） |
0.93 |
0.98 |
0.87 |
0.81 |
0.79 |
0.76 |
0.68 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.89 |
0.94 |
0.83 |
0.77 |
0.76 |
0.73 |
0.65 |
|||||
|
测试值（m/s） |
0.77 |
0.73 |
0.78 |
0.81 |
0.82 |
0.91 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.74 |
0.70 |
0.75 |
0.77 |
0.78 |
0.87 |
|
|||||
|
平均值： |
0.45 |
|||||||||||
|
计算流入风速: |
0.45 |
|||||||||||
表8 测量面向外侧偏离试验结果
|
试验3.3 |
操作口长度（m）： |
1.4 |
||||||||||
|
操作口高度（m）： |
0.2 |
|||||||||||
|
测量面向外（cm）： |
5 |
|||||||||||
|
风速仪修正公式： |
y=0.957x-0.001 |
|||||||||||
|
备注：风速仪精度较高，需要根据校准数据进行修正 |
||||||||||||
|
计算公式： |
计算流入风速=风速平均值 |
|||||||||||
|
测试值（m/s） |
0.26 |
0.21 |
0.20 |
0.21 |
0.20 |
0.19 |
0.21 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.25 |
0.20 |
0.19 |
0.20 |
0.19 |
0.18 |
0.20 |
|||||
|
测试值（m/s） |
0.23 |
0.23 |
0.21 |
0.24 |
0.29 |
0.32 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
0.22 |
0.22 |
0.20 |
0.23 |
0.28 |
0.31 |
|
|||||
|
测试值（m/s） |
0.97 |
1.01 |
0.97 |
0.95 |
1.04 |
1.07 |
1.01 |
|||||
|
修正值（m/s） |
0.93 |
0.97 |
0.93 |
0.91 |
0.99 |
1.02 |
0.97 |
|||||
|
测试值（m/s） |
1.05 |
0.96 |
1.01 |
0.97 |
1.03 |
1.11 |
|
|||||
|
修正值（m/s） |
1.00 |
0.92 |
0.97 |
0.93 |
0.98 |
1.06 |
|
|||||
|
平均值： |
0.45 |
|||||||||||
|
计算流入风速: |
0.59 |
|||||||||||
2.4 试验结果总结
试验结果总结如下表9
表9 试验结果总结
|
试验序号 |
试验名称 |
试验结果（m/s） |
偏差（m/s） |
|
|
方法比较 |
||||
|
1．1 |
风量计法 |
0.53 |
/ |
|
|
1．2 |
排气法 |
0.50 |
-0.03 |
|
|
1．3 |
限高前窗法 |
0.59 |
+0.06 |
|
|
1．4 |
前窗法 |
0.53 |
0 |
|
|
探头角度比较 |
||||
|
2．1 |
探头测量窗与测量面平行 |
0.53 |
0 |
|
|
2．2 |
探头测量窗与测量面呈倾斜45 °夹角 |
0.56 |
0.03 |
|
|
测量面比较 |
||||
|
3．1 |
标准测量面 |
0.53 |
0 |
|
|
3．2 |
测量面向里5cm |
0.45 |
-0.08 |
|
|
3．3 |
测量面向外5cm |
0.59 |
0.06 |
|
2.5 结论
结论 1：国标方法中第 4 种方法（前窗法）最为准确，与风量计法结果一致，其他方法的偏差均已超过判定标准的限度± 0.025m/s ，其中限高前窗法偏差最大，但数据较为稳定，在规定好修正系数后可以使用。排气法产生的误差足以导致误判不推荐使用。
结论2 ：探头倾斜产生的偏差已经超过± 0.025m/s的限度，足以导致误判，所以检测过程中要注意保持探头角度不变。
结论 3：测量面的差异造成的结果偏差远超± 0.025m/s 的限度，足以导致严重误判，所以检测过程中要注意测量面严格按照国标要求进行。
3 结语
通过试验我们发现，在生物安全柜的流入气流检测中，国标所推荐的方法有一个优选次序；同时检测过程中的一些细节，如探头测量角度、测量面的选取都会影响测试结果和结论，应在检测过程中加以注意。
[参考文献]
（1）技术标准：YY0569-2011 II 级生物安全柜[S]。
（2）技术标准：NSF/ANSI 49-2018 Biosafety Cabinetry: Design, Construction, Performance, and Field Certification[S]。
（3）技术标准：EN 12469-2000 Biotechnology - Performance criteria for microbiological safety cabinets [S]。
作者简介： 宋金辉（ 1982 ），男，山西，中级职称，主要从事合规性检测验证技术的研究及开发。
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