JJF 2304-2025 生物气溶胶采样器校准规范解读

JJF 2304—2025《生物气溶胶采样器校准规范》解读

摘要：文章系统阐述了JJF 2304—2025《生物气溶胶采样器校准规范》的制定背景、核心计量参数与关键技术内涵，重点解析了“采样物理效率”与“采样生物效率”的定义、测量方法与评价逻辑、检测装置的搭建，厘清了其与GB/T 39990—2021《颗粒生物气溶胶采样器技术条件》、JJF 1826—2020《空气微生物采样器校准规范》等相关标准规范的技术衔接与差异，旨在为计量技术机构、仪器制造商及终端用户提供技术实施指南参考。

1 制定背景

生物气溶胶采样器（以下简称“采样器”）是环境监测、生物安全、疾控防疫及科学研究中获取空气中微生物样本的关键设备，其性能直接影响微生物浓度、群落结构等检测结果的可靠性。随着公众健康与生物安全意识的提升，生物气溶胶监测需求激增，特别是采样流量大（≥100 L/min）、便于后续分子生物学分析的气旋式采样器得到了广泛应用。然而，长期以来，我国缺乏针对此类设备的专用计量校准规范，导致不同厂商、不同型号仪器性能评价标准不一，无法实现量值的有效溯源，监测数据可比性差，严重制约了该领域的健康发展和风险精准评估。

现有相关技术文件，如GB/T 39990—2021《颗粒生物气溶胶采样器技术条件》侧重于产品技术要求，JJF 1826—2020《空气微生物采样器校准规范》主要针对中低流量（通常≤100 L/min）的撞击式采样器，均难以完全覆盖和满足当前主流大流量采样器的计量校准需求。为建立统一的量值溯源体系，提升采样结果的准确性与可比性，JJF 2304—2025《生物气溶胶采样器校准规范》由市场监管总局于2025年9月8日发布，将于2026年3月8日起正式实施。

2 核心计量参数解读

JJF 2304—2025系统性地构建了适用于工作流量范围为（100~1000）L/min的采样器的计量特性评价体系，特别是将“采样效率”拆分为“物理采集”与“生物存活”两个维度进行独立评价。其中，建立的计量参数体系主要包括通用计量特性（流量、计时）和核心性能特性（采样物理效率、采样生物效率）两大部分。

2.1 流量与计时
流量是采样器的基础参数，直接决定采集空气体积的准确性。JJF 2304—2025明确了采样流量示值误差、重复性、稳定性的校准要求。流量和计时指标也是常规气体或颗粒物采样器的常规计量指标，只是不同类型的采样器，其额度采样流量不同，所以采样流量点有所差异，但测量方法基本一致。

• 流量点的选择：采样器的额定采样流量，有些是固定的，有些则是有几个流量点可以选择，但不可以任意设定（如100 L/min、200 L/min、300 L/min），因此只需针对选定的采样流量进行计量检测。
• 流量测量注意事项：100 L/min及以上的采样器采样流量较大，设计时采样口径大，此类采样器多采用轴向风扇，其流量对系统背压（阻力）极为敏感。若使用口径小、阻力大的传统钟罩式或孔口式流量计，会引入显著的系统误差，导致校准状态与实际使用状态不符。因此，JJF 2304—2025建议使用大口径、低负载的流量校准装置，如基于精密风速计原理的流量测量装置，以确保校准条件最大限度地模拟采样器真实工作状态。
  

2.2 采样物理效率
一般用“采样效率”来描述采样器对颗粒气溶胶的采样效果，但对于生物气溶胶，不仅需要关注采集了多少，还需要关心存活了多少。因此，JJF 2304—2025把“采样效率”分为“采样物理效率”和“采样生物效率”两部分，前者表征“采集了多少”，后者表征“采集并存活了多少”。

• 采样物理效率的定义：采样物理效率指采样器能够采集到的气溶胶粒子数量占通过采样器进气口的粒子总数的百分比。此处的“粒子”泛指所有气溶胶粒子，不特指生物粒子，也可以是无机或有机等无生命粒子。该参数表征的是采样器对特定粒径颗粒物的物理截留/采集能力，是采样器机械设计（如进气口、撞击板、气旋结构、液体冲击）性能的直接体现。该定义与GB/T 39990—2021的“采样效率”名称不同，但定义内容相同；该定义内容与JJF 1826—2020不同，但内涵一致。在一些文献与报告中，与GB/T 39990—2021类似，“采样效率”更多是表达“采样物理效率”。
• 采样物理效率的检测：针对采样器采样物理效率，目前存在多种检测方法，但不同方法测量结果的可比性有待进一步研究，主要可分为以下3种。
  
  • 荧光微球洗脱法（参考GB/T 39990—2021）：采用1 μm、3 μm、5 μm、10 μm共4种粒径的单分散荧光微球进行检测。但该方法步骤繁琐，检测周期长，一般可以得到特定粒径的采样物理效率。
  • 菌落示踪法（参考JJF 1826—2020）：采用单分散粒子发生器，将菌液与盐溶液混合，并通过控制参数将之雾化形成（0.7~15）μm的单分散粒子，认为每个粒子上吸附一个生物分子，通过采集后培养的菌落数来计算得到采样物理效率。该方法源于ISO 14698-1:2003《洁净室和相关可控环境生物污染控制第1部分：一般原理和方法》之附件C。该方法与“荧光微球洗脱法”相比，步骤更繁琐，检测周期更长，一般可得到特定粒径的采样物理效率。研究表明，该“采样物理效率”受不同采样方法的生物存活率的影响，某种意义上更像是“采样生物效率”。
  • 气溶胶粒径谱仪法：通过气溶胶粒径谱仪检测经过采样器前后颗粒气溶胶浓度的变化，从而得到采样物理效率。该方法步骤简单，检测效率高，并通过多个粒径点拟合，或利用多分散粒子结合空气动力学粒径谱仪检测，可得到采样物理效率曲线，从而得到曲线上任意粒径对应的采样物理效率。该方法也是JJF 2304—2025采用的方法。但该方法要求采样部件到排气口之间不能有滤膜等对排气颗粒气溶胶进行吸附或截留的部件。JJF 2304—2025建议，在评价纯粹的物理采样效率时，宜选用非生物的、性质稳定的标准粒子（如聚苯乙烯微球）。
    
• 采样物理效率的特征：采样物理效率是颗粒气溶胶采样器的核心指标。不管是撞击式、冲击式还是气旋式采样器，气溶胶粒子越大，采样物理效率越高，特征表现为：在某一粒径前后，采样物理效率快速提升，并逐渐达到峰值（类似拉伸的“S”型）。即采样物理效率不是线性变化的，而是存在一个很窄的跃迁区间，该区间的重要特征可以用Da50来表征，即采样物理效率为50%时对应的粒径。它一般可以通过绘制采样物理效率曲线得到，受采样流量、撞击高度等因素影响。目前，Da50还未被仪器厂家或用户普遍使用，但未来或将成为表征采样器的核心指标，例如安德森六级采样器每一级的粒径范围，表述的就是Da50的范围。
  

2.3 采样生物效率
采样生物效率又称微生物存活率，采样器在采样过程中保持气溶胶粒子中微生物活性，并具有微生物培养繁殖能力的比率。该定义直接采用GB/T 39990—2021中“生物存活率”的定义。该参数是评价采样器性能的终极指标，因为它直接关系到后续培养或分子检测结果能否真实反映空气中活性微生物的水平。采样生物效率是一个复合参数：采样生物效率=采样物理效率×采样过程中的微生物存活率。其中，“存活率”受采样应力（如撞击、干燥、渗透压冲击）、样本保存液性质、环境温湿度等多种因素影响。

• 采样生物效率的局限性：考虑到采样过程及分析过程对微生物的影响，微生物存活率不是绝对值，一般采用相对存活率替代微生物存活率。国际上一般将安德森六级采样器、AGI-30作为标准采样器，其他采样器的微生物存活率是与参考标准采样器比较得出的相对微生物存活率。采样生物效率的局限性一方面是因为菌液中的细菌存在生老病死，凋亡的细菌无法从菌液或发生的生物气溶胶中分离出来，即无法发生100%存活率的生物气溶胶，甚至有些菌的存活率还偏低；另一方面，不存在所有条件下“金标准”的采样器，即使具有接近100%采样物理效率的滤膜采样技术，其生物存活率也低于撞击式或冲击式采样技术。因此，在评价AGI-30采样器时，建议采用标准安德森六级采样器作为参考采样器；在评价安德森六级采样器时，建议采用标准AGI-30采样器作为参考采样器。总之，评价采样生物效率时，一般要求采用成活率比较高的菌种，如枯草芽孢杆菌等；采用成活率比较高的采样器作为参考采样器，如安德森六级采样器、AGI-30采样器。
• 采样生物/物理效率的区别：采样物理效率表征的是采样器对不同粒径粒子的采集效率，不管其组分是生物或有机、无机粒子，同一个采样器对同一动力学粒径粒子的采样物理效率是一样的。因此，为了避免生物活性等因素的影响，采用具有稳定组分、粒径的聚苯乙烯微球或无机粒子进行表征，得到的采样物理效率曲线适用于各种组分的粒子。采样生物效率是采样物理效率和存活率两个参数综合的结果。如果两种采样器的存活率相似，例如都是撞击式或冲击式采样器，其采样生物效率的比值与采样物理效率的比值一致；如果两种采样器的采样物理类似，其采样生物效率的比值就是成活率的比值。因为不同菌的成活率不一样，同一台采样器检测得到的采样生物效率也是不一样的，需要备注用什么菌进行的检测，结果才具有参考意义。
  

3 检测装置的搭建

3.1 气溶胶粒径谱仪
气溶胶粒径谱仪根据检测原理分为光散射法粒径谱仪和空气动力学粒径谱仪，分别测量得到颗粒光散射粒径和动力学粒径。因为采样物理效率与颗粒的动力学粒径密切相关，采用光散射法粒径谱仪时，宜采用单分散聚苯乙烯微球进行检测，因为聚苯乙烯微球粒径可溯源，且密度近似为1 g/cm³，得到的光学直径与动力学直径一致。相比之下，采用空气动力学粒径谱仪时，可采用单分散或混合聚苯乙烯微球，或多分散粒子（如亚利桑那尘），得到的采样物理效率曲线基本一致。

3.2 气溶胶模拟舱
目前，国内常见的气溶胶模拟舱可分为分流法、静态箱法、动态箱法等。其中，动态箱法适用于模拟烟囱等高浓度、高流速的环境；静态箱法因为箱内颗粒气溶胶流速＜0.1 m/s，与采样器实际采样环境更相似，是首选方法；分流法因为不同采样器接口不统一、难匹配，且管路设计对测量结果有影响，容易导致与后者测量结果有所差异。一般要求静态箱内颗粒气溶胶浓度稳定性偏差≤5%，均匀性偏差≤5%。一般微正压环境有利于提高舱内颗粒浓度的稳定性、均匀性，避免中间管路漏风导致影响浓度稀释。但对于生物气溶胶，为了避免生物气溶胶外漏对环境的污染，一般要求舱内处于负压状态。同时，为了提高生物气溶胶的存活率，要求环境具有友好的温度、湿度。如果同时控制温度、湿度、气溶胶浓度3个参数有难度，也可将气溶胶模拟舱放置在温度、湿度相对稳定的恒温房间内。

4 结语

JJF 2304—2025的制定充分考虑了当前主流大流量采样器的技术特点，提出了针对性的校准解决方案，特别是清晰区分并定义了“采样物理效率”与“采样生物效率”，为检测装置的选型、搭建提供了建议，为准确评价采样器的颗粒物采集性能和微生物活性保存能力提供了统一标尺。JJF 2304—2025的实施将提升我国生物气溶胶采样数据的准确性、一致性和可比性，为环境健康风险评估、疾病预防控制及生物安全监管提供坚实可靠的计量技术支撑。

文章作者：张国城、刘佳琪、田莹、张景秀

文章原名：JJF 2304—2025《生物气溶胶采样器校准规范》解读