空气微生物采样器工作原理——以FA-1型六级筛孔撞击式采样器为例

空气微生物采样器的作用，不只是把空气中的微生物“吸"到培养皿上，更重要的是要尽量真实地反映空气中微生物粒子的数量、大小和分布。FA-1型六级筛孔撞击式空气微生物采样器，正是一种能够同时完成数量测定和粒径分级的采样设备。它的核心原理，可以概括为：利用气流惯性撞击，把空气中不同大小的微生物粒子逐级分开，并分别收集到各级琼脂平皿上。

一、仪器基本构成

FA-1型采样器主要由撞击器、主机、流量计、定时器和三脚架组成。撞击器是六层带有微小孔眼的铝合金圆盘。每个圆盘下方放置琼脂平皿，圆盘之间用密封胶圈保持气密，再通过三个弹簧挂钩把六层圆盘牢固连接。每个圆盘上分布着四百个环形排列的小孔，孔径逐层减小。标准采样流量为1立方英尺，也就是28.3升每分钟。采样时，空气从最上层采样口进入，逐层穿过各级孔盘。

二、核心原理：惯性撞击与逐级筛分

空气微生物采样器工作时，含有微生物粒子的气流被抽入采样器。气流通过某一级圆盘上的小孔后，会形成高速细流。此时，粒子是否能够继续随气流进入下一级，取决于它的大小和惯性。较大的粒子惯性较大，不容易随气流改变方向，于是会撞击并附着在该级下方的琼脂表面；较小的粒子惯性较小，则更容易随气流绕过障碍，继续进入下一级。

随着级数增加，圆盘孔径逐渐缩小，气流速度相应提高，能够捕获的粒子也越来越小。这样，六级撞击器就形成了一个逐级筛选的过程：大粒子先被前面级别捕获，小粒子则被后面级别捕获。最终，不同大小的微生物粒子被分别收集在对应级别的琼脂平皿上，供后续培养和微生物学分析。

三、六级孔盘与粒子分级

FA-1型采样器的六级捕获范围如下：

第一级主要捕获大于7.0微米的粒子，孔径为1.18毫米；
第二级捕获4.7至7.0微米的粒子，孔径为0.91毫米；
第三级捕获3.3至4.7微米的粒子，孔径为0.71毫米；
第四级捕获2.1至3.3微米的粒子，孔径为0.53毫米；
第五级捕获1.1至2.1微米的粒子，孔径为0.34毫米；
第六级捕获0.65至1.1微米的粒子，孔径为0.25毫米。

由此可见，从第一级到第六级，孔径越来越小，捕获的粒子也越来越小。采样器的捕获率不低于98%，标准采样流量为28.3升每分钟，且流量可调，调节精度不超过5%。这意味着它在工作时既能保持稳定的空气动力学条件，又能较高效地收集空气中的微生物粒子。

四、模拟呼吸道的作用

FA-1型采样器的一个重要特点，是它在一定程度上模拟了人呼吸道的解剖结构和空气动力学生理特征。第一级和第二级类似于人的上呼吸道，主要捕获较大的粒子；第三级至第六级类似于人的下呼吸道，主要捕获较小的粒子。这样，采样器不仅能够说明空气中有多少微生物，还能帮助判断这些微生物粒子可能进入呼吸道的哪个部位。

对于空气微生物危害评价来说，粒子大小非常关键。能够到达下呼吸道的微小粒子，往往比只停留在上呼吸道的大粒子具有更大的健康风险。因此，六级筛孔撞击式采样器所获得的粒径分布信息，比单纯计数更有价值。

五、流量、时间与采样稳定性

采样过程中，标准流量为28.3升每分钟。主机内设有流量计，可对采样流量进行调节。数显定时器范围为1至99小时，精度小于0.2%，可以保证采样时间的准确控制。工作电源为直流12伏，主机内含充电电池，功率不超过45瓦，噪声不超过60分贝。这些设计使采样器适合在卫生防疫、生物洁净、制药、发酵工业以及研究教学等环境中使用。

六、湿度与微生物存活

FA-1型采样器还有一个有利于微生物存活的特点：采样时相对湿度逐级增高，由第一级的39%增至第六级的88%。这种湿度变化有利于脆弱的病原微生物，特别是病毒粒子的存活。同时，采样器的圆形喷口比裂隙等喷口具有更高的采样效率。因此，它采集到的粒子大小范围比单级撞击采样器更广，也更适合进行空气微生物监测。