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生物安全柜的性能指标、验证方法及相关标准

[技术要点]:

1.以上生物安全柜的指标中人员安全性、受试样品安全性和交叉感染验证需采用生物学方法验证,生物学检测验证的目的是为了保证生物安全柜在使用中的安全性,这种验证方法可以贴近真实的直接验证安全柜的实际使用性能。其中对操作人员的保护验证,是为防止试验操作过程中产生的感染性微生物气溶胶对工作人员的威胁;对试验操作样品的保护验证,是为防止生物安全柜以外的污染物进入安全柜,对试验样品造成污染;交叉感染验证,是为防止试验操作过程中产生的生物气溶胶造成试验样品间的交叉污染;

2.Ⅰ级生物安全柜不提供产品保护,工作面气流为乱流,只进行人员保护试验一项检测;

3.Ⅱ级生物安全柜需进行人员、样品、交叉污染保护三项检测;

4.Ⅲ级安全柜前部封闭,工作面气流为定向气流,有局部的乱流,不需要进行人员、样品保护和交叉污染试验;

5.此外,生物安全柜还有一些其他性能指标主要是为了检查安全柜的设计结构性能、电路和物理性能等,包括振动幅值、柜体抗变形、工作台面抗变形、柜体稳定性、温升、泄漏电流、接地电阻、耐电压、绝缘电阻、报警和连锁系统、紫外灯性能等。


垂直气流平均风速在距离内侧壁板及工作窗100mm围成的,工作台面上方300mm处的平面区域内测量垂直气流的平均风速。测量点按行、列均为150mm的网格分布。若去除测量边界后净尺寸不等于15的整数倍,则允许修正测量点距离,但每列至少测量3点,每行至少测量7点。垂直气流平均风速为各测量点读数的算术平均值。具体的指标要求可参照标准JG 170-2005《生物安全柜》、YY 0569-2011《Ⅱ级生物安全柜》的相关要求。

工作窗口气流平均速度常用的测试方法主要有两种:风量罩检测法、风速仪检测法。

[技术要点]:

1.风量罩检测法是采用风量罩测出工作窗口风量,再通过风量除以工作窗口面积计算出气流平均风速,测量时将风量罩密封在安全柜的前窗操作口中心,风量罩两侧开口区域要密封;

2.风速仪检测法是采用风速仪直接测量工作窗口断面风速,测量时,将工作窗开口高度开到指定的操作高度。用风速仪在工作窗开口平面直接测量风速。测点的水平间隔为100mm,垂直方向分别距工作窗口上边缘1/4工作窗口高度处和3/4工作窗口高度处,测点的平均值即为工作窗口气流平均速度。

Ⅲ级生物安全柜手套口处的风速手套口风速是通过人为摘除Ⅲ级生物安全柜一只手套后,将风速仪探头放在手套口的中心处,并记录测量点的风速。测试之前,要保证生物安全柜已达到正常运行状态,且生物安全柜的严密性、静压差及送风量应均已通过检测,并符合相关标准要求。

气流流向气流流向测试时,采用发烟管发生可视烟雾,通过观察烟雾流向来验证生物安全柜的气流流向。气流流向包括垂直气流流向、观察窗隔离效果气流流向、工作窗口边缘气流流向和工作窗开口气流流向。

[技术要点]:

1.垂直气流验证时,在II级生物安全柜工作表面中线上方高于工作窗口上沿100mm处,从可移动垂直窗一端到另一端发烟,垂直气流方向烟雾应为垂直气流线,且无死角和回流;

2.观察窗隔离效果气流验证时,在Ⅰ级、Ⅱ级生物安全柜观察窗内25mm处,在工作窗口上边缘150mm处,从生物柜的一端向另一端发烟,气流流向应为垂直气流线,不得有死角和回流;

3.工作窗口边缘气流验证时,在Ⅰ级、Ⅱ级生物安全柜外38mm处,让烟雾沿着工作窗开口的整个边界扩散,烟雾应进入安全柜内部无外逸,且无穿越工作区气流;

4.工作窗开口气流流向验证时,在I级、II级生物安全柜内部,工作面上300mm,距工作窗口内壁50mm到柜后侧内壁整个水平面上发烟,烟雾测试时应无烟雾从窗口外逸。

静压差Ⅲ级生物安全柜与所在房间的相对压差可用微压差计直接测量。测试时,Ⅲ级生物安全柜应已达到正常运行状态,用微压差计分别连接Ⅲ级生物安全柜内部及实验室环境便可直接测出Ⅲ级生物安全柜的静压差。Ⅲ级生物安全柜与所在房间之间的负压值应不低于120Pa。

洁净度采用激光粒子计数器在生物安全柜操作面内按要求布置的测点上测量空气的含尘浓度。

[技术要点]:

1.采样点数目应根据生物安全柜操作面的面积确定采样点数目,并均匀布点。

2.I级、II级生物安全柜内部洁净度要达到5级,Ⅲ级生物安全柜当操作需要保护的受试样本时,洁净度也要求达到5级。

噪声生物安全柜正常运行时,采用声级计在被测生物安全柜前壁面中心水平向外300mm,高度距工作台面380mm处测量。

照度在操作面上,沿操作面内壁面水平中心线每隔300mm设置一个测量点,与内壁距离小于150mm时,不再设置。被测生物安全柜置于正常工作条件下,用照度计检测各测量点。被测生物安全柜照度为各测量点照度的算术平均值。

高效过滤器完好性检测排风高效过滤器作为生物安全柜的最重要的防护屏障之一,是防止有害生物气溶胶排放至大气的最有效防护手段。因此,我国标准GB 50346-2011《生物安全实验室建筑技术规范》要求必须对三级和四级生物安全实验室内使用的隔离设备的排风高效过滤器进行原位检漏[12];而送风高效过滤器是生物安全柜内部洁净度的重要保障。

而确定高效过滤器是否有缝隙、孔眼而发生漏泄,是否完好无损。通常高效过滤器采用物理气溶胶进行完好性检测,高效过滤器的检漏方法根据检测方式不同主要分为扫描法检漏和全效率法检漏。

[技术要点]:

1.扫描检测法是通过采样探头在过滤器下游表面2~3cm位置处沿过滤器的所有表面及过滤器与装置的连接处如边框等位置,以一定的速度移动测试局部区域的过滤效率,判断过滤器是否发生泄漏。扫描法检漏根据检测仪器的测试原理不同分为光度计扫描法和计数扫描法。

其中光度计扫描法检测气溶胶常用“冷发生”方式,即将一定压力压缩空气通入喷嘴产生多分散油性气溶胶,如聚α烯烃(PAO)、癸二酸二辛酯(DOS)、癸二酸二酯(DESH)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、石蜡油、壳牌安定来矿物油等。然后通过扫描采样头在过滤器表面线性扫描并配合气溶胶光度计测试各扫描点局部透过率,根据局部透过率限值判断漏孔。

计数扫描法气溶胶物质较广泛,除可选用上述气溶胶外,还可以选择PSL小球或大气尘等非油性气溶胶。扫描测试过程类似,测试仪器是粒子计数器,通过测试上、下游粒子数浓度,并根据相应透过率限值或下游粒子数限值来判定泄漏。

2.对于无法采用扫描法检漏的高效过滤器,需采用全效率法检漏方式,即通过测试过滤器的整体效率来检漏。全效率法检漏时在过滤器上游注入气溶胶,在上游和下游分别进行采样,上、下游采样必须经过气溶胶均匀性验证,然后根据上、下游气溶胶浓度计算过滤器的整体透过率,并与规定的整体泄漏限值比较来判断泄漏,根据使用检测仪器的测试原理不同也分为光度计全效率法检漏和计数器全效率法检漏[13]。

Ⅲ级生物安全柜箱体严密性检测标准ISO 10648-2:1994[14]对硬质隔离器的严密性进行了等级划分,共划定了4个等级,1 级最高,4级最低。目前Ⅲ级生物安全柜箱体严密性指标可采用ISO 10648-2:1994中的2级密封箱室(长期从事含有有害气体的防护箱室)的期间检验指标,即箱体内压力低于周边环境压力250Pa下的小时泄漏率不大于净容积的0.25%。根据2级密封等级,按标准ISO10648-2:1994要求应采用压力衰减法进行测试。

[技术要点]:

1.压力衰减法的原理是在被测设备体积不变情况下利用被测设备内压力的衰减变化测试泄漏率。

2.由于密闭式隔离器普遍安装有供人员操作的橡胶手套(部分安装有半身式防护服),因为手套或半身式防护服柔软富有弹性,导致动物隔离器在不同压力下,其净容积会产生变化。而采用压力衰减法的前提条件就是要保证被测设备内部容积保持不变,因此在使用压力衰减法测试时应采取必要措施固定手套或半身式防护服以防止其体积发生较大变化。

3.同时,也应采取必要措施防止其因压力过大或作用时间过长造成应力损坏。

泄漏电流、接地电阻、耐电压、绝缘电阻泄漏电流测试时,让生物安全柜连续运行4h后,施加110%额定电压,用泄漏电流测量仪测量机组外露的金属部分与电源线之间的泄漏电流;接地电阻测试时,将被测生物安全柜所有的功能开关均置于“断”位,用接地电阻测试仪测量接地端与可触及的金属部件之间的电阻值;耐电压测试时,电气强度测试历时1min,经受频率为50Hz的基本正弦波的交流电压,测试的部位为电源输人端与金属外壳之间。最初施加的电压不超过规定值的一半,然后迅速上升到规定值,试验期间不应发生击穿;绝缘电阻测试时,在施加500V直流电压1min后进行绝缘电阻测量,在带电部件与壳体之间值应不小于2MΩ。

振动幅值及工作台面抗变形为判断使用者在操作生物安全柜时的振动结果,振动值应达到要求的机械性能,以此减轻操作者的疲劳并预防振动导致精密组织培养试验品的破坏。被测生物安全柜置于正常工作条件。将振动仪的振动传感器牢固地固定在工作台面的中心,振动仪的频率从10Hz变化到10kHz,测量生物安全柜工作时的总振幅。

工作台面抗变形试验时,将面积为250mm×250mm、重量为23kg的测试负载均匀地施加于被测生物安全柜台面中央,在载重条件下测量安全柜台面前部边缘中心至地面的距离。

负载及空载条件下安全柜台面前部边缘中心至地板的距离相等,可视为台面无永久性变形。

紫外灯测试对于设置紫外灯的生物安全柜,必须对紫外灯定期检查,以保证其能有效地杀死微生物。在将灯关闭冷却后,要用70%的酒精擦拭灯泡表面。将其打开5min后,将紫外线感应器放置于工作表面中心,照射的光在254nm波长处不应少于40mW/cm2。


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