CN112608827A - 一种空气微生物采样器采样物理效率校准仓、校准系统及方法 - Google Patents

一种空气微生物采样器采样物理效率校准仓、校准系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空气微生物采样器采样物理效率校准仓、校准系统及方法，其中校准仓包括气溶胶室，洁净空气系统，环境温湿度调节模块，环境参数监测模块，负压调节模块，扰流风机组，清洗消毒灭菌模块，废气处理模块，上位机监测模块，气溶胶发生接口；校准系统包括空气微生物采样器采样物理效率校准仓、单分散气溶胶发生器、空气颗粒物粒子计数器、膜过滤空气微生物采样器比较器、校准用含萎缩芽孢杆菌标准物质的碘化钾乙醇溶液。本发明解决了目前空气微生物采样器采样物理效率没有校准装置的问题，可以实现对单分散气溶胶发生器产生的粒径介于0.7～15μm的五种含菌粒子的采样物理效率的校准。

Description

一种空气微生物采样器采样物理效率校准仓、校准系统及 方法
技术领域
本发明涉及计量领域，具体涉及空气微生物采样器采样物理效率技术领域，更具体地说，涉及一种空气微生物采样器采样物理效率校准装置、系统及方法。
背景技术
空气微生物采样器是专门用于采集空气中微生物的采样仪器，该采样器基于安德森采样原理，按一定流量抽取空气，使气流中的微生物粒子加速撞击到营养琼脂培养皿表面，经培养形成肉眼可见的菌落，计数菌落数并根据采样体积计算空气中微生物浓度。
空气微生物采样器可以用于监测普通空气环境和洁净空气环境中微生物指标。监测普通空气环境使用的空气微生物采样器一般采用六级安德森采样器；监测洁净空气环境中微生物使用的空气微生物采样器一般采用第五级安德森采样器(该类空气微生物采样器国内通常称为浮游菌空气采样器)。
空气微生物采样器广泛用于疾病预防控制、环境保护、制药、发酵工业、食品工业、生物洁净等环境的空气微生物数量及其大小分布的采样监测，以及有关科研、教学部门做空气微生物的采样研究，为评价环境空气微生物污染的危害及其治理措施提供科学依据。
目前，国内尚无通用的空气微生物采样器采样物理效率计量校准装置，为了提高和保证空气微生物采样器采样结果的准确性，保证各厂家的空气微生物采样器的检测结果的可比性，需要研制空气微生物采样器采样物理效率校准系统，实现仪器的校准，保障我国空气微生物采样器测量结果的量值具有溯源性、可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气微生物采样器采样物理效率校准仓、系统及方法。
本发明提供一种空气微生物采样器采样物理效率校准仓，其特征在于：包括气溶胶室，洁净空气系统，扰流风机组，废气处理模块，负压调节模块，环境温湿度调节模块，环境参数监测模块，清洗消毒灭菌模块，上位机监测模块；
气溶胶室上游与洁净空气系统连接，气溶胶室的下游与废气处理模块相连通；负压调节模块可以调节气溶胶室的负压，环境温湿度调节模块可以调节气溶胶室的温度和湿度，环境参数监测模块可以检测监控气溶胶室的温度和湿度，清洗消毒灭菌模块可用于对气溶胶室的清洗消毒，通过上位机监测模块对各个部件进行统筹控制和数据监测；
所述的洁净空气系统包括无油空压机、无热再生干燥机和空气过滤器；所述的负压调节模块包括调节压缩空气的气量的流量调节阀c、调节抽气的气量的流量调节阀d、抽气系统和压差传感器；所述的环境温湿度调节模块包括调节干空气的进气量的流量调节阀a、调节湿空气的进气量的流量调节阀b和加湿器；所述的环境参数监测模块包括温度传感器和湿度传感器；
优选地，所述的扰流风机组由8个布置在不同位置的扰流风机组成；进一步优选地，所述负压调节模块可以通过人工手动调节控制气溶胶室内负压；所述环境温湿度调节模块可通过手动调节控制气溶胶室内的温度湿度。
在优选的实施方式中，所述气溶胶室的柜体采用不锈钢框架，镶嵌钢化玻璃组成主体；所述柜体配置3处手套操作口、1处设置密封门、4处预留采样口及其他配套接口，同时柜体底部安装可移动装置如福马轮。
优选地，所述洁净空气系统还配置电压电流过热停机装置。
在一些优选实施方式中，所述环境参数监测模块选用高精度传感器，实时监测和记录温度；同时具备温度异常报警装置。
在一些优选实施方式中，所述废气处理模块采用颗粒物五级过滤处理系统，两级初效过滤，一级活性炭过滤，一级HEPA高效过滤，一级HEPA超高效过滤。
在一些优选实施方式中，所述的清洗消毒灭菌模块采用手动喷枪方式进行清洗，并配置臭氧发生器和紫外消毒灯结合的模式进行消毒灭菌。
在一些实施方式中，所述上位机监测系统由监测软件、计算机和电器柜组成，所述监测软件具有方案管理、用户管理、压力监测、湿度监测、温度监测、实时曲线、历史曲线、报警记录、打印、数据导出功能。
本发明进一步提供空气微生物采样器采样物理效率校准系统，其特征在于：包括上述的空气微生物采样器采样物理效率校准仓，以及单分散气溶胶发生器，优选地该发生器用于产生0.7μm～15μm粒径的单分散粒子；
气溶胶发生接口，该接口用于将上述单分散气溶胶发生器发生的气溶胶引入上述校准仓；
2台空气颗粒物粒子计数器，该计数器分别同时测定被校采样器和膜过滤法采样器位置处的粒子的浓度；
校准用标准物质溶液，用于形成不同粒径的含有生物性粒子的气溶胶，优选地，所述校准用标准物质溶液是含萎缩芽孢杆菌标准物质的不同浓度碘化钾乙醇溶液；优选还包括空气动力学粒径谱仪，用于检测单分散气溶胶发生器产生的空气动力学粒径。
本发明因此还提供空气微生物采样器采样物理效率校准方法，其特征在于，使用上述的空气微生物采样器采样物理效率校准系统，包括以下步骤：
1)调试空气微生物采样器采样物理效率校准仓；
2)测定单分散气溶胶的空气动力学粒径和浓度；
3)被校采样器和膜过滤法采样器收集单分散气溶胶粒子；
4)校准仓排气和消毒；
5)采样物理效率数据计算；
优选地，
所述第1)步具体是：打开环境温湿度调节模块、环境参数监测模块、负压调节模块和上位机监测模块，气溶胶室通入干空气和湿空气，分别通过流量调节阀a和流量调节阀b控制其进入的比例，环境参数监测模块实时监测气溶胶室1内的湿度，并将信号传递给计算机，计算机实时监测和记录，直到达到设定范围内的湿度后，停止流量调节阀a和流量调节阀b；
所述第2)步具体是：气溶胶室内的湿度达到需要的要求之后，在采样器采样效率校准仓内，依次把制备的5种不同浓度的菌株悬浮液置于单分散气溶胶发生器中，通过控制单分散气溶胶发生器的进液流速和发生器振动频率，依次分别产生粒径介于0.7～15μm的5种粒子；控制流量调节阀d，使抽气系统同步工作，以保证负压；扰流风机组继续保持工作，保持气溶胶粒子的悬浮状态并且均匀分布；采用测定粒径范围包括(0.5～20)μm的空气动力学粒径谱仪测定单分散气溶胶的空气动力学粒径，5个粒径范围分别集中在0.9μm、1.3μm、2μm、5μm和13μm；将两台空气颗粒物粒子计数器分别置于校准仓内被校采样器和膜过滤法采样器的位置处，测定粒子浓度，以确保二者一致性偏差小于±20％；
所述的第3)步具体是：(1)被校采样器和膜过滤法采样器距离单分散气溶胶发生器为0.5～1m，并与其喷口同高，三者呈半圆形分布，发生器位于半圆弧线的中间，两个采样器分别位于半圆弧线的起点和终点；(2)采用第2)步中优化确定的发生某种粒径粒子所需的单分散气溶胶发生器(24)的进液流速和发生器振动频率，启动单分散气溶胶发生器5min后，同时开启被校采样器和膜过滤法采样器，两个采样器各采集100L的气体，膜过滤法采样器采取侧吸的方式，被校采样器将粒子采集到胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基上，膜过滤法采样器将粒子采集到滤膜上。
所述第4)步具体是：(1)把膜过滤法采样器采集的滤膜取下，放在胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基上，和被校采样器采集的胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基一起放入(37±2)℃微生物恒温培养箱内，膜过滤法采样器固体培养基平皿正置放置，被校采样器固体培养基平皿倒置放置；进一步优选地，对每种粒径各进行10次采集实验，每次更换新的培养基和滤膜；其中每次采集后，洁净空气系统和负压调节模块持续运行，对校准仓内空气进行更新，运行时间以仓内空气不影响下次测量为准；(2)固体培养基在(37±2)℃下培养至少18h后，计数可见菌落，即为活个体数VU；(3)对某一粒径粒子，10次平行采集结束后，进行下一粒径粒子采集前，对校准仓内空气进行更新；(4)待换气完毕，更换用于发生另外一种粒径粒子的含萎缩芽孢杆菌标准物质的碘化钾乙醇溶液，设定其所需的单分散气溶胶发生器的进液流速和发生器振动频率，重复第3)步和第4)步的操作。
所述第5)步具体是：(1)所有测试结束后，启动流量调节阀a和流量调节阀d，进行仓内的排换气，进排气量设置到最大值，洁净空气系统和负压调节模块持续运行，对校准仓内空气进行更新。(2)待换气完毕，打开气溶胶室的舱门，取出测试仪器后关闭舱门，开启消毒灭菌，必要时用水清洗；(3)抽出的废气经过废气处理模块之后安全排放；优选地，(4)上述操作通过计算机软件监测、记录，实验结束后生成实验报表，实验过程中出现异常，计算机自动报警提醒实验人员。
所述第6)步具体是，将每次被校采样器测量的活个体数VU量值除以膜过滤法测量的活个体数VU量，乘以100得出被校采样器此次对此粒径粒子的采样物理效率Pei；以某粒径粒子10次测量的采样物理效率(Pei，i＝1,2,3…10)的平均值作为被校采样器对某粒径粒子的采样物理效率(Pe)，以此作为校准后的物理效率。
在具体实施时，还包括以下步骤：
制备标准菌株悬浮液的步骤，具体是(1)取106～107CFU/mL的萎缩芽孢杆菌孢子悬浮液1mL，分别放在5支灭菌的离心管中离心，弃去上清液得到孢子；(2)分别分散在9mL的碘化钾质量浓度分别为0％、0.007％、0.07％、0.7％和7％的80％乙醇溶液中，制备成孢子浓度为105CFU/mL的5种悬浮液；
优选还包括制备固体培养基的步骤：(1)称取胰蛋白胨大豆琼脂40.0g，溶解于1000mL蒸馏水中，分装于锥形瓶中；(2)121℃高压灭菌15分钟，待温度降至50℃左右时，倒入平板中，待凝固后使用。
基于本发明的上述的校准仓、校准系统以及校准方法可以解决如下的技术问题：解决了目前空气微生物采样器采样物理效率没有校准装置的问题，可以实现对产生粒径介于0.7～15μm的五种含菌粒子的采样物理效率的校准。空气微生物采样器采样物理效率校准装置配备多参数检测设备，对单分散气溶胶的空气动力学粒径和均匀度进行测定，保证结果的准确性。本发明的空气微生物采样器采样物理效率校准方法操作简单，且微生物培养属于本领域专业技术人员的基本技术，成本低，适用范围广。更进一步地，本发明的空气微生物采样器采样物理效率校准仓方便操作与移动；配备洁净空气系统与抽气系统输出气压平稳，噪音低，无油设计，环保健康；环境参数监测模块选用高精度传感器，进行实时监测和记录，异常可自动报警；废气吸附模块五重过滤，保证达到国家安全排放标准。
附图说明
图1是本发明空气微生物采样器采样物理效率校准系统工作图；
图2是本发明空气微生物采样器采样物理效率校准装置的示意图；
图3是本发明空气微生物采样器采样物理效率校准装置的气溶胶柜体的示意图；
图4是本发明空气微生物采样器采样物理效率校准装置的洁净空气系统的示意图；
图5是本发明空气微生物采样器采样物理效率校准装置的扰流风机组的示意图。
具体实施方式
实施例一
空气微生物采样器采样物理效率校准仓(图2)包括洁净空气系统2，气溶胶室1(图3)，扰流风机组3，废气处理模块7，负压调节模块4，环境温湿度调节模块5，环境参数监测模块6，清洗消毒灭菌模块8，上位机监测模块9；
气溶胶室1上游与洁净空气系统2连接，以保证进入气溶胶室1的空气的清洁程度。同时气溶胶室1的下游与废气处理模块7相连通，保证实验排出气体的合规性。气溶胶室1有各种辅助模块，包括环境温湿度调节模块，环境参数监测模块6，负压调节模块，扰流风机组3，清洁消毒模块和灭菌模块。上述所有结构通过上位机监测模块进行统筹控制和数据监测。
气溶胶室1设置插座四处(220V，50Hz，10A)，可连接被校采样器和膜过滤法采样器使用；设置手套操作口三处，便于启动被校采样器和膜过滤法采样器。气溶胶室1内设置有扰流风机组3(图5)，可保证室内的生物气溶胶快速分布均匀。气溶胶室1上方配置紫外消毒灯，保证工作前后气溶胶室1内处于无菌状态。
更具体地，气溶胶室1体积长宽高1m×1m×1.5m，柜体采用304不锈钢框架，镶嵌钢化玻璃组成主体；设置密封门一处，长宽不小于0.5m×0.5m；预留采样口四处及其他配套接口若干安装可移动福马轮。
洁净空气系统2与气溶胶室1相连，所述的洁净空气系统2包括无油空压机10、无热再生干燥机11和空气过滤器12。其中，洁净空气系统2流量120L/min；最大压力8Bar；储气罐20L；露点温度5℃；噪音45dB；配置无热再生干燥机11；纯无油设计，输出气体不含油分子，对人体无伤害；噪音低，输出气压平稳无波动，降低噪音污染；气体多级过滤，干净、纯洁，可延长器械的使用寿命；气罐经过内喷涂精加工，避免空气被锈化污染；若电压、电流导致机器过热，自动停机保护，避免烧坏；间断使用，机器开关不需重启；气压可调节，可满足不同的设备需要。
气体用过洁净空气系统2处理后，进入气溶胶室1内，通过负压手动调节模块，扰流风机组3和抽气系统15同步工作，保证气溶胶室1内处于稳定的负压状态。可通过环境温湿度调节模块调节气溶胶室内的温湿度。环境参数监测模块6会实时监测气溶胶室内1的温度和湿度，并将信号传递给上位机监测模块的计算机22，进行实时监测和记录。
单分散气溶胶发生器24放置于气溶胶室1下方，通过控制进液流速和发生器振动频率，将含萎缩芽孢杆菌标准物质的五种不同浓度的碘化钾乙醇溶液，形成粒径介于0.7～15μm之间的五种不同粒径含菌粒子，喷入空气微生物采样器采样物理效率校准仓内。在扰流风机组3和洁净空气系统2的作用下，通过控制校准仓的温湿度、压力和扰流风，保持气溶胶粒子呈悬浮状态，并在校准仓内均匀分布。通过设置单分散气溶胶发生器24内液流速值和发生器振动频率值，改变产生的单分散气溶胶粒子的直径值。将空气动力学粒径谱仪放置于气溶胶室1内，测定气溶胶室1内单分散气溶胶的空气动力学粒径，确保粒径在规定范围内。
使用两台空气颗粒物粒子计数器，将其放置于气溶胶室内，距离单分散气溶胶发生器为0.5～1m，三者呈半圆形分布，单分散气溶胶发生器位于半圆弧线的中间，两台空气颗粒物粒子计数器分别位于半圆弧线的起点和终点，测试粒子的浓度，以确保二者一致性偏差小于±20％。
扰流风机组3由8个布置在气溶胶室1中的最佳位置的扰流风机组成，可以将注入气溶胶室1的生物气溶胶快速混匀扩散，实现2min内快速混匀气溶胶，使得含微生物的粒子气溶胶分布均匀，2个采样点的粒子浓度差异小于±20％。
所述的负压调节模块包括调节压缩空气的气量的流量调节阀c 13、调节抽气的气量的流量调节阀d 14(通过调节这两个阀，达到需要的负压环境)、抽气系统15和压差传感器16，负压手动调节模块使得可以通过人工手动调节控制气溶胶室内的负压；负压手动调节模块内的抽气系统15符合RoHs标准，可最大提供150L/min抽气流量；噪音≤50dB；无油设计，环保健康。抽气流量调节范围是(0-200)L；负压监测范围是(0～-500)Pa，精度是1Pa。
所述的环境温湿度调节模块包括调节干空气的进气量的流量调节阀a 17、调节湿空气的进气量的流量调节阀b 18(通过调节这两个阀，控制进去的干湿空气比例，从而达到需要的湿度环境)和加湿器19；所述的环境参数监测模块6包括温度传感器20和湿度传感器21，环境参数监测模块6选用高精度传感器，进行温度的实时监测和记录；可将温度保持在(22±2)℃，温度异常可自动报警。
环境温湿度调节模块和环境参数监测模块6均可通过手动调节；湿度监测范围是(0-100)％RH；显示精度为0.1％RH；通过手动调节湿度可控制在(50±10)％RH。
上位机监测系统由监测软件以及计算机22和电器柜23组成，所述软件具有方案管理、用户管理、压力监测、湿度监测、温度监测、实时曲线、历史曲线、报警记录、打印、数据导出等功能。
废气处理模块7与气溶胶室1的下游相连接，废气处理模块7采用专用颗粒物过滤处理系统，两级初效过滤，一级活性炭过滤，一级HEPA高效过滤，一级HEPA超高效过滤，五重过滤保证达到国家安全排放标准。采用标准的滤材模块，更换维护方便。清洗消毒灭菌模块位于气溶胶室内，采用手动喷枪进行清洗，并配置臭氧发生器和紫外消毒灯结合的模式。
实施例二
含有空气微生物采样器采样物理效率校准仓的空气微生物采样器采样物理效率校准系统，还单分散气溶胶发生器24(该发生器用于产生0.7μm～15μm粒径的单分散粒子)；气溶胶发生接口25，该接口用于将上述单分散气溶胶发生器24发生的气溶胶引入上述校准仓；2台空气颗粒物粒子计数器，该计数器分别同时测定被校采样器和膜过滤法采样器位置处的不同粒径粒子的浓度；校准用标准物质溶液，用于形成不同粒径的含有生物性粒子的气溶胶，优选地，所述校准用标准物质溶液是含萎缩芽孢杆菌标准物质的不同浓度碘化钾乙醇溶液；还包括空气动力学粒径谱仪，用于检测单分散气溶胶发生器产生的空气动力学粒径。
此外，本发明的校准系统还包括比较用的膜过滤法空气微生物采样器，其是用膜过滤法采集微生物，使用0.8μm孔径的滤膜(可为硝酸纤维素等材质)，对0.9μm标准粒子截留效率不低于99％，流量最大允许误差±5％，与被检采样器进行对比。被校准空气微生物采样器通常由保护盖、采样头(包括筛孔式、放射狭缝式、离心式等)、采样泵、数据处理系统以及显示系统等部分组成。将被校准空气微生物采样器和比较用的膜过滤法空气采样器分布放置在校准仓内的2个采样点处，分别同时采集等体积的空气。
具体地，上述采样器将含菌粒子采集分别采集到培养基和滤膜上，经胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基平板培养计数，得到可见菌落数。对某粒径的粒子，被校仪器某次测量的活个体(viable unit，VU)量值除以膜过滤法采样器某次测量的VU量值，乘以100得出被校空气微生物采样器某次对此粒径粒子的采样物理效率，测定10次，以某粒径粒子10次测量的采样物理效率(Pei，i＝1,2,3…10)的平均值作为被校采样器对某粒径粒子的采样物理效率(Pe)。
实施例三
利用实施例二的空气微生物采样器采样物理效率校准系统对空气微生物采样器采样物理效率进行校准的具体操作步骤如下：
第一步：制备标准菌株悬浮液
(1)取(106～107)CFU/mL的萎缩芽孢杆菌孢子悬浮液1mL，分别放在5支灭菌的离心管中离心，弃去上清液得到孢子；
(2)分别分散在9mL的碘化钾质量浓度分别为0％、0.007％、0.07％、0.7％和7％的80％乙醇溶液中，制备成孢子浓度为105CFU/mL的5种悬浮液；
第二步：制备固体培养基
(1)称取胰蛋白胨大豆琼脂(TSA)40.0g，溶解于1000mL蒸馏水中，分装于锥形瓶中；
(2)121℃高压灭菌15分钟，待温度降至50℃左右时，倒入平板中，待凝固后使用；
第三步：调试空气微生物采样器采样物理效率校准仓
(1)打开环境温湿度调节模块、环境参数监测模块6、负压调节模块和上位机监测模块，气溶胶室1通入一定的干空气和湿空气，分别通过流量调节阀a17和流量调节阀b18(图1)控制其进入的比例，湿度传感器21会实时监测气溶胶室1内的湿度，并将信号传递给计算机，计算机实时监测和记录，直到达到设定范围内的湿度后，停止流量调节阀a17和流量调节阀b18，此过程约20-30分钟；
(2)扰流风机组3和抽气系统15继续同步工作，以保证室内的负压状态，通过压差传感器16和流量调节阀d14(图1)的手动调节，实现压力在设计值范围内；
第四步：测定单分散气溶胶的空气动力学粒径和浓度
(1)气溶胶室1内的湿度达到需要的要求之后，在采样器采样效率校准仓内，依次把制备的5种不同浓度的菌株悬浮液置于单分散气溶胶发生器24中，通过控制单分散气溶胶发生器24的进液流速和发生器振动频率，依次分别产生粒径介于(0.7～15)μm的5种粒子；
(2)控制调节阀d14，使抽气系统15同步工作，以保证负压；扰流风机组3继续保持工作，保持气溶胶粒子的悬浮状态并且均匀分布；
(3)采用测定粒径范围包括(0.5～20)μm的空气动力学粒径谱仪测定单分散气溶胶的空气动力学粒径，5个粒径范围分别集中在0.9μm、1.3μm、2μm、5μm和13μm；
(4)将两台空气颗粒物粒子计数器分别置于校准仓内被校采样器和膜过滤法采样器的位置处，测定粒子浓度，以确保二者一致性偏差小于±20％；
第五步：被校采样器和膜过滤法采样器收集单分散气溶胶粒子
(1)被校采样器和膜过滤法采样器距离单分散气溶胶发生器为(0.5～1)m，并与其喷口同高，三者呈半圆形分布，发生器位于半圆弧线的中间，两个采样器分别位于半圆弧线的起点和终点；
(2)启动单分散气溶胶发生器24 5min后，同时开启被校采样器和膜过滤法采样器，两个采样器各采集100L的气体，膜过滤法采样器采取侧吸的方式，被校采样器将粒子采集到胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基上，膜过滤法采样器将粒子采集到滤膜上；
(3)把膜过滤法采样器采集的滤膜小心取下，放在胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基上，和被校采样器采集的胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基一起放入(37±2)℃微生物恒温培养箱内，膜过滤法采样器固体培养基平皿正置放置，被校采样器固体培养基平皿倒置放置；
(4)对每种粒径各进行10次采集实验。每次采集后，校准仓的洁净空气系统和负压调节模块持续运行，对校准仓内空气进行更新，运行时间以仓内空气不影响下次测量为准；
(5)固体培养基在(37±2)℃下培养至少18h后，用肉眼或全自动菌落计数器计数可见菌落。菌落数的计数和表示采用活个体数(VU)。
第六步：校准仓排气和消毒
(1)采样结束后，启动流量调节阀a17和d14，进行室内的排换气，进排气量设置到最大值，待换气完毕(30分钟以上)，即可打开气溶胶室1的舱门，取出测试仪器。关闭舱门，开启紫外和臭氧消毒，如需用水清洗时，采用专用保护盖将插座、传感器探头等罩上，方可开启室内喷淋阀门，对于难清洗的样品和污物，灭菌，手动二次清洗。
(2)抽出的废气经过五重过滤之后安全排放。
(3)上述操作可通过计算机软件监测、记录，实验结束后生成实验报表，实验过程中出现异常，计算机自动报警提醒实验人员。
第七步：数据计算
(1)参照JJF1826-2020空气微生物采样器校准规范和ISO 14698-1：2003洁净室和相关可控环境生物污染控制的第1部分：一般原理和方法，检测空气微生物采样器对(0.7～15)μm之间的五种不同粒径含菌粒子的采样物理效率，每次被校采样器测量的VU量值除以膜过滤法测量的VU量，乘以100得出被校采样器此次对此粒径粒子的采样物理效率Pei；以某粒径粒子10次测量的采样物理效率(Pei，i＝1,2,3…10)的平均值作为被校采样器对某粒径粒子的采样物理效率(Pe)，以此作为校准后的物理效率。
应用实施例
利用实施例二的空气微生物采样器采样物理效率校准系统，按照实施例三中的操作方法对被校采样器进行校正。
使用两台空气颗粒物粒子计数器，将其放置于气溶胶室内，距离单分散气溶胶发生器为0.5～1m，三者呈半圆形分布，发生器位于半圆弧线的中间，两台空气颗粒物粒子计数器分别位于半圆弧线的起点和终点，测试粒子的浓度，结果如表1所示，二者一致性偏差小于±20％，符合要求。
表1两个采样器位置粒子浓度一致性
Figure BDA0002843019680000121
被校采样器：某品牌浮游菌采样器，采样流量100L/min，采集100L空气。
参比采样器：某品牌滤膜法采样器，采样流量100L/min，采集100L空气。把膜过滤法采样器采集的滤膜小心取下，放在胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基上，和被校采样器采集的胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基一起放入(37±2)℃微生物恒温培养箱内，膜过滤法采样器固体培养基平皿正置放置，被校采样器固体培养基平皿倒置放置。
培养基在(37±2)℃下培养至少18h后，用肉眼或全自动菌落计数器计数可见菌落。菌落数的计数和表示采用活个体(VU)量。
每种粒径下，被校采样器和参比采样器的10次测量结果和采样物理效率如表2-表6所示。
表2 0.9μm粒径菌落计数结果(CFU)与采样物理效率(％)
Figure BDA0002843019680000122
表3 1.2μm粒径菌落计数结果(CFU)与采样物理效率(％)
Figure BDA0002843019680000131
表4 2.0μm粒径菌落计数结果(CFU)与采样物理效率(％)
Figure BDA0002843019680000132
表5 5.0μm粒径菌落计数结果(CFU)与采样物理效率(％)
Figure BDA0002843019680000133
表6 13.0μm粒径菌落计数结果(CFU)与采样物理效率(％)
Figure BDA0002843019680000134
统计该品牌被校采样器对五种不同粒径含菌粒子采样物理效率，结果如表7所示，结果显示被校采样器对粒径介于(0.7～15)μm之间的五种不同粒径含菌粒子的采样物理效率均在80％以上，采样物理效率正常。
表7被校采样器对不同粒径粒子的采样物理效率(％)
Figure BDA0002843019680000141
经上述实验，空气微生物采样器采样物理效率校准仓可正常运行。经单分散气溶胶发生器产生的0.7μm～15μm粒径的单分散粒子可顺利喷入校准仓内，校准仓可通过控制与协调环境温、湿度调节模块，环境参数监测模块，负压调节模块和扰流风机组，在准确范围内调整气溶胶室内的温湿度与气压，并保证气溶胶粒子处于悬浮状态并且在采样点处均匀分布。经过采集培养后，菌落在胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基平板正常生长且分布均匀。最终被校采样器的采样物理效率均在80％以上，采样物理效率正常。
综上结果表明，本发明公开的空气微生物采样器采样物理效率校准仓和校准系统可以对空气微生物采样器的采样物理效率进行校准。

Claims (10)

1.一种空气微生物采样器采样物理效率校准仓，其特征在于：包括气溶胶室(1)，洁净空气系统(2)，扰流风机组(3)，废气处理模块(7)，负压调节模块(4)，环境温湿度调节模块(5)，环境参数监测模块(6)，清洗消毒灭菌模块(8)，上位机监测模块(9)；
气溶胶室(1)上游与洁净空气系统(2)连接，气溶胶室(1)的下游与废气处理模块(7)相连通；负压调节模块可以调节气溶胶室(1)的负压，环境温湿度调节模块可以调节气溶胶室(1)的温度和湿度，环境参数监测模块(6)可以检测监控气溶胶室(1)的温度和湿度，清洗消毒灭菌模块位于气溶胶室(1)内，用于对气溶胶室(1)的清洗消毒；通过上位机监测模块对各个部件进行统筹控制和数据监测；
所述的洁净空气系统(2)包括无油空压机(10)、无热再生干燥机(11)和空气过滤器(12)；所述的负压调节模块包括调节压缩空气的气量的流量调节阀c(13)、调节抽气的气量的流量调节阀d(14)、抽气系统(15)和压差传感器(16)；所述的环境温湿度调节模块包括调节干空气的进气量的流量调节阀a(17)、调节湿空气的进气量的流量调节阀b(18)和加湿器(19)；所述的环境参数监测模块(6)包括温度传感器(20)和湿度传感器(21)；
优选地，所述的扰流风机组(3)由8个布置在不同位置的扰流风机组成；进一步优选地，所述负压调节模块(4)可以通过人工手动调节控制气溶胶室(1)内负压；所述环境温湿度调节模块(5)可通过手动调节控制气溶胶室(1)内的温度湿度。
2.根据权利要求1所述的空气微生物采样器采样物理效率校准仓，其特征在于：所述气溶胶室(1)的柜体采用不锈钢框架，镶嵌钢化玻璃组成主体；所述柜体配置3处手套操作口、1处设置密封门、4处预留采样口及其他配套接口，同时柜体底部安装可移动装置如福马轮。
3.根据权利要求1所述的空气微生物采样器采样物理效率校准仓，其特征在于：所述洁净空气系统(2)还配置电压电流过热停机装置。
4.根据权利要求1所述的空气微生物采样器采样物理效率校准仓，其特征在于：所述环境参数监测模块(6)选用高精度传感器，实时监测和记录温度；同时具备温度异常报警装置。
5.根据权利要求1所述的空气微生物采样器采样物理效率校准仓，其特征在于：所述废气处理模块(7)采用颗粒物五级过滤处理系统，两级初效过滤，一级活性炭过滤，一级HEPA高效过滤，一级HEPA超高效过滤。
6.根据权利要求1所述的空气微生物采样器采样物理效率校准仓，其特征在于：所述的清洗消毒灭菌模块采用手动喷枪方式进行清洗，并配置臭氧发生器和紫外消毒灯结合的模式进行消毒灭菌。
7.根据权利要求1所述的空气微生物采样器采样物理效率校准仓，其特征在于：所述上位机监测系统由监测软件、计算机(22)和电器柜(23)组成，所述监测软件具有方案管理、用户管理、压力监测、湿度监测、温度监测、实时曲线、历史曲线、报警记录、打印、数据导出功能。
8.一种空气微生物采样器采样物理效率校准系统，其特征在于：包括权利要求1至7任一权利要求所述的空气微生物采样器采样物理效率校准仓，以及单分散气溶胶发生器(24)，优选地该发生器用于产生0.7μm～15μm粒径的含菌单分散粒子；
气溶胶发生接口(25)，该接口用于将上述单分散气溶胶发生器(24)发生的气溶胶引入上述校准仓；
2台空气颗粒物粒子计数器，该计数器分别同时测定被校采样器和膜过滤法采样器位置处的粒子的浓度；
校准用标准物质溶液，用于形成不同粒径的含有生物性粒子的气溶胶，优选地，所述校准用标准物质溶液是含萎缩芽孢杆菌标准物质的不同浓度碘化钾乙醇溶液；
优选还包括空气动力学粒径谱仪，用于检测单分散气溶胶发生器产生的空气动力学粒径。
9.一种空气微生物采样器采样物理效率校准方法，其特征在于，使用权利要求8所述的空气微生物采样器采样物理效率校准系统，包括以下步骤：
1)调试空气微生物采样器采样物理效率校准仓；
2)测定单分散气溶胶的空气动力学粒径和浓度；
3)被校采样器和参比膜过滤法采样器同时采集单分散气溶胶粒子；
4)采样后培养基和滤膜上菌的培养和计数；
5)校准仓排气和消毒；
6)采样物理效率数据计算；
优选地，
所述第1)步具体是：打开环境温湿度调节模块、环境参数监测模块(6)、负压调节模块和上位机监测模块，气溶胶室(1)通入干空气和湿空气，分别通过流量调节阀a(17)和流量调节阀b(18)控制其进入的比例，环境参数监测模块(6)实时监测气溶胶室1内的湿度，并将信号传递给计算机，计算机实时监测和记录，直到达到设定范围内的湿度后，停止流量调节阀a(17)和流量调节阀b(18)；
所述第2)步具体是：气溶胶室(1)内的湿度达到需要的要求之后，在采样器采样效率校准仓内，依次把制备的5种不同浓度的菌株悬浮液置于单分散气溶胶发生器(24)中，通过控制单分散气溶胶发生器(24)的进液流速和发生器振动频率，依次分别产生粒径介于0.7～15μm的5种粒子；控制流量调节阀d(14)，使抽气系统(15)同步工作，以保证负压；扰流风机组(3)继续保持工作，保持气溶胶粒子的悬浮状态并且均匀分布；采用测定粒径范围包括(0.5～20)μm的空气动力学粒径谱仪测定单分散气溶胶的空气动力学粒径，5个粒径范围分别集中在0.9μm、1.3μm、2μm、5μm和13μm；将两台空气颗粒物粒子计数器分别置于校准仓内被校采样器和膜过滤法采样器的位置处，测定粒子浓度，以确保二者一致性偏差小于±20％；
所述的第3)步具体是：被校采样器和膜过滤法采样器距离单分散气溶胶发生器为0.5～1m，并与其喷口同高，三者呈半圆形分布，发生器位于半圆弧线的中间，两个采样器分别位于半圆弧线的起点和终点；采用第2)步中优化确定的发生某种粒径粒子所需的单分散气溶胶发生器(24)的进液流速和发生器振动频率，启动单分散气溶胶发生器(24)，5min后，同时开启被校采样器和膜过滤法采样器，两个采样器各采集100L的气体，膜过滤法采样器采取侧吸的方式，被校采样器将粒子采集到胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基上，膜过滤法采样器将粒子采集到滤膜上；
所述第4)步具体是：把膜过滤法采样器采集的滤膜取下，放在胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基上，和被校采样器采集的胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基一起放入37±2℃微生物恒温培养箱内，膜过滤法采样器固体培养基平皿正置放置，被校采样器固体培养基平皿倒置放置；固体培养基在37±2℃下培养至少18h后，计数可见菌落，即为活个体数VU；进一步优选地，对同一粒径进行10次采集实验，每次采集完，启动流量调节阀a(17)和流量调节阀d(14)，进行室内的排换气，进排气量设置到最大值，洁净空气系统和负压调节模块持续运行，洁净空气系统和负压调节模块持续运行，对校准仓内空气进行更新，待换气完毕，打开气溶胶室(1)的舱门，更换被校采样器的胰蛋白胨大豆营养琼脂培养基，以及膜过滤法采样器采集的滤膜，进行下一次平行采集；对某一粒径粒子，10次平行采集结束后，进行下一粒径粒子采集前，采用(3)中的方法对校准仓内空气进行更新；待换气完毕，更换用于发生另外一种粒径粒子的含萎缩芽孢杆菌标准物质的碘化钾乙醇溶液，设定其所需的单分散气溶胶发生器(24)的进液流速和发生器振动频率，重复第3)步和第4)步的操作；
所述第5)步具体是：所有不同粒径粒子测试结束后，启动流量调节阀a(17)和流量调节阀d(14)，进行仓内的排换气，进排气量设置到最大值，洁净空气系统和负压调节模块持续运行，对校准仓内空气进行更新；待换气完毕，打开气溶胶室(1)的舱门，取出测试仪器后关闭舱门，开启消毒灭菌，必要时用水清洗；(2)抽出的废气经过废气处理模块(7)之后安全排放；优选地，上述操作通过计算机软件监测、记录，实验结束后生成实验报表，实验过程中出现异常，计算机自动报警提醒实验人员；
所述第6)步具体是，将每次被校采样器测量的活个体数VU量值除以膜过滤法测量的活个体数VU量，乘以100得出被校采样器此次对此粒径粒子的采样物理效率Pei；以某粒径粒子10次测量的采样物理效率(Pei，i＝1,2,3…10)的平均值作为被校采样器对某粒径粒子的采样物理效率(Pe)，以此作为校准后的物理效率。
10.如权利要求9所述的校准方法，其特征在于，还包括以下步骤：
制备标准菌株悬浮液的步骤，具体是(1)取106～107CFU/mL的萎缩芽孢杆菌孢子悬浮液1mL，分别放在5支灭菌的离心管中离心，弃去上清液得到孢子；(2)分别分散在9mL的碘化钾质量浓度分别为0％、0.007％、0.07％、0.7％和7％的80％乙醇溶液中，制备成孢子浓度为105CFU/mL的5种悬浮液；
优选还包括制备固体培养基的步骤：(1)称取胰蛋白胨大豆琼脂40.0g，溶解于1000mL蒸馏水中，分装于锥形瓶中；(2)121℃高压灭菌15分钟，待温度降至50℃左右时，倒入平板中，待凝固后使用。
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