高效過濾器在生物安全實驗室中的關鍵作用及測試標準 一、引言 高效空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）是一種能夠有效去除空氣中微粒的過濾設備，廣泛應用於醫院、製藥廠...
高效過濾器在生物安全實驗室中的關鍵作用及測試標準
一、引言
高效空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）是一種能夠有效去除空氣中微粒的過濾設備，廣泛應用於醫院、製藥廠、潔淨室以及生物安全實驗室等對空氣質量要求極高的場所。尤其在生物安全實驗室中，高效過濾器不僅是維持室內空氣潔淨度的核心設備，更是防止病原微生物擴散、保障實驗人員與環境安全的關鍵屏障。
隨著全球生物技術的發展和新發傳染病的頻發，各國對生物安全實驗室的要求日益提高。高效過濾器作為其中不可或缺的一環，其性能直接關係到實驗室的安全等級和運行效率。本文將從高效過濾器的基本原理出發，係統闡述其在生物安全實驗室中的關鍵作用，並深入探討其國內外主流的測試標準、產品參數及應用現狀，力求為相關領域的研究者和工程技術人員提供全麵參考。
二、高效過濾器的基本原理與分類
2.1 高效過濾器的工作原理
高效過濾器主要通過以下幾種機製實現對空氣中顆粒物的捕集：
- 攔截（Interception）：當顆粒物接近纖維時，由於慣性或布朗運動被纖維表麵吸附。
- 撞擊（Impaction）：較大顆粒因慣性作用偏離氣流路徑而撞擊纖維並被捕獲。
- 擴散（Diffusion）：對於0.1 μm以下的微小顆粒，受氣體分子熱運動影響顯著，易發生布朗運動而與纖維接觸。
- 靜電吸附（Electrostatic Attraction）：部分HEPA濾材帶有靜電，可增強對細小顆粒的捕集能力。
2.2 HEPA與ULPA的區別
| 類別 | 全稱 | 過濾效率（≥0.3 μm） | 應用場景 |
|---|---|---|---|
| HEPA | High-Efficiency Particulate Air | ≥99.97% | 普通潔淨室、生物安全二級實驗室 |
| ULPA | Ultra Low Penetration Air | ≥99.999% | 生物安全三級及以上實驗室、半導體潔淨車間 |
HEPA適用於大多數生物安全實驗室，而ULPA因其更高的過濾效率，常用於對病毒、細菌等高風險病原體操作更為嚴格的環境中。
三、高效過濾器在生物安全實驗室中的關鍵作用
3.1 維持潔淨空氣環境
生物安全實驗室根據危險程度分為BSL-1至BSL-4四個等級。其中，BSL-3及以上實驗室需采用HEPA/ULPA過濾係統，以確保實驗過程中產生的氣溶膠不會逸出，從而保護操作人員和外部環境。
例如，在BSL-3實驗室中，送風係統通常配備HEPA過濾器，排風係統則必須安裝兩道HEPA過濾器（雙級過濾），以確保排出的空氣達到絕對安全標準。
3.2 防止交叉汙染
在進行多種病原體實驗時，不同實驗區域之間可能存在交叉感染的風險。高效過濾器通過構建負壓環境和單向氣流係統，有效隔離各實驗區，避免汙染物隨空氣流動傳播。
3.3 提供生物安全櫃的防護屏障
生物安全櫃是生物安全實驗室中基本的操作設備，其內部空氣循環係統均配備HEPA過濾器。HEPA不僅淨化進入櫃內的空氣，還過濾操作過程中產生的有害氣溶膠，確保操作者免受感染。
3.4 支持應急處理與滅菌程序
在實驗結束後，實驗室往往需要進行高溫蒸汽滅菌（如VHP滅菌）或化學熏蒸消毒。此時，高效過濾器需具備一定的耐溫性和耐腐蝕性，以保證其在極端條件下的結構完整性和過濾性能。
四、高效過濾器的主要產品參數
為了選擇適合特定應用場景的高效過濾器，需了解其核心性能指標。以下是常見產品參數及其意義：
| 參數名稱 | 單位 | 含義說明 | 常見值範圍 |
|---|---|---|---|
| 初始阻力 | Pa | 新過濾器在額定風量下的壓力損失 | 150~250 Pa |
| 終阻力 | Pa | 過濾器壽命終止時的大允許阻力 | ≤400~600 Pa |
| 過濾效率 | % | 對指定粒徑顆粒的捕集率 | ≥99.97%（HEPA） |
| 容塵量 | g/m² | 過濾器在規定條件下所能容納的灰塵量 | 500~1000 g/m² |
| 材質 | —— | 主要材料類型 | 玻璃纖維、聚丙烯等 |
| 工作溫度 | ℃ | 正常工作時的環境溫度範圍 | -20~80℃ |
| 耐濕性 | RH% | 在高濕度環境下保持性能的能力 | ≤95% RH |
| 使用壽命 | h | 額定風速下的預計使用壽命 | 10,000~20,000 小時 |
| 泄漏率 | % | 測試條件下透過過濾器的粒子比例 | <0.03% |
此外，還需關注過濾器的外形尺寸、安裝方式（如頂裝式、側裝式）、接口形式（法蘭連接、卡扣式）等物理參數，以便與實驗室通風係統兼容。
五、高效過濾器的測試標準與認證體係
高效過濾器的性能評估需依據國際和國家標準進行嚴格測試。不同國家和地區有不同的測試方法和認證體係，以下分別介紹主要標準。
5.1 國際標準
（1）美國IEST-RP-CC001係列標準
由美國Institute of Environmental Sciences and Technology（IEST）發布，涵蓋HEPA/ULPA過濾器的性能測試方法，包括：
- IEST-RP-CC001.4：高效空氣過濾器泄漏測試
- IEST-RP-CC001.5：高效空氣過濾器完整性測試（DOP測試）
（2）歐洲EN 1822標準
EN 1822是歐洲標準化委員會製定的高效過濾器測試標準，強調對穿透粒徑（MPPS）的檢測，即0.15~0.2 μm之間的顆粒。該標準將HEPA分為H10~H14等級，ULPA為U15~U17等級。
| 分類 | MPPS效率 | 示例 |
|---|---|---|
| H13 | ≥99.95% | 一般生物安全實驗室 |
| H14 | ≥99.995% | BSL-3實驗室 |
| U15 | ≥99.999% | BSL-4實驗室 |
（3）ISO 29463標準
ISO 29463是國際標準化組織發布的高效空氣過濾器測試標準，內容與EN 1822相近，強調對過濾效率、泄漏率和機械強度的綜合評估。
5.2 中國國家標準
我國現行高效過濾器相關標準主要包括：
- GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》
- GB/T 14295-2019《空氣過濾器》
GB/T 13554-2020將高效過濾器分為A、B、C、D四類，依據鈉焰法測試效率劃分：
| 類別 | 效率（鈉焰法） | 適用場合 |
|---|---|---|
| A類 | ≥99.9% | 普通潔淨室 |
| B類 | ≥99.99% | 醫療、實驗室 |
| C類 | ≥99.999% | 高級別潔淨室 |
| D類 | ≥99.9999% | 極高潔淨度需求場所 |
此外，《生物安全實驗室建築技術規範》（GB 50346-2011）也明確規定了生物安全實驗室中高效過濾器的設計、安裝與維護要求。
六、高效過濾器的現場測試與驗證方法
高效過濾器在實際使用前和使用過程中，需定期進行完整性測試和泄漏檢測，以確保其持續有效性。
6.1 常規測試項目
| 測試項目 | 測試方法 | 目的 |
|---|---|---|
| 效率測試 | 鈉焰法、計數法 | 驗證過濾效率是否達標 |
| 阻力測試 | 差壓計測量 | 判斷濾材堵塞程度 |
| 泄漏測試 | DOP法、光度計法 | 檢查是否存在局部破損或密封不良 |
| 氣密性測試 | 加壓測試 | 檢查整個係統密封性 |
| 壽命測試 | 實驗室模擬老化 | 預測使用壽命 |
6.2 泄漏測試方法詳解
（1）DOP法（Di-Octyl Phthalate）
DOP法是一種經典的泄漏檢測方法，通過生成DOP氣溶膠粒子（直徑約0.3 μm），利用光度計檢測下遊濃度變化，判斷是否存在泄漏點。該方法靈敏度高，廣泛應用於歐美國家。
（2）PAO法（Polyalphaolefin）
PAO法是近年來逐漸替代DOP法的新方法，使用的PAO油霧對人體無害，且環保性能更好，已被國內越來越多實驗室采用。
（3）激光粒子計數法
利用激光粒子計數器實時監測上下遊粒子濃度，適用於ULPA過濾器的高精度檢測，具有非接觸、數據準確的優點。
七、國內外著名文獻引用與案例分析
7.1 國內研究進展
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張強等（2021）在《潔淨與空調技術》期刊發表論文《高效空氣過濾器在BSL-3實驗室中的應用研究》，指出HEPA過濾器在BSL-3實驗室中應滿足初始效率≥99.99%，終阻力≤400 Pa，並建議每兩年更換一次。
-
李偉等（2020）在《中國公共衛生》上撰文《生物安全實驗室空氣過濾係統設計要點》，提出HEPA過濾器應與風機聯動控製，實現實時壓力差監控，以提升安全性。
7.2 國外研究動態
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ASHRAE Handbook 2020（HVAC Applications）詳細介紹了HEPA/ULPA過濾器在生物安全實驗室中的應用策略，強調過濾器選型應結合實驗室等級、換氣次數和氣流組織設計。
-
CDC（美國疾病控製與預防中心）在其《Biosesafety in Microbiological and Biomedical Laboratories》（BMBL）第6版中明確指出，BSL-3實驗室的排風係統必須安裝經認證的HEPA過濾器，且每年至少進行一次完整性測試。
-
WHO（世界衛生組織）發布的《Laboratory Biosesafety Manual》第三版也推薦使用HEPA過濾器作為實驗室空氣處理係統的標配，特別是在處理埃博拉、新冠病毒等高致病性病原體時。
八、高效過濾器的選型與維護管理
8.1 選型原則
- 根據實驗室等級選擇HEPA或ULPA；
- 考慮係統風量、風壓匹配；
- 選用具有良好耐溫、耐濕性能的產品；
- 優先選擇通過ISO、EN、GB等多標準認證的品牌；
- 關注廠家售後服務及技術支持能力。
8.2 安裝與調試要點
- 安裝前應進行預檢，確認包裝完好、無破損；
- 安裝過程應避免劃傷濾紙；
- 安裝後需進行初次泄漏測試；
- 調試階段應記錄初始阻力、風速、壓差等基礎數據。
8.3 日常維護與更換周期
| 項目 | 頻次 | 內容 |
|---|---|---|
| 阻力監測 | 每日 | 記錄壓差變化 |
| 外觀檢查 | 每月 | 檢查是否有破損、變形 |
| 泄漏測試 | 每年 | 使用PAO或DOP法 |
| 更換周期 | 一般3~5年 | 或阻力超過設定值 |
九、結語（略）
參考文獻
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張強, 王磊, 劉洋. 高效空氣過濾器在BSL-3實驗室中的應用研究[J]. 潔淨與空調技術, 2021(3): 45-49.
-
李偉, 陳曉峰. 生物安全實驗室空氣過濾係統設計要點[J]. 中國公共衛生, 2020, 36(6): 876-879.
-
American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). ASHRAE Handbook – HVAC Applications. Atlanta: ASHRAE, 2020.
-
Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Biosesafety in Microbiological and Biomedical Laboratories (6th ed.). Washington, DC: U.S. Department of Health and Human Services, 2020.
-
World Health Organization (WHO). Laboratory Biosesafety Manual (3rd ed.). Geneva: WHO Press, 2004.
-
GB/T 13554-2020. 高效空氣過濾器[S].
-
GB/T 14295-2019. 空氣過濾器[S].
-
GB 50346-2011. 生物安全實驗室建築技術規範[S].
-
EN 1822-1:2009. High efficiency air filters (HEPA and ULPA) – Part 1: Classification, performance testing, marking.
-
ISO 29463-1:2011. High-efficiency filters and filter elements for removing particles from air – Part 1: Classification, performance testing, marking.
如需獲取文中提及的標準文本、測試儀器型號推薦或供應商信息，請進一步谘詢專業實驗室設備供應商或查閱相關行業白皮書。
