ISO 23783-22022 自动液体处理系统.第2部分容积性能测定的测量程序标准立项发展报告

自动液体处理系统第2部分：容积性能测定的测量程序标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AutomatedLiquidHandlingSystems—Part2:MeasurementProceduresfortheDeterminationofVolumetricPerformance摘要随着生命科学、临床诊断、药物研发及生物制造等领域的快速发展，自动液体处理系统（AutomatedLiquidHandlingSystems,ALHS）已成为实验室自动化的核心装备。该类系统的容积性能——即分配与转移液体的准确度和精密度——直接影响实验结果的可靠性与可重复性。然而，长期以来，由于缺乏统一的国际测量程序和性能评定方法，不同厂商、不同实验室之间对系统性能的声明与验证存在显著差异，制约了仪器互认与数据可比性，也给实验室质量管理和法规合规带来挑战。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2022年8月正式发布ISO23783-2:2022《自动液体处理系统第2部分：容积性能测定的测量程序》。该标准作为ISO23783系列标准的重要组成部分，系统规定了自动液体处理系统容积性能测定的通用测量程序、实验设计原则、数据采集与处理方法以及性能参数计算与报告要求。标准的发布填补了该领域国际标准空白，为设备制造商、第三方检测机构、终用户实验室及监管机构提供了统一的技术依据。本报告围绕ISO23783-2:2022标准的立项背景、编制过程、核心技术内容及其行业应用价值进行系统梳理，以期助力我国自动液体处理系统的自主研发、质量评价与标准化工作，为相关领域科研人员和实验室管理人员提供参考。关键词：自动液体处理系统；容积性能；测量程序；国际标准；实验室自动化；性能验证；质量管理一、引言1.1背景与意义自动液体处理系统是现代实验室自动化体系中的关键设备，广泛应用于基因组学、蛋白质组学、细胞生物学、药物筛选及临床体外诊断等领域。其核心功能是完成微量液体的定量分配、转移、稀释和混合操作，其容积性能直接关系到检测结果的准确性和实验数据的可重复性。近年来，随着实验通量要求的不断提高和实验精度的日益严格，自动液体处理系统的应用深度和广度持续扩展。与此同时，多品种、多量程、多液体类型的使用场景对系统的性能评价提出了更为复杂的要求。然而，不同制造商在性能指标的定义、测试条件、数据统计方法及报告格式方面缺乏一致性，导致用户难以进行客观比较和合理选型，亦难以建立有效的实验室内部质量监控机制。在此形势下，制定统一的国际标准以规范自动液体处理系统容积性能的测定方法和评价要求，已成为国际实验室自动化领域的迫切需求。1.2标准定位与目标ISO23783-2:2022是ISO/TC48（实验室器皿和有关仪器技术委员会）制定的ISO23783系列标准之一。该系列标准旨在为自动液体处理系统的设计、性能测定和合规评估提供完整的技术框架。第2部分专注于容积性能测定的测量程序，其核心目标包括：-建立适用于不同原理、不同量程的自动液体处理系统的通用性能测定程序体系；-规范测量条件、测量步骤、数据处理和性能参数计算方法；-提供性能评价的统一报告框架，便于制造商声明、第三方验证及用户验收；-为实验室质量管理体系中的设备验证和定期核查提供标准化依据。二、标准编制背景与过程2.1行业需求驱动自动液体处理系统自20世纪80年代进入实验室应用以来，已从简单的液体分配器发展为集成了多种功能的高度自动化平台。系统设计日趋复杂，涵盖空气置换式活塞、液体置换式活塞、蠕动泵及微流控等多种液体处理原理。量程从纳升到毫升跨越多个数量级，应用液体类型涵盖水相溶液、有机溶剂、黏稠液体及挥发性液体等。然而，行业内对“准确度”“精密度”的定义和测定方法缺乏统一共识，不同测试方法得到的性能结果可比性差。部分制造商采用重量法测试，另一些则采用光度法或荧光法；测试液体选择、环境条件控制、数据统计方法等方面亦存在较大差异。这种标准缺位局面严重制约了行业发展和技术进步，阻碍了实验室自动化水平的进一步提升。2.2国际标准化工作启动鉴于上述行业现状，ISO/TC48于2016年前后启动自动液体处理系统标准化预研工作，组织来自德国、美国、中国、日本、英国等多国的专家进行广泛调研和技术论证。经过多轮工作组会议讨论、草案征求意见及国际标准草案（DIS）投票，ISO23783-2:2022最终于2022年8月正式发布。该标准的编制凝聚了全球范围内制造商、科研机构、检测机构和终端用户的集体智慧，体现了行业各方对统一评价体系的共同期待。2.3标准编制原则标准的编制遵循以下核心原则：-科学性：基于液体处理计量学基础理论，融合国际主流评价方法的优点，确保测量程序的科学严谨；-实用性：兼顾不同应用场景的测试需求，提供可操作的测试方案和灵活的程序选择；-兼容性：与ISO8655系列（活塞式体积测量仪器）等既有标准衔接，保持术语和方法的协调一致；-前瞻性：为新原理、新技术的发展预留空间，体现标准对技术进步和行业创新的包容性。三、标准主要内容ISO23783-2:2022在ISO23783-1所界定的术语、定义和通用要求基础上，系统规定了自动液体处理系统容积性能测定的测量程序。标准文本约50余页，其主要技术框架如下。3.1测量程序总体框架标准将容积性能测定划分为若干关键环节，包括：测量条件确定、测量液体选择、测量仪器校准、测量方案设计、数据采集、数据处理及性能计算。每个环节均给出了详细的技术规定和实施建议，形成了从测量准备到结果报告的完整程序链。3.2测量条件与环境要求标准对测量环境条件提出了明确要求，包括环境温度、相对湿度、气流状况等。测量应在稳定受控的环境条件下进行。温度变化可能引起液体密度变化和系统部件热胀冷缩，从而影响测量结果。因此，标准建议测量期间环境温度的波动控制在±1℃以内，并在报告中注明实际环境条件。同时，为避免振动和气流干扰，测量装置应放置于稳固的工作台上，并尽量远离通风口和人员频繁走动区域。此外，标准对测量用液体的温度平衡提出了要求，指出液体应在测量环境中充分平衡至环境温度，以确保密度取值准确。3.3测量液体与试剂要求标准根据不同的测试目的，将测量液体分为几类：-水（蒸馏水或去离子水）：作为基础测试液体，用于系统基本性能的评价；-标准测试液体：具有明确物理化学性质的液体（如特定浓度的水溶液），用于特定条件模拟；-应用液体：用户根据实际应用需要选择的液体（如含表面活性剂的缓冲液、有机溶剂等），用于应用场景下的补充性能评价。标准要求测量液体的物理性质（密度、黏度、表面张力等）应记录在案，并在计算体积时采用相应温度下的密度值。此外，测量液体应保持洁净，避免气泡和颗粒污染对测量结果的影响。3.4测量仪器与设备同时，标准对辅助设备（如蒸发抑制剂、储液容器、温湿度记录仪等）的使用给出了建议。对于微量体积测量中液体蒸发的影响，标准推荐采用蒸发陷阱或适当的密封措施予以控制。3.5测量程序3.5.1测量前条件测量前，自动液体处理系统应完成开机自检、清洗和预运行。吸头应选用制造商推荐或与其系统兼容的型号，并在测量前进行必要的预处理。标准建议在正式测量前进行充分的预湿润操作，使吸头内外表面达到吸附平衡，提高测量稳定性。3.5.2单次测量步骤典型的单次测量步骤包括：安装吸头、吸取测量液体、分配至称量容器、记录多次称量数据。根据设计，各步骤的操作参数（如吸液速度、排液速度、等待时间等）应保持恒定并予以记录。标准对测量次数提出了最低要求，以保证统计分析的可靠性。协议要求的测量次数通常不少于10次，在条件允许时建议增加至20次或更多。3.5.3测量方案设计标准引入了“测量方案”的核心理念，即根据被测系统的工作原理、量程范围和应用场景，合理设计测试点的组合、测量液体类型和测量次数。对于多通道系统，标准要求在规定的测量轮次中进行通道间差异评价；对于可调量程系统，应覆盖最小量程、中间量程及最大量程等关键点。3.6数据处理与性能计算标准详细规定了从称量原始数据到性能指标的完整处理流程：-单次分配体积计算：基于质量、密度及空气浮力修正计算实际分配体积；-准确度计算：以相对偏差（即系统误差）表示，反映实际分配体积与目标体积的接近程度；-精密度计算：以相对标准偏差（RSD）表示，反映多次分配体积的一致性；-不确定度评估：引入测量不确定度评定框架，要求对影响测量结果的各分量进行综合分析。不确定度来源涵盖天平校准不确定度、密度取值不确定度、蒸发损失修正不确定度、操作重复性等。标准建议参考ISO/IECGuide98-3（GUM）框架进行评估。性能参数的计算结果应以规定格式记录，并与制造商声明的性能指标进行比较，从而判定被测系统是否满足规定的性能要求。3.7性能报告标准要求性能测量结果以标准化报告的形式呈现。报告内容应至少包括：被测系统基本信息（型号、序列号、软件版本）、测量条件、测量液体特征、使用吸头型号、测量数据汇总、性能参数计算结果及测量不确定度。报告格式要求清晰、便于不同实验室之间的数据比较和共享，并建议注明是否符合ISO23783-2的所有适用要求。四、标准的主要技术特点与创新4.1统一术语与评价体系ISO23783-2通过建立统一的术语体系和评价指标体系，从根本上消除了此前不同机构之间因定义差异导致的数据不可比问题。“准确度”“精密度”“系统误差”“随机误差”等核心概念均给出了明确的数学定义和计算方法，为交流和使用提供了共同语言。4.2系统化的测量方案设计理念不同于传统的单点测试方法，该标准引入了系统化的测量方案设计理念，要求根据系统的工作原理、标称量程和应用环境，有针对性地设计多维度的测试矩阵。这一理念提升了性能测定结果的代表性和参考价值，也为多场景应用下的性能评价提供了方法论指导。4.3测量不确定度的系统化引入标准全面引入了测量不确定度评定框架，要求性能测定结果不仅报告测量值，还需报告不确定度。这一做法与国际计量学发展的总体趋势一致，为性能数据的可靠性量化提供了科学依据。该特点增强了标准的严谨性和国际兼容性，使性能评价结果能够与国际计量体系有效衔接。4.4灰度区间的判定策略标准在性能判定环节引入了“灰度区间”的概念，即在判定被测系统性能是否合格时，应考虑测量不确定度的影响。当测量结果接近性能限值时，不能简单以“合格”或“不合格”进行绝对判定，而应结合不确定度范围和风险接受准则，以灰度区间的判定策略来进行综合判断。这一策略体现了测量科学的基本原则，避免了因测量本身的局限导致的误判。其技术思想与合格评定领域通行的符合性判定原则（如ISO10576-1）保持一致，具有坚实的国际共识基础。4.5可追溯性与灵活性并重标准在设定统一技术框架的同时，为主流测量方法（重量法）和替代方法（光度法、荧光法等）的应用保留了合理空间，并允许用户根据实际需求增加应用液体测试。这一设计使标准既有刚性约束力，又具备充分的实施弹性，有利于在实际测量场景中的广泛推进。五、标准的应用与行业影响5.1对制造商的价值5.2对终端用户的指导意义对于使用自动液体处理系统的实验室用户，该标准提供了设备验收、定期核查和故障诊断的方法依据。用户可依据标准的测量程序，对新增设备进行到货验收测试，确认其性能是否满足实验要求。在日常运行中，还可参照标准推荐的方案开展定期核查，及时发现设备性能漂移，保障长期数据的可靠性。在有多台同类设备的使用场景中，标准提供的统一评价方法还可作为设备间一致性比较和任务分配的依据。5.3对第三方检测与计量机构的作用标准为第三方检测机构和计量技术机构开展自动液体处理系统的性能检测提供了权威、统一的技术依据。检测机构可依据ISO23783-2开发相应的检测服务能力，面向制造商和用户提供独立的性能验证服务。对于国家计量院和相关技术机构而言，该标准的发布也为其建立相关计量标准和校准能力提供了方向性参考。5.4对监管与质量控制体系的影响在临床检验、生物制药和细胞治疗等高度监管领域，自动液体处理系统的性能直接关系到检测结果的可靠性。ISO23783-2所规定的测量程序可为实验室质量管理体系（如ISO15189、ISO/IEC17025）中的设备性能验证活动提供明确的技术支撑。相关监管机构在审核实验室的设备管理记录时，可依据标准要求评估设备性能验证活动的充分性和规范性。5.5国际与国内标准化衔接六、主要参与单位介绍ISO23783-2:2022的编制由ISO/TC48（实验室器皿和有关仪器技术委员会）组织，工作组成员来自德国、美国、中国、英国、日本、瑞士等多个国家。其中，德国联邦物理技术研究院（PTB）在标准制定过程中发挥了核心主导作用。德国联邦物理技术研究院（Physikalisch-TechnischeBundesanstalt,PTB）是德国国家计量科学研究院，同时也是国际计量局（BIPM）框架下最具影响力的国家计量院之一。PTB下设化学计量与流体计量相关学部，在液体体积计量、微量液体分配技术及自动化液体处理系统计量评价领域拥有数十年的研究积累。PTB的研究团队长期致力于微量液体分配系统的计量特性研究，开发了基于重量法和光学法的多种高精度测量装置，并建立了可追溯至国家基准的微量液体体积计量能力。其对空气置换式活塞移液器和自动液体处理系统的测量不确定度开展了系统研究，相关研究成果为ISO23783-2中数据处理方法及不确定度评定框架的建立提供了直接的理论基础。PTB在微量液体计量领域的权威性来自其深厚的研究底蕴和严谨的科学方法。其液体体积实验室建有高精度的微量天平测量系统，可在受控环境条件下实现微量级液体分配体积的高准确度测量，并将测量结果溯源至国际单位制（SI）中的质量定义。这一独特能力使PTB在标准技术讨论中具备了无可比拟的数据支撑和实验验证优势。此外，PTB专家积极参与国际计量委员会（CIPM）框架下的关键比对活动，