Jak volit čítač počtu částic pro ověření čistých prostor i kvality vnitřního prostředí

Jak polovodičový průmysl rostl a klesaly rozměry prvků, bylo třeba specifikovat proces pomocí parametrů, které by bylo možné měřit pomocí nějakého „standardního“ přístroje. Tim vznikl i požadavek na možnost jednoznačné srovnatelnosti výsledků takových měření. Proto byla stanovena mezinárodní norma ISO 21501-4, která má specifikovaných 11 základních požadavků na vlastnosti přístroje. Splněním všech požadavků této normy je zajištěna opakovatelnost výsledků měření a jejich srovnatelnost napříč přístroji i výrobci.

Tak jak rostly všeobecné požadavky na kvalitu výroby a zpřesňovala se výrobní technologie, nastala potřeba ověřovat čistotu prostředí také v ostatních oborech průmyslu i veřejných budovách.

Vzniklo mnoho regulatorních nástrojů, jedním z nich je norma ČSN EN ISO 14 644.

Vlivem postupného znečišťování životního prostředí vznikla potřeba ověřovat výskyt, počet a hmotnosti pevných a dalších škodlivin jak ve vnitřním, tak i ve vnějším prostředí. V současné době existuje několik norem pro kvalitu vnitřního i vnějšího prostředí, které zahrnují nejen limity pro počet a hmotnost pevných částic, ale například i limity CO₂ a dalších ve vnitřním prostředí.

Kvalita prostředí v interiérech se stala klíčovým zájmem pro dosažení a udržení zdravého domácího i veřejného prostředí.

Vyšší hladiny pevných částic mají nepříznivý dopad na zdraví dýchacích cest. Ověření koncentrací částic v daném místě může pomoci vytvořit nápravná opatření potřebná ke snížení jejich úrovně. Dalším faktorem, který má vliv na lidské zdraví a duševní pohodu, je hladina oxidu uhličitého (CO₂). Vysoké hladiny CO₂ mají řadu negativních zdravotních projevů, včetně únavy, závratí, zvýšené srdeční frekvence, abychom jmenovali alespoň některé. V uzavřeném vnitřním prostředí tomu lze obvykle zabránit otevřením okna, to však neguje jakoukoli vnitřní filtraci vzduchu tím, že do vnitřního prostoru vnikají venkovní částice a znečišťující látky. Moderní systémy HVAC využívají přídavný vzduch z venkovního prostředí. Aby bylo umožněno správné větrání, je přiváděn filtrovaný čerstvý vzduch zvenčí tak, aby byla udržena nižší úroveň CO₂.

Možnost měřit tyto úrovně CO₂ poskytuje potřebná data pro efektivní vyvážení směsi venkovního vzduchu, který je třeba přivést do vnitřního prostředí.

Jednou z nejzákeřnějších vnitřních škodlivin jsou těkavé organické sloučeniny (Volatile Organic Compounds – VOC). Tyto VOC jsou různé chemikálie, které se ve vnitřním prostředí odpařují z různých materiálů. VOC mohou způsobit řadu zdravotních problémů, včetně podráždění očí, nosu a krku. Expozice vnitřního prostředí kontaminanty v obytných a kancelářských prostorách představuje značná zdravotní rizika. Zdroje vnitřních VOC jsou různé. Zahrnují dlouhý seznam materiálů a chemikálií. VOC mohou pocházet ze stavebních materiálů, barev, ředidel, detergentů, parfémů, aerosolových sprejů, čisticích prostředků pro domácnost, dezinfekčních prostředků, nábytku, koberců, čalounění, vaření, a dokonce i z chemicky čištěných oděvů.

Z těchto důvodů čítače částic určené pro ověřování kvality vnitřního prostření využívají technologii dříve používanou pro „čisté prostory“, rozšířenou o čidla pro ověřování koncentrace výše popsaných látek.

Jak volit čítač částic?

Často se výběr čítače částic pro použití v čistém prostoru provádí jen na základě specifikací daného přístroje a kupní ceny. Než se dostaneme k podrobnostem o specifikacích, je důležité se hlouběji podívat na to, k jakému účelu bude přístroj používán, na prostředí, ve kterých bude používán a kdo bude přístroj používat. Bez zohlednění těchto informací bude volba čítače částic pro danou aplikaci vždy méně vyhovující. Při rozhodování musí zaznít i tyto otázky:

• V jakém typu prostředí bude počítadlo částic použito? Bude použito v čistém prostoru například ISO třídy 3 pro rutinní počítání částic, nebo se bude používat pro ověření stavu procesu?
• Bude používáno jen pro kontrolu čistého prostoru nebo i k ověřováni limitu počtu a hmotnosti pevných částic ve vnitřních prostorách? Anebo i ke kontrole dalších parametrů prostředí, jako je teplota, vlhkost, koncentrace CO₂, VOC a další?
• Jaký typ dat má čítač částic shromažďovat? Bude tato informace zaznamenána jako jednoduchá vyhověl/nevyhověl, nebo budou muset být získané informace zaznamenány do tabulky popřípadě databáze pro další zpracování?
• Bude operátor přenášet čítač částic a umísťovat jej do kritických míst, nebo bude přístroj pevně instalován?
• Bude se tento čítač částic používat k certifikaci čistých prostor a cestování z místa na místo?
• Bude čítač částic používán k nepřetržitému monitorování čistého prostoru? Bude vybaven vlastním kompresorem?
• Bude požadováno propojit čítač se systémem monitoringu závodu (Facility Monitoring System – FMS)?

Jak funguje čítač částic?

Čítač částic pracuje na principu buď rozptylu světla, nebo blokování světla. Proud aerosolu je tažen skrz komoru se světelným zdrojem (buď laserové světlo, nebo bílé světlo). Když je částice osvětlena světelným paprskem, světlo je rozptýleno, nebo pohlceno. Světlo rozptýlené jednou částicí ve specifickém směru ve vztahu k původnímu směru vytváří jedinečný „podpis“, který se vztahuje k velikosti dané částice. To umožňuje velikostní rozlišení a počítání jednotlivých částic.

Čítač částic se skládá ze 4 základních částí:

1. Světelný zdroj (plynový laser, polovodičová laserová dioda, zdroj světla s vysokou intenzitou),
2. Elektronika pro detekci,
3. Systém průtoku vzorku,
4. Počítací elektronika

Specifikace čítače částic

Přestože všichni výrobci používají stejné konstrukční principy, detaily konstrukce

Jsou vždy odlišné. Specifikace jako průtok vzorku, citlivost, rozsah velikostí, počet kanálů, životnost laseru nebo laserové diody, životnost světelného zdroje i schopnost kalibrace jsou důležité faktory, které je třeba vzít v úvahu při výběru přístroje.

Citlivost: velikost nejmenší částice, kterou lze přístrojem detekovat.

Úroveň nulového počtu (nebo míra falešného počtu): počet falešně hlášených částic při použití filtrovaného vzduchu při optimálním průtoku po danou dobu. Standardní hlášení tohoto počtu je počet částic v intervalu 5 minut. Normálně očekávaná frekvence nulového počtu je menší než 1 za 5 minut.

Efektivita počítání: poměr naměřené koncentrace částic ke skutečné koncentraci částic. Skutečná koncentrace částic se měří citlivějším přístrojem, který má účinnost počítání 100 % při minimální velikosti částic zkoušeného přístroje. Správně navržený přístroj by měl mít 50 % počítání účinnosti na jeho nejmenším rozsahu.

Kanály: počet „přihrádek“, na které jsou částice rozděleny na základě jejich velikosti. Kanály jsou uváděny v mikrometrech. Například počítadlo částic se 4 kanály znamená, že částice lze spočítat a seskupit ve 4 různých „skupinách“. Například čtyřkanálový čítač může zahrnovat následující velikosti kanálů: 0,3 µm, 0,5 µm, 1,0 µm, 5,0 µm.

Průtok: množství vzduchu, které projde počítadlem částic. Toto je typicky reprezentováno v kubických metrech za minutu. Čím větší bude průtok, tím větší bude čerpadlo vzduchu, a to se obvykle promítne do velikosti přístroje.

Často se před ostatními kritérii volí minimální velikost kanálu. I když je to důležité, je třeba vzít v úvahu i další parametry. Obvykle platí, že čím citlivější je přístroj, tím vyšší je počáteční investice, a tím i vyšší náklady na jeho provoz a údržbu. Pokud je přístroj používán v prostředí s extrémně vysokou koncentrací částic, bude vyžadovat časté čištění.

Dále bychom rádi upozornili na čítače částic z produkce společnosti Particle Plus, která je špičkou v produkci těchto přístrojů. V sortimentu jsou jak ruční (8306 s kanály od 0,3 µm do 75 µm), přenosné (7301 a 7501 s kanály od 0,3 µm do 25 µm), tak i přístroje pro pevnou instalaci, vybavené kompresorem a vlastním displejem pro místní ovládání, s komunikaci i místním úložištěm dat řady 5301 a 5501. Dále jsou nově dodávány i přístroje bez displeje s kompresorem i bez 9000 s komunikací LoRaWAN a WiFi se 6 až 30 kanály.

V sortimentu Particle Plus jsou i přístroje pro ověřování kvality vnitřního prostředí Particle Plus řady AQM. Jsou v nich pro detekci VOC použity foto-ionizační detektory (PID). Jsou sice jednodušší, a ne tak selektivní jako plynové chromatografické kolony, ale PID poskytují měření mnoha těkavých látek v reálném čase. Jako příklad řešení monitorování kvality prostředí v průmyslu uvedeme vlastnosti monitorů Particles Plus^® 5301-AQM a 5302-AQM (obr. 1) pro pevné zabudování. Přístroje měří a zobrazují hmotnostní koncentrace částic pro PM1, PM2,5, PM5 a PM10 (měří 0,3 µm až 25 µm) včetně teploty, relativní vlhkosti a koncentrace CO₂. Přístroje 5302-AQM pak navíc měří i koncentrace VOC. Tyto nástěnné přístroje jsou nejuniverzálnějšími monitory kvality vzduchu se vzdáleným přístupem dostupné pro pevné instalace. Pokročilá správa napájení a režim spánku umožňují dlouhé intervaly mezi vzorky při prodloužených a bezobslužných operacích. Přístroje série AQM lze snadno integrovat do systému automatizace monitorování budovy přes rozhraní Ethernet, USB, RS485 / RS232, nebo (volitelně) přes bezdrátovou Wi-Fi síť 802.11 b/g. Přístroje 5301-AQM i 5302-AQM předávají data a zobrazují 6 uživatelsky volitelných kanálů pro velikosti částic. Dále pak koncentraci oxidu uhličitého (CO₂), teplotu a relativní vlhkost. Monitorují PM1, PM 2,5, PM5, PM 10 (a jakoukoli jinou hodnotu velikosti PM, kterou uživatel určí) pomocí ovládacího panelu. Oba modely jsou vybaveny interní pumpou 0,1 CFM (2,83LPM) s dlouhou životností. Přístroje, kromě předávání dat po síti, zobrazují data a generují zprávy o stavu prostředí v reálném čase na obrazovce (obr. 2). V případě poruchy komunikace, nebo kdykoliv je potřeba, lze data vytisknout v místě nebo přenést na USB klíč, nebo je exportovat do softwaru Particles Plus^® Instrument Management Software. Lze je ovládat a monitorovat na dálku prostřednictvím webového prohlížeče z libovolného počítače, tabletu nebo chytrého telefonu s podporou až 20 souběžných uživatelských relací. Jsou vybaveny pamětí 45 000 záznamů o počtech částic s časovým razítkem a záznamech o prostředí pro redundantní ochranu v případě selhání monitorovacího systému nebo sítě. Režim koncentrace hmotnosti řady AQM aproximuje hustotu v µg/m³ a PM (hmota částic), což umožňuje korekce hustoty a indexu lomu pro zajištění přesnosti. Stejné schopnosti mají i přenosné (7301-AQM a 7302-AQM) a ruční verze (8301-AQM i 8302-AQM) vybavené akumulátorem pro zajištění plného provozu více jak 8 hodin. Všechny čítače Particles Plus^® splňují požadavky norem ISO 21501-4 a JIS B9921.

Další informace o přístrojích Particles Plus^® získáte od společnosti Blue Panther s.r.o., která je zástupcem tohoto výrobce pro Českou republiku a Slovensko. Kontakt: www.blue-panther.cz