Liczniki cząstek zawieszonych w powietrzu są przeznaczone do szybkiego zliczania i określania wielkości cząstek zanieczyszczeń w powietrzu w pomieszczeniach czystych i innych środowiskach kontrolowanych. Odgrywają one kluczową rolę w wielu branżach, które muszą spełnić określone normy w zakresie monitorowania środowiska. W niniejszym artykule przyjrzymy się licznikom cząstek, zrozumieją, jak działają, i dlaczego są tak istotne w dzisiejszym świecie technologii.
Dlaczego licznik cząstek nie liczy cząstek?
W ramach kontroli bezpieczeństwa i jakości produktów istnieje potrzeba kontroli stężania cząstek stałych zawieszonych w powietrzu. Wcześniejsza metoda polegała na zassaniu powietrza przechodzącego przez filtr, z które później pod mikroskopem była zliczana ilość cząstek. Niewątpliwe była to metoda bardzo czasochłonna, subiektywna i pracochłonna. Pojawiła się potrzeba alternatywy. Takim rozwiązaniem są liczniki cząstek. Natomiast pojawił się problem na jakiej podstawie należy zliczać cząstki. Należy pamiętać, że cząstki mogą być różnych rozmiarów i kształtów. W powietrzu mogą być obecne: płatki skóry, małe kawałki krzemu lub metalu, zarodniki grzybów.
Jak określić rozmiar cząstek?
Większość cząstek ma niejednorodną strukturę, co rodzi pytanie: jak określa ich się rozmiar? Gdyby zapytać osoby pracujące w przemyśle, niektórzy powiedzieliby, że przyjmowana jest największa długość i objętość. Natomiast inni, że rozmiar otworu, przez który cząstka może przejść. Jest wiele różnych odpowiedzi i prawdopodobnie można śmiało powiedzieć, że żadna z nich nie jest całkowicie błędna. W licznikach cząstek stosuję się metodologię opartą o aproksymację sygnału generowanego przez cząstkę do równoważnej wielkości kulki lateksu (standardu). Urządzenia są kalibrowane pod kątem wielkości poprzez próbkowanie monodyspersyjnych (czyli mających określoną wielkość) polistyrenowych kulek lateksowych (PSL) rozpylanych w strumieniu przefiltrowanego powietrza klasy HEPA/ULPA.
Ogólna zasada działania licznika cząstek
Wiedząc już na jakiej postawie określana jest wielkość i rozmiar cząstki, możemy zagłębić się w temat jak licznik liczy cząstki. Wszystkie powszechnie dostępne urządzenia wykorzystują zjawisko rozpraszania światła. Dioda laserowa, czyli bardzo jasne źródło światła oświetla cząstkę zanieczyszczenia. Źródło światła świeci na blok optyczny, gdzie znajduje się lustra i co najmniej jeden fotodetektor. Cząstki przechodzą przez wiązkę lasera, a światło rozprasza się. Lustra wychwytują rozproszone światło i skupiają je na fotodetektorze. Fotodetektor przekształca impuls energii świetlnej z każdej cząstki w impuls energii elektrycznej. Mierząc wielkość sygnału i odnosząc go do krzywej kalibracyjnej urządzenie określa rozmiar cząstki, a zliczając liczbę impulsów określa ilość cząstek.
Informację ogólne
Warto mieć na uwadze, że rozpraszanie światła to termin ogólny i obejmuję:
- Światło odbite – gdy światło uderza w cząsteczkę i ulega odchyleniu kątowemu
- Światło załamane – gdy światło przechodzi przez cząstkę i zmienia się kierunek jej ruchu.
- Światło rozproszone – gdy światło zbliża się do cząstki i zakrzywia się wokół niej.
Dodatkowo pewne cząstki będą mogły absorbować, czyli pochłaniać pewien procent energii świetlnej lub wywoływać efekt fosforescencji. Dlatego interakcja światła z cząstką zależy od współczynnika załamania światła i różnicy współczynników świetlnych między daną cząstką a środowiskiem tła (czyli powietrzem). Analizując wyniki należy pamiętać, że nie są one bezwzględne. Na przykład cząsteczka krzemu ma wysoki współczynnik odbicia w stosunku do wzorca lateksu i będzie rozpraszać dużo światła. Cząstka tego materiału będzie miała duże rozmiary w porównaniu z wzorcem. Cząstka, która pochłania światło lub nie rozprasza go zbyt dużo, na przykład wytwarzana ze źródła ciepła, będzie miała mały rozmiar w stosunku do wzorca lateksu. Te różnice wielkości w stosunku do wzorca lateksu mogą spowodować przypisanie cząstek do kanałów odpowiadających większym lub mniejszym rozmiarom.
Kolejnym aspektem, który należy wziąć pod uwagę orientacja, jaką przyjmuje cząstka podczas przechodzenia przez wiązkę laserową. W skrajnym przykładzie, gdybyśmy pobrali próbkę cząstki w kształcie pręta, której cała długość byłaby wystawiona na wiązkę laserową, światło uderzyłoby w największą powierzchnię i rozproszona zostałaby stosunkowo duża ilość światła. Gdyby odsłonięty był tylko jeden okrągły koniec, jego stosunkowo mniejsze pole przekroju poprzecznego spowodowałoby, że rozmiary cząstki byłyby uważane za małe.
Na jakiej podstawie wybrać licznik cząstek
Zarówno w przypadku obszarów krytycznych, jak i pomocniczych obszarów czystych, można zastosować przenośny licznik cząstek. Przenośne liczniki cząstek wybiera się na podstawie kilku czynników wpływających na ergonomię i przydatność dla testowanych obszarów.
Wymagane kanały dla poszczególnych rozmiarów.
W przemyśle farmaceutycznym i urządzeń medycznych wymagane są dwa główne kanały monitorowania cząstek, 0,5 µm i 5,0 µm. Jednak rozmiary te można uzupełnić dodatkowymi rozmiarami, zarówno mniejszymi, jak i większymi niż podany zakres. Rozszerzenie rozmiarów pozwala na dalsze badanie trendów poza tolerancją, ponieważ zdarzenia mogą generować cząstki w określonym paśmie wskazującym na tryb awarii.
Szybkość przepływu próbki
Szybkość przepływu powietrza przez licznik wynosząca 1 CFM (1 stopa sześcienna/minutę = 28,3 litra/min) jest najbardziej powszechna dla większości czynności wykonywanych w pomieszczeniach czystych. Taka szybkość przepływu pozwala na użyciu rur o długości do 2 m bez znacznych strat cząstek o większym rozmiarze(>1 µm). Dostępne są także wyższe szybkości przepływu (do 100 l/min) stosowane w celu redukcji czasu pobierania próbki .Umożliwiają one szybkie testy kwalifikacyjne środowisk czystych, w których występuje niewielka populacja cząstek np. 0,5 µm. Większe natężenie przepływu daje statystycznie istotną objętość próbki w krótszym czasie.
Funkcja zasilania sieciowego lub bateryjnego
Funkcja ta zapewnia łatwość przenoszenia i ergonomię wybranego urządzenia. Baterie powinny wystarczyć na czas przeprowadzania wymaganych testów lub być dostępne do natychmiastowej wymiany bez uszczerbku dla jakości danych.
Mobilność
Przenoszenie lub przewożenie na wózku – technik może potrzebować kilku przyrządów w celu przeprowadzenia monitorowania środowiska. Jeśli pomiar przeprowadza się w niewielkiej przestrzeni, przyrząd można umieścić wewnątrz obszaru czystego powietrza lub użyć rurki do doprowadzenia próbki z strefy pomiaru do licznika cząstek.
Akcesoria
Urządzenie jest wyposażone w lokalny wyświetlacz do sterowania i alarmowania oraz wbudowaną drukarkę, która generuje raporty dotyczące poszczególnych punktów pobierania próbek. Może być wymagane elektroniczne przesyłanie danych do oprogramowania centralnego lub systemu LIMS, ponieważ papier termiczny ma pewne ograniczenia dotyczące trwałości i wymagań dotyczących transpozycji dla raportowania.
Liczniki cząstek umożliwiają użytkownikom pobieranie chwilowych próbek i uzyskiwanie w czasie rzeczywistym bardzo dobrego wskazania ładunku cząstek w pomieszczeniu lub w zakresie krytycznego procesu. Metody alternatywne, takie jak użycie filtra, pompy czy mikroskopu, są bardziej czasochłonne, subiektywne i pracochłonne.
Liczniki cząstek zawieszonych w powietrzu miały i wciąż mają kluczowe znaczenie dla utrzymania, działania i rozwoju środowisk produkcyjnych w pomieszczeniach czystych. Cechują się szybkością, stabilnością, solidnym wykonaniem i prostotą w użyciu. Wykorzystując naukowe zasady rozpraszania światła i porównując je ze skalibrowanym wzorcem, urządzenia te zapewniają powtarzalne i wiarygodne dane.
Zastosowania liczników cząstek
Liczniki cząstek znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach ze względu na ich zdolność do precyzyjnego mierzenia liczby oraz rozmiarów cząstek. Poniżej przedstawiamy kilka głównych obszarów, w których liczniki cząstek są niezastąpione:
- Przemysł farmaceutyczny
- Life Sciences
- Laboratoria badawcze
- Opieka medyczna
Masz pytania odnośnie liczników cząstek ? Napisz do nas lub sprawdź nasze usługi a my doradzimy w skutecznym monitorowaniu pomieszczeń czystych.
Chcesz się dowiedzieć więcej? Zapraszamy do artykułów poniżej:
Norma ISO 14644, Norma ISO14644-1, Norma ISO 14644-2, Norma ISO 14644-3, Norma ISO 14644-21
