Visão geral

Os contadores de partículas aerotransportadas, como o LASAIR II - 110, são construídos para contarem e dimensionarem rapidamente partículas contaminantes em salas limpas e em outros ambientes controlados.

Usuários tendem a ver os contadores de partículas simplesmente como um dispositivo que, quando o botão apropriado é pressionado, resultados absolutos surgem. Entretanto, é importante conhecer a tecnologia do instrumento, para entender a relevância dos dados gerados e colocar a operação dos contadores de partículas no contexto.

Quando se mensura quantidades muito pequenas de qualquer coisa, é importante entender a tecnologia operacional, suas vantagens e limitações. Nenhuma medida é absoluta, tudo se relaciona à tecnologia de medição empregada.

Por exemplo, se partículas fossem medidas com outra tecnologia, digamos, um microscópio eletrônico de varredura, não nos surpreenderíamos se obtivéssemos resultados ligeiramente diferentes, poderíamos até obter resultados surpreendentemente diferentes em alguns tamanhos, pois essa tecnologia em particular produz resultados que diferem dos obtidos pelo contador de partículas.

Tipo de partículas

As partículas existem em uma grande gama de tamanhos, formas e composições, por exemplo, em uma sala limpa, poderíamos possivelmente medir camadas de pele, pequenos pedaços de silicone, metal ou esporos fúngicos. As origens podem ser muito amplas.

Tamanho de partículas

O tamanho das partículas é medido em micrômetro (ou seja, mícron), que é a milionésima parte de um metro (ou a milésima parte de um milímetro).

Nas indústrias de semicondutores de última geração, atualmente, mede-se em nanômetros, que é 1,0×10−9 metros, ou a milionésima parte de um milímetro. Entretanto, a maioria das pessoas que lêem este artigo está, provavelmente, mais interessada nas partículas com 0,5 e 5 micra, que são relevantes para as indústrias de dispositivos farmacêuticos, de saúde e médicos.

Para colocar o tamanho em perspectiva, partículas visíveis têm aproximadamente 50 micra, (por exemplo, um cabelo humano teria de 50 a 150 micra), partículas não visíveis, como bactérias, têm entre 1 e 15 micra, com os esporos e os polens estando entre os visíveis e não-vísiveis, com aproximadamente de 10 a 100 micra.

A maioria das partículas reais não tem estrutura de formas uniformes. Isso, portanto, levanta uma questão: "como classificar o tamanho?" Pergunte a alguém do setor "Como você dimensionaria uma partícula?" Alguns diriam que se baseariam no maior comprimento, outros se baseariam no volume, e alguns se baseariam no tamanho equivalente a um furo por onde a partícula pudesse passar. Haveria muitas respostas diferentes, e é provavelmente justo dizer que nenhuma delas estaria errada, desde que elas fossem classificadas.

Contadores de partículas as dimensionam comparando a resposta de um sinal gerado pela partícula contaminante com o tamanho equivalente ao de uma esfera de látex.

Os usuários geralmente vêem a distribuição dos tamanhos e dos números relatados por um instrumento e tratam esses dados como absolutos, sem reconhecerem que há várias variáveis, ou seja, propriedades físicas, índice de refração, orientação, entre outros, que influenciarão o tamanho indicado e, portanto o canal do tamanho pelo qual a partícula é contada.

Padrão de referência de calibragem usando esferas de látex

Os contadores de partículas aerossóis são calibrados no tamanho com amostras de esferas de látex poliestireno monodispersas, ou seja, de um só tamanho, com dimensões conhecidas nebulizadas no fluxo de ar filtrado HEPA/ULPA. O instrumento é ajustado para cada tamanho de partícula de teste usado, e uma curva de calibragem é gerada no instrumento.

O resultado do dimensionamento de partículas reais é, portanto, relacionado pelo contador de partículas ao equivalente a uma esfera de látex perfeitamente esférica e contado em um único intervalo de tamanhos específicos (ou canal). Qualquer mau dimensionamento poderia, então, afetar não apenas o tamanho informado, mas também o canal para o qual a partícula é designada, como isso, afetando a distribuição de números.

Como funcionam os contadores de partículas

Todos os contadores de partículas aerotranspordas de salas limpas comumente usados, de qualquer fabricante, operam com o princípio de Dispersão de Luz. Essencialmente, isso quer dizer que os contadores de partículas usam uma fonte de luz muito brilhante para iluminar as partículas. Atualmente, essa fonte é um diodo de laser, antes, gases-laser e lâmpadas halógenas de "luz branca" eram usados.

Essa fonte de luz muito radiante brilha através de um bloco óptico. No bloco óptico há espelhos e um ou mais fotodetectores. A amostra do ar é arrastada pelo feixe de laser por uma pequena bomba a vácuo. Quando partículas oclusas no ar passam pelo feixe de laser, a luz de laser interage com as partículas e dispersa.

O termo "dispersão" significa que a luz sofre uma mudança de direção. Essa mudança ocorre em todas as direções: para frente, para trás e para os lados. As linhas vermelhas no diagrama mostram isso.

(consulte o arquivo em PDF para ver diagrama)

As formas de marisco no diagrama são espelhos. Eles são prateados de forma que a superfície refletora esteja para dentro. Quando a luz se dispersa, ela é captada por esses espelhos, que focam a luz dispersa em um ou mais fotodetectores. O fotodetector converte a eclosão da energia de luz de cada partícula em um pulso de energia elétrica. Quando se mede a altura do sinal e o relaciona à curva de calibragem, determina-se o tamanho da partícula, e quando se conta o número de pulsos, determina-se a quantidade. Então, é relativamente direto, a partir desse ponto, distribuir partículas em canais de tamanhos.

A "dispersão" de luz é um termo geral e é composta de vários fenômenos físicos diferentes. A dispersão é composta de:

(1) luz refletida: a luz atinge uma partícula e é desviada angularmente
(2) luz refratada: a luz passa pela partícula, e a direção do seu curso é alterada
(3) luz difratada: a luz se aproxima da partícula e se desvia dela

Pode também haver certo grau de absorção, quando a porcentagem de energia da luz é retida pela partícula e, em alguns casos, efeitos, como fosforescência pode acontecer em alguns tipos de partículas. Portanto, o termo "difração" é composto de propriedades físicas diferentes relacionadas à luz, e à interação da luz e partículas.

A interação da luz e partículas, portanto, depende essencialmente da composição da partícula, do seu índice de refração e da diferença entre a partícula e o meio (ou seja, no caso do contador de partículas de uma sala limpa, o ar).

Em operação, o contador de partículas compara o resultado que recebe do sinal da partícula com a curva de calibragem gerada com esferas de látex. O que o contador de partículas faz na realidade é comparar o resultado da interação da partícula e da luz de laser e, depois, relacioná-lo, não a uma partícula irregular de morfologia desconhecida, mas a uma esfera de látex no ar. Portanto, o instrumento propriamente dito não conta e dimensiona partículas, ele conta e dimensiona flashes de luz e os relaciona a um resultado semelhante obtidos com o látex no ar. Por isso, os usuários devem saber que partículas com resultados de dispersões diferentes dimensionarão o tamanho como menor ou maior em relação ao padrão de látex.

Por exemplo, uma partícula de silicone, por causa da sua alta refletividade (relativa ao padrão do látex) vai dispersar grande quantidade de luz, por isso, uma partícula desse material terá dimensão grande no contador de partículas. Uma partícula que absorve a luz ou que não dispersa muita luz, possivelmente uma partícula gerada por uma fonte de calor, terá dimensão pequena em relação ao padrão de látex. Por isso, não nos deparamos com absolutos aqui. Essas diferenças de tamanhos (no padrão de látex) possivelmente podem alocar as partículas em canais maiores ou menores.

A direção que a partícula toma quando passa pelo feixe de laser do contador de partículas também influenciará a forma como é dimensionada. Em um exemplo extremo, se tomamos como amostra uma partícula na forma de bastão que passou pelo bloco óptico de forma que o comprimento total esteja exposto ao feixe de laser, a luz atingiria a área de superfície maior e dispersaria uma quantidade de luz relativamente grande. Se passasse pelo feixe de luz com a extremidade para cima, a dispersão seria a partir da área menor, e o tamanho seria de uma partícula pequena.

Conclusão

O que os contadores de partículas fazem bem é permitir que os usuários tomem amostras instantâneas e obtenham uma ótima indicação em tempo real da carga de partículas na sala ou em volta de um processo crítico. Métodos alternativos, como usar um filtro, bomba ou microscópio, são demorados, subjetivos e trabalhosos.

O tipo de contador de partículas tem sido, e é, crucial e útil no desenvolvimento, na operação e na melhoria dos ambientes de produção de sala limpa. É rápido, bem definido e não-subjetivo, e contadores de partículas modernos são, atualmente, extremamente estáveis, robustos e simples de serem usados.

Entretanto, a facilidade da operação não deve obscurecer a avaliação dos usuários de como os contadores de partículas operam e do significado real dos dados gerados.

Entre em contato conosco, se precisar mais informações ou se tiver perguntas.

Para obter mais informações, acesse airborne-particle counting.

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