ISO 131372022 工作场所空气.化学和生物制剂个人取样用泵.要求和试验方法标准立项发展报告

工作场所空气化学和生物制剂个人取样用泵要求和试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:WorkplaceAtmospheres—PumpsforPersonalSamplingofChemicalandBiologicalAgents—RequirementsandTestMethods摘要关键词：工作场所空气；个人取样泵；化学和生物制剂；标准化；试验方法Keywords:Workplaceatmospheres;Personalsamplingpumps;Chemicalandbiologicalagents;Standardization;Testmethods一、引言1.1研究背景职业健康是健康中国战略的重要组成部分，工作场所空气中化学和生物有害因素的监测是职业健康风险管理的基础性工作。个人取样泵（PersonalSamplingPump）是职业卫生监测中用于采集工人个体暴露水平空气样品的关键仪器设备，广泛应用于工作场所空气中粉尘、气溶胶、蒸气及生物制剂的个体采样。取样泵的性能优劣直接影响采样体积的准确性和采样结果的可靠性，进而影响职业接触限值（OELs）评价的科学判断。随着工业化进程的持续推进，职业暴露监测需求日益增长，对个人取样泵的技术要求也不断提高。一方面，新型化学物质和生物制剂不断涌现，对采样设备的适应性提出了更高要求；另一方面，物联网、低功耗电子、精密流量控制等新技术的发展，为取样泵性能提升提供了技术可能。在此背景下，制定科学、严谨、可操作的国际标准，对规范个人取样泵的设计、生产和检验具有重大现实意义。1.2标准基本信息ISO13137:2022由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）下属的ISO/TC146“空气质量”技术委员会（SC2“工作场所大气”分技术委员会）负责制定。该标准为ISO13137的第二版，取代了2013年发布的第一版（ISO13137:2013）。标准的正式名称为《工作场所空气化学和生物制剂个人取样用泵要求和试验方法》（Workplaceatmospheres—Pumpsforpersonalsamplingofchemicalandbiologicalagents—Requirementsandtestmethods），于2022年8月31日正式发布，标准状态为现行有效。该标准在全球范围内适用于工作场所空气监测用个人取样泵的设计、制造和性能检验，为各类化学和生物制剂的个体暴露评估提供了统一的设备技术要求。标准规定了个人取样泵在流量范围、流量误差、运转时间、脉动特性、环境适应性、电磁兼容性、本质安全等方面的性能要求，并明确了相应的试验方法和评价准则。二、标准编制背景2.1职业卫生监测的技术需求工作场所空气中有害因素的准确监测是职业健康风险评估和职业卫生管理的核心环节。个体采样（PersonalSampling）旨在通过佩戴于工人呼吸带的采样装置，收集能够反映个体真实暴露水平的空气样品。该采样方式被国际职业卫生界公认为评估职业暴露的最佳实践手段。在个体采样过程中，取样泵负责以恒定流量抽取一定体积的空气通过采样介质（如滤膜、吸附管等），使空气中的目标污染物被有效捕集。采样流量的准确性、稳定性和可重复性，直接决定了后续分析结果的定量可靠性。对于以时间加权平均浓度（TWA）为评价依据的职业接触限值体系而言，整个采样周期（通常为8小时）内取样泵的流量稳定性尤为关键。然而，实际工作场所环境条件复杂多变——温度变化、气压波动、电池电压衰减，以及滤膜负载增加等都会对取样泵的流量输出造成干扰。不同的采样需求也对设备提出多样化要求：例如，对于低流量蒸气/气体采样通常要求泵提供数mL/min至200mL/min的精确流量；对于粉尘采样则需要2L/min至5L/min的较高流量；同时，对于某些特定气溶胶如石棉纤维，则需采用开口式滤膜夹以适应不同粒径粒子的收集。部分场景还需要满足本质安全（Ex）认证以适用于易燃易爆环境。这些差异化的需求都对取样泵产品的设计提出了严格的技术挑战。2.2国际标准化的演进脉络随着全球职业卫生监测技术的发展和国际贸易的扩大，制定统一的个人取样泵技术标准成为国际标准化组织的共识。ISO/TC146/SC2“工作场所大气”分技术委员会长期致力于工作场所空气质量相关的标准化工作，涵盖空气采样策略、采样仪器规范、分析方法标准等各个层面。ISO13137第一版发布于2013年，首次统一了个人取样泵的基本技术要求与试验方法。该标准经过十年实际应用，积累了丰富的实践经验和反馈信息，为本次修订提供了坚实的技术基础。2.3标准修订的必要性ISO13137:2013在实施过程中暴露了若干需要改进之处，同时技术环境也已发生显著变化，具体体现在以下方面：第一，技术更新驱动。近年来，电子流量控制技术取得了长足进步。传统的临界孔板或转子流量计逐步被质量流量传感器与闭环反馈控制所替代，新型泵能够实现更高的流量控制精度和更小的脉动效应。电池技术方面，锂离子电池的能量密度显著提升，为长时间稳定运行提供了保障。第二，标准协调需求。在ISO13137基础上，欧洲标准化委员会（CEN）制定了ENISO13137，在全球范围内参照采用。与此同时，美国NIOSH、OSHA等机构也发布了相应的设备性能准则。不同标准之间的协调衔接，要求对ISO13137进行适时的技术内容更新。第三，适用范围的扩展。第一版标准主要侧重于化学制剂的采样，而在生物气溶胶监测需求日益增长的背景下，明确生物制剂采样的性能要求显得尤为必要。第四，问题反馈的修正。在实际应用中发现，第一版在部分试验方法的可操作性、流量分类的合理性等方面需要进一步优化，特别是对于低流量范围（如<100mL/min用于个体挥发性有机物采样）的泵性能要求应当更为明确。在上述多重因素推动下，ISO/TC146/SC2于2020年前后启动了ISO13137的系统修订程序，经过多轮工作组讨论、草案征询和投票程序，最终于2022年达成技术共识并正式发布修订版。三、标准主要内容解读3.1范围界定ISO13137:2022规定了用于工作场所空气中化学和生物制剂个体采样用泵的性能要求和相应的试验方法。标准适用于以下类型的个人取样泵：-用于吸入性气溶胶（可吸入粉尘、呼吸性粉尘）采样的泵；-用于蒸气和气体采样的泵；-用于生物制剂（如细菌、真菌、病毒等）采样的泵；-具有多流量档位或连续流量调节功能的泵。该标准不适用于以下设备：-区域采样（AreaSampling）用便携式大流量采样器；-被动式（扩散式）采样装置；-用于环境空气监测的大流量采样泵。3.2术语与定义标准对以下关键技术术语进行了规范化定义：-个人取样泵（personalsamplingpump）：佩戴于工人身上、以规定流量抽取空气通过采样介质的便携式动力装置。-标称流量（nominalflowrate）：制造商规定的取样泵在工作条件下的设定流量值。-流量误差（flowrateerror）：实际流量与设定流量之间的偏差百分比。-背压（backpressure）：采样介质对气流产生的阻力，通常以千帕（kPa）表示。-脉动（pulsation）：取样泵出口气流流量的周期性波动，反映了隔膜泵、活塞泵等容积式泵的结构特征。-运行时间（runningtime）：完全充电的电池在规定的负载条件下驱动取样泵连续工作的时间。-本质安全（intrinsicsafety）：设备在正常工作和故障状态下均不会引起可燃气体或蒸气点燃的特性。3.3技术要求3.3.1流量性能要求流量是个人取样泵最为核心的性能指标。ISO13137:2022按照流量范围将取样泵分为以下几类：|类型|流量范围|典型应用||------|----------|----------||低流量泵|5mL/min~200mL/min|VOCs、蒸气、气体个体采样||中流量泵|200mL/min~1L/min|气溶胶与蒸气联合采样||高流量泵|1L/min~5L/min|可吸入粉尘、呼吸性粉尘采样|标准要求取样泵在标称流量下的流量误差不超过±5%。在8小时模拟连续运行周期内，流量变化应维持在设定值的±5%范围内。当负载背压发生变化（模拟滤膜负载累积效应）时，流量应能够通过闭环控制自动补偿，确保流量偏差不超过±5%。3.3.2电池性能要求取样泵的持续运行能力直接决定了其能否满足完整工作班次（通常为8小时）的采样需求。标准要求：-在充满电状态下，取样泵在标称流量和最大负载条件下连续运行时间不应少于8小时；-电池电量显示功能应准确反映剩余电量，误差不超过实际剩余电量的10%；-当电池电量不足可能影响流量精度时，设备应提供清晰的声光报警；-电池更换应便捷，且电池类型应有明确标识。3.3.3脉动控制要求隔膜泵和活塞泵在工作过程中会产生固有的流量脉动现象，而流量脉动会影响气溶胶粒子的惯性沉积特性和收集均匀性。标准对脉动提出了控制指标要求：-取样泵在标称流量下运行时，气流脉动幅度不应超过平均流量的10%；-脉动频率应处于对采样效率影响不显著的范围内；-对于气溶胶采样应用，建议采用脉动抑制装置或采用连续流泵设计；-标准规定了采用质量流量传感器测量流量脉动的试验方法，要求在背压条件下测量并记录瞬时流量曲线，计算脉动系数。3.3.4环境适应性要求工作场所环境条件各异，取样泵须在广泛的温湿度和气压范围内保持正常工作性能：-温度范围：取样泵应在0℃至40℃的温度范围内正常工作，流量误差不应超过规定限值；-湿度范围：在相对湿度0%至95%（无凝结）条件下，设备性能不应发生明显劣化；-气压变化：在高海拔地区（大气压至80kPa）工作时，流量控制应能够自动修正气压效应导致的体积流量偏差；-振动与冲击：模拟日常佩戴状态下的振动试验后，设备应保持功能完好且流量精度满足要求。3.3.5电磁兼容性（EMC）考虑到工作场所中广泛存在的电动设备、无线电设备等电磁干扰源，标准要求取样泵应满足ISO13137规定的电磁兼容性要求：-在规定的电磁干扰环境下，取样泵的流量输出误差不应超过±5%；-设备自身对外辐射的电磁干扰不应超过相应限值，以避免影响其他敏感设备正常工作；-试验方法参照IEC61000系列标准的适用条款执行。3.3.6本质安全要求对于石油化工、煤矿、油漆喷涂等可燃性气体/粉尘环境中的职业监测，取样泵必须满足本质安全要求。标准规定：-适用于爆炸性环境的取样泵应满足IEC60079-0、IEC60079-11等防爆系列标准的相应防爆型式要求；-设备应取得符合相应防爆等级的认证（如ExiaIICT4Ga等）；-生产商应在产品标识中明确标注可适用的爆炸性环境类别和温度组别；-本安型取样泵的电池系统、充电方式和使用条件均有特殊限制，应在产品说明书中予以重点警示。3.3.7其他性能要求标准还包括以下技术要求：-取样泵在正常工作状态下产生的噪声不应超过70dB(A)（距离设备1m处测量）；-设备外壳防护等级应至少达到IP53（防尘、防喷水）；-所有与人接触的外表面应无锐边、尖角等安全隐患；-流量显示偏差不应超过±5%或±0.1L/min（取较大值）；-设备技术文件（说明书、标签）应包含必要的安全警示和维护保养信息；-对于具有数据记录功能的取样泵，标准建议记录时间戳、累计体积流量、流量异常报警等信息，以支持数据审计和质量追溯。3.4试验方法针对上述技术指标，ISO13137:2022提供了一套完整、可操作性强的试验方法框架。标准规定，试验应在标准大气条件下（温度为23℃±3℃，相对湿度为50%±20%，气压为96kPa±10kPa）进行。若其他试验条件可能对结果产生显著影响，则须在试验报告中予以说明。核心试验设备包括：-基准流量计（如皂膜流量计或干式活塞流量计），校准精度应为被测泵流量误差限值的1/3以上；-压力传感器（精度不低于满量程的±1%）；-温度计（精度为±0.5℃）；-秒表（精度为±0.1s）；-模拟采样介质（具有指定初始压降和负载递增特征的滤膜）；-环境温湿度控制装置。主要试验项目包括：1.流量准确性试验：设定标称流量，在一定背压条件下稳定运行10分钟后读取实际流量值，计算流量误差。2.流量稳定性试验：模拟8小时工作周期，每隔30分钟记录一次流量值，分析全周期流量漂移情况。3.负载补偿性能试验：在连续运行的工况下逐步增加负载背压（从初始设定值递增至最大背压），检验取样泵在不同负载条件下的流量补偿能力。4.电池运行时间试验：使用完全充电的新电池，在规定负载条件下连续运行，记录从启动至流量超出允许偏差或设备自动关机之间的持续时间。5.脉动系数试验：在稳定运行条件下，使用高响应速度的质量流量计对瞬时流量进行连续测量，采样频率不低于该泵脉动频率的10倍。6.环境适应性试验：分别在高低温、高湿、低气压环境箱内进行流量性能复测，验证流量误差在规定范围内。7.电磁兼容性试验：按IEC61000-4系列标准规定的测试等级和方法执行辐射抗扰度、传导抗扰度、静电放电等测试。8.机械耐久性试验：在模拟正常佩戴和操作条件下进行一定次数的跌落（如1m高度跌落至硬质表面）和振动试验，试验后设备应保持功能完好。9.噪声测量试验：在半消声室或规定的声学环境中，距离设备1m处、设备最大标称流量运行状态下进行噪声级测定。10.外观与标识检查：通过目视检查方式对产品的铭牌、警示标识、开关状态指示、操作标记等内容的完整性和清晰度进行核查。四、标准实施的技术支撑与验证起草工作组汇集了全球职业卫生领域的权威专家、仪器制造企业技术人员以及职业卫生检测实验室的专业代表，通过多阶段验证试验和比对测试，确保各项指标具有理论科学性和实际可操作性。在标准制定过程中，工作组收集了不同国家市场上主流取样泵产品的实测性能数据，据此校准了指标设定的合理范围，即避免因指标设定过严而排除合理的、技术上可行的产品，同时防止因指标过于宽松而无法保证采样质量。4.1与现行标准的协调ISO13137:2022在制定过程中注重与其他国际标准和区域标准的协调一致，重点协调的标准包括：|标准体系|标准编号/体系|协调关系||----------|-------------|----------||国际标准|ISO15767（气溶胶采样用滤膜的称量）|对滤膜负载和背压设定提供依据||国际标准|ISO13138（气溶胶采样惯例）|对颗粒物采样流量选择提供指导||欧洲标准|EN1232（工作场所空气-化学制剂个人采样泵）|欧洲并行标准，部