超淨台高效過濾器完整性測試（DOP/PAO）方法詳解 概述 超淨工作台（Laminar Flow Cabinet）是生物安全實驗室、製藥企業、醫院潔淨手術室、電子製造車間等對空氣潔淨度要求極高的場所中不可或缺的核心設...
超淨台高效過濾器完整性測試（DOP/PAO）方法詳解
概述
超淨工作台（Laminar Flow Cabinet）是生物安全實驗室、製藥企業、醫院潔淨手術室、電子製造車間等對空氣潔淨度要求極高的場所中不可或缺的核心設備。其核心功能依賴於高效顆粒空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA），該過濾器能夠去除空氣中≥0.3微米的顆粒物，效率高達99.97%以上。為確保HEPA過濾器在長期運行過程中保持性能穩定，防止因泄漏導致潔淨環境失效，必須定期進行完整性測試。
目前國際通行的完整性測試方法主要采用氣溶膠光度計法，通過向過濾器上遊引入特定粒徑的單分散氣溶膠（如DOP或PAO），利用光散射原理檢測下遊是否存在泄漏。該方法被美國聯邦標準FS-209E、ISO 14644係列標準、中國國家標準GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》以及GMP（藥品生產質量管理規範）廣泛采納。
本文將係統闡述DOP/PAO測試的原理、設備構成、操作流程、判定標準、常見問題及國內外權威文獻支持，輔以詳細參數表格，全麵解析超淨台高效過濾器完整性測試的技術要點。
一、DOP與PAO氣溶膠簡介
1. DOP（鄰苯二甲酸二辛酯）
DOP（Di-Octyl Phthalate）是一種有機化合物，化學式為C₂₄H₃₈O₄，常溫下為無色至淡黃色油狀液體，具有低揮發性、高熱穩定性，曾長期作為HEPA過濾器測試的標準氣溶膠源。其粒徑分布集中在0.3μm左右，接近HEPA過濾器易穿透粒徑（Most Penetrating Particle Size, MPPS），因此能有效檢驗過濾器的實際攔截能力。
注意：由於DOP被懷疑具有內分泌幹擾作用，歐盟REACH法規已限製其使用。目前歐美國家普遍改用更環保的替代物PAO。
2. PAO（聚α烯烴）
PAO（Polyalphaolefin）是一類合成烴類液體，典型代表為DEHS（Di-Ethylhexyl Sebacate，癸二酸二乙基己酯）或礦物油衍生物。PAO氣溶膠具有與DOP相似的物理特性（如粒徑分布、揮發性低），但毒性更低，符合現代環保和職業健康要求。美國IEST-RP-CC001.5《HEPA and ULPA Filter Tests》明確推薦使用PAO類物質作為測試氣溶膠。
| 參數 | DOP | PAO（以DEHS為例） |
|---|---|---|
| 化學名稱 | 鄰苯二甲酸二辛酯 | 癸二酸二乙基己酯 |
| 分子式 | C₂₄H₃₈O₄ | C₂₂H₄₂O₄ |
| 沸點（℃） | ≈385 | ≈275（分解） |
| 蒸氣壓（25℃, Pa） | <0.1 | <0.01 |
| MPPS（易穿透粒徑） | ≈0.3 μm | ≈0.3 μm |
| 毒性等級 | 中等（潛在生殖毒性） | 低（LD₅₀ > 5000 mg/kg） |
| 是否可生物降解 | 否 | 部分可降解 |
| 國際推薦使用情況 | 已逐步淘汰 | 廣泛推薦（IEST、ISO） |
數據來源：IEST-RP-CC001.5 (2021), ISO 14644-3:2019, OSHA Chemical Database
二、測試原理
DOP/PAO完整性測試基於“上遊發塵—下遊采樣—光度計檢測”的基本原理：
- 在HEPA過濾器上遊側，使用氣溶膠發生器產生濃度穩定的單分散氣溶膠（通常控製在10–100 μg/L）；
- 利用光度計（Photometer）在過濾器下遊側以恒定速度掃描整個濾材表麵及邊框密封區域；
- 光度計通過激光散射技術測量空氣中粒子的相對光強，計算出穿透率；
- 若某點檢測值超過預設閾值（通常為0.01%），則判定為泄漏點。
根據ISO 14644-3:2019《潔淨室及相關受控環境 第3部分：測試方法》，完整性測試屬於“非活性粒子濃度測試”中的關鍵項目，適用於ISO Class 5及以上級別潔淨區的HEPA係統驗證。
三、測試設備與儀器參數
1. 主要設備組成
| 設備名稱 | 功能說明 | 典型型號示例 | 關鍵參數 |
|---|---|---|---|
| 氣溶膠發生器 | 生成穩定濃度的DOP/PAO氣溶膠 | TSI Model 8008, ATI PortaCount Pro+ | 輸出粒徑：0.3±0.05 μm；濃度可調（10–100 μg/L） |
| 光度計（Aerosol Photometer） | 測量下遊氣溶膠濃度 | TSI Model 8160, Camfil FM-700 | 檢測範圍：0.0001–100 μg/L；精度±3% |
| 掃描探頭（Sampling Probe） | 局部采樣，配合手動或自動掃描架 | 標準1 cm²開口圓形探頭 | 采樣流量：28.3 L/min（1 ft³/min） |
| 空氣壓縮機 | 為氣溶膠發生器提供潔淨壓縮空氣 | 帶油水分離器的無油空壓機 | 壓力：0.2–0.6 MPa；流量≥50 L/min |
| 流量計 | 校準采樣流量 | 轉子流量計或數字式質量流量計 | 量程：0–50 L/min，精度±1% |
參考文獻：IEST-RP-CC001.5 (2021) “HEPA and ULPA Filter Tests”
2. 設備校準要求
所有測試儀器須定期校準，確保數據可靠性。依據NIST（美國國家標準與技術研究院）溯源標準，主要校準項目如下：
| 儀器 | 校準周期 | 校準內容 | 標準依據 |
|---|---|---|---|
| 光度計 | 每年一次 | 零點漂移、滿量程響應、線性度 | ASTM F318-06(2019) |
| 氣溶膠發生器 | 每6個月 | 粒徑分布、輸出濃度穩定性 | ISO 27971:2016 |
| 流量計 | 每6個月 | 實際采樣流量校正 | ISO 14644-3:2019 Annex B |
| 探頭 | 每次使用前 | 檢查堵塞、變形 | 用戶手冊 |
四、測試操作流程
1. 測試前準備
- 關閉超淨台風機，確認設備處於斷電狀態；
- 清潔過濾器表麵及周邊結構，避免灰塵幹擾；
- 安裝氣溶膠發生器於送風段上遊（如風機入口或靜壓箱），確保氣溶膠均勻分布；
- 連接光度計與探頭，預熱設備不少於15分鍾；
- 設置光度計單位為“% penetration”或“μg/L”，設定報警閾值（通常為0.01%）。
2. 上遊氣溶膠注入
- 開啟氣溶膠發生器，調節輸出濃度至20–30 μg/L（理想測試濃度）；
- 待上遊濃度穩定至少5分鍾後，記錄初始濃度值 $ C_0 $；
- 保持發生器持續運行，確保整個測試過程中濃度波動不超過±10%。
注：濃度過高可能導致光度計飽和，過低則信噪比不足。TSI建議佳濃度為20 μg/L（Model 8160操作手冊）。
3. 下遊掃描檢測
- 將探頭置於過濾器出風麵下方約1–2 cm處；
- 以≤5 cm/s的速度勻速移動探頭，覆蓋整個過濾麵積；
- 特別關注邊框、拚接縫、支架連接處等易漏區域；
- 掃描路徑應重疊至少50%，避免遺漏；
- 若使用自動掃描係統（如Camfil ScanMaster），可設定網格路徑實現數字化掃描。
4. 泄漏判定標準
根據GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》第6.4條規定：
“在額定風量下，用大氣塵或人工塵進行掃描檢漏，任何點的局部穿透率不得超過出廠合格穿透率的2倍，且不得大於0.01%。”
國際通用標準匯總如下：
| 標準名稱 | 泄漏判定限值 | 適用範圍 |
|---|---|---|
| ISO 14644-3:2019 | ≤0.01% 穿透率 | 所有ISO Class 5及以上潔淨室 |
| IEST-RP-CC001.5 | ≤0.03%（ULPA為0.005%） | 美國工業標準 |
| GB/T 13554-2020 | ≤0.01% 或出廠值2倍（取小） | 中國國家標準 |
| EU GMP Annex 1 (2022) | 掃描法檢測無顯著泄漏 | 製藥無菌生產區 |
| FDA Aseptic Processing Guidance | 要求定期完整性測試 | 生物製品生產 |
當檢測到穿透率超過限值時，應標記位置並拍照記錄，後續進行修補或更換處理。
五、穿透率計算公式
穿透率（Penetration Rate）定義為下遊濃度與上遊濃度之比，通常以百分比表示：
$$
P(%) = frac{C_d}{C_u} times 100%
$$
其中：
- $ P $：穿透率（%）
- $ C_d $：下遊檢測濃度（μg/L）
- $ C_u $：上遊平均濃度（μg/L）
例如：若上遊濃度為25 μg/L，某點下遊讀數為0.0025 μg/L，則穿透率為：
$$
P = frac{0.0025}{25} times 100% = 0.01%
$$
此值恰好達到警戒線，需進一步確認是否為瞬時波動或真實泄漏。
六、影響測試結果的因素分析
| 影響因素 | 對測試的影響 | 控製措施 |
|---|---|---|
| 氣流不均 | 上遊濃度分布不均，造成假陽性 | 使用混合腔或延長穩流段 |
| 探頭距離過遠 | 采樣效率下降，漏檢風險增加 | 保持探頭距濾麵1–2 cm |
| 掃描速度過快 | 漏檢小麵積泄漏 | 控製速度≤5 cm/s |
| 過濾器未達額定風量 | 實際效率偏低 | 測試時開啟風機至正常運行檔位 |
| 環境背景粒子幹擾 | 下遊本底值升高 | 測試前清潔環境，關閉無關設備 |
| 氣溶膠老化或降解 | 粒徑偏移，偏離MPPS | 使用新鮮試劑，避免長時間加熱 |
參考文獻：Kao, C.C. et al., "Factors Affecting Accuracy in HEPA Filter Leak Testing", Journal of the IEST, Vol. 47, No. 2, 2004.
七、不同應用場景下的測試策略
1. 實驗室超淨台（生物安全櫃II級）
- 測試頻率：每6個月一次，或每次重大維修後；
- 推薦使用PAO（DEHS），避免DOP對細胞培養的潛在汙染；
- 注意保護操作區內樣品，可在測試前移除或遮蓋；
- 參考標準：NSF/ANSI 49-2022《Class II Biosesafety Cabinetry》。
2. 製藥潔淨室（GMP車間）
- 必須納入廠房驗證（Qualification）體係；
- 測試應在靜態條件下進行（無人員操作）；
- 記錄完整數據鏈，包括時間、溫度、濕度、上下遊濃度；
- 符合EU GMP Annex 1 (2022) 第8.40條：“應定期進行HEPA完整性測試”。
3. 醫院手術室
- 依據WS/T 311-2023《醫院隔離技術規範》要求，Ⅰ類潔淨手術室HEPA每年至少檢測一次；
- 可結合沉降菌、浮遊菌監測同步開展；
- 推薦使用便攜式PAO發生器，便於現場操作。
八、自動化與智能化發展趨勢
近年來，隨著物聯網與智能製造的發展，HEPA完整性測試正向自動化方向演進：
- 自動掃描機器人：如Atlastek AutoScan、PMS FilterScanner，可編程路徑掃描，生成二維泄漏熱圖；
- 無線數據傳輸：測試數據實時上傳至LIMS係統，實現電子化存檔；
- AI輔助分析：通過機器學習識別異常信號，減少人為誤判；
- 在線監測係統：部分高端設施安裝固定式光度計，實現連續監控（Continuous Monitoring）。
案例：上海張江某生物醫藥企業采用TSI AeroTrak® 9000係列在線粒子監測係統，集成PAO測試模塊，實現全年無間斷HEPA狀態追蹤（《中國製藥工程》，2023年第4期）。
九、國內外權威標準對比
| 標準編號 | 發布機構 | 主要內容 | 泄漏限值 | 更新年份 |
|---|---|---|---|---|
| ISO 14644-3:2019 | 國際標準化組織 | 潔淨室測試方法 | ≤0.01% | 2019 |
| IEST-RP-CC001.5 | 美國環境科學與技術學會 | HEPA/ULPA測試程序 | ≤0.03%（HEPA） | 2021 |
| GB/T 13554-2020 | 中國國家標準化管理委員會 | 高效空氣過濾器 | ≤0.01% 或2倍出廠值 | 2020 |
| EN 1822:2019 | 歐洲標準化委員會 | 高效過濾器分級（H13-H14） | H13: ≤0.25%；H14: ≤0.005% | 2019 |
| JIS Z 8122:2015 | 日本工業標準 | 潔淨室性能測試 | 參照ISO 14644 | 2015 |
資料來源：ISO官網、IEST Publications、國家標準化管理委員會公開文件
值得注意的是，EN 1822標準采用“易穿透粒徑效率測試”（MPPS Method），使用鈉焰法或計數法測定單個過濾器效率，適用於出廠檢驗；而DOP/PAO掃描法則更多用於現場安裝後的泄漏檢測，兩者互補。
十、常見問題與解決方案
| 問題現象 | 可能原因 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 上遊濃度無法穩定 | 氣溶膠發生器故障或空氣壓力不足 | 檢查壓縮機、更換霧化噴嘴 |
| 下遊普遍高背景值 | 環境汙染或上遊混合不均 | 延長預運行時間，清潔測試環境 |
| 局部反複超標 | 密封膠開裂、濾紙破損 | 標記位置，塗抹矽酮密封膠或更換濾芯 |
| 光度計讀數跳動 | 探頭堵塞或電路幹擾 | 清潔探頭，遠離電磁源 |
| 新換過濾器仍泄漏 | 安裝不當或框架變形 | 重新緊固壓條，檢查平整度 |
十一、安全與環保注意事項
- 通風要求：測試應在良好通風環境下進行，必要時開啟排風係統；
- 個人防護：操作人員應佩戴N95口罩、護目鏡及手套；
- 廢棄物處理：使用後的DOP/PAO溶液按危險廢物處置，禁止直接傾倒；
- 替代方案：鼓勵使用更安全的PSL（聚苯乙烯乳膠球）或鹽霧法進行研發類測試；
- 法規遵循：遵守《中華人民共和國職業病防治法》及《工作場所有害因素職業接觸限值》（GBZ 2.1-2019）。
十二、典型案例分析
案例一：某疫苗生產車間超淨台泄漏事件
- 背景：某GMP車間A級區超淨台在年度驗證中發現局部穿透率達0.035%；
- 排查：經PAO掃描定位，泄漏點位於右上角邊框接縫處；
- 原因：安裝時密封膠未完全固化即通電運行，導致收縮開裂；
- 處理：停機後補塗中性矽酮密封膠，24小時固化後複測，穿透率降至0.006%；
- 啟示：強調安裝工藝與驗收流程的重要性。
案例二：高校實驗室誤用DOP引發汙染
- 事件：某大學細胞房使用DOP測試後，多批細胞出現生長抑製；
- 調查：殘留DOP吸附於台麵及通風管道，緩慢釋放影響細胞代謝；
- 整改：改用PAO（DEHS）並加強通風清洗，建立測試專用時段；
- 建議：生物實驗區優先選用低毒氣溶膠。
參考文獻
- IEST-RP-CC001.5 (2021). HEPA and ULPA Filter Tests. Institute of Environmental Sciences and Technology.
- ISO 14644-3:2019. Cleanrooms and associated controlled environments — Part 3: Test methods. International Organization for Standardization.
- GB/T 13554-2020. 《高效空氣過濾器》. 中國標準出版社.
- EN 1822:2019. High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA). CEN.
- EU GMP Annex 1 (2022). Manufacture of Sterile Medicinal Products. European Commission.
- TSI Incorporated. Operation Manual for Model 8160 Automated Filter Tester. 2020.
- Camfil Farr. Technical Guide: HEPA Filter Leak Testing with PAO. 2022.
- 張偉, 李明. 超淨工作台HEPA過濾器現場檢漏技術研究[J]. 潔淨與空調技術, 2021(3): 45–49.
- 王立新等. 製藥企業潔淨室HEPA完整性測試實踐[J]. 中國製藥工程, 2023, 43(4): 78–82.
- Kao, C.C., et al. (2004). "Factors Affecting Accuracy in HEPA Filter Leak Testing". Journal of the IEST, 47(2), 33–39.
（全文約3,680字）
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