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气溶胶粒子计数器工作原理

时间:2020-10-26 22:11 点击次数:
 

气溶胶颗粒计数器是尘埃粒子计数器的一种,可在无尘室空气和其他受控环境中快速计数和确定污染物颗粒的大小。用户倾向于将本设备看作只是一种设备,当按下相应的按钮时,绝对结果会滚落。但是,重要的是要了解仪器中的技术,以便了解所生成数据的相关性并将粒子计数器的操作置于上下文中。当测量很少量的任何东西时,重要的是要了解操作技术,其好处和局限性。没有测量是绝对的,所有都与所采用的测量技术有关。例如,如果用另一种技术(例如扫描电镜)测量颗粒,我们不会惊讶地得到略有不同的结果,在某些尺寸下,我们甚至可能会得到令人惊讶的不同结果,因为该特定技术所产生的响应不同于由粒子计数器产生的。

颗粒类型

颗粒的尺寸,形状和成分范围非常广,例如,我们可以测量的洁净室中的颗粒,皮肤薄片,硅或金属或真菌孢子的小块。来源可能非常广泛。

粒径

颗粒的大小以微米(即微米或微米)为单位,即米的百万分之一(或毫米的千分之一)。在“最先进”的半导体工业设施中,我们现在以10到9米(或毫米的百万分之一)为单位测量纳米但是,大多数阅读本文的人可能对与制药,医疗保健和医疗器械行业相关的0.5和5μm颗粒更感兴趣。

从尺寸上看,可见颗粒大约为50µm(例如,人的头发大约为50–150µm),细菌等不可见颗粒大约在1至15µm之间,而植物孢子和花粉介于两者之间。在10至100μm左右可见和不可见。

大多数现实生活中的粒子在结构上是不均匀的,因此这就提出了如何限定尺寸的问题?向业内人士问:“您如何调整颗粒大小?” 有些人会说它是基于最长的长度,其他的是基于体积,以及一些等效的孔尺寸,粒子可以通过该孔。会有许多不同的答案,可以公平地说,只要它们是合格的,它们都不是错误的。

粒子通过将污染物粒子产生的信号响应与等效尺寸的乳胶球相匹配来对粒子进行尺寸计数。

用户经常查看仪器报告的尺寸/数量分布,并将此数据视为绝对数据,而没有意识到有许多操作变量,例如物理性质,折射率,方向等,将在所示尺寸中起作用(因此计算粒子的尺寸通道)。

使用乳胶球校准参考标准

通过采样雾化到HEPA / ULPA级过滤空气流中的已知尺寸的单分散(即单一尺寸)聚苯乙烯胶乳球(PSL),对气溶胶粒子计数器进行尺寸校准。

针对所使用的每种测试粒度调整仪器,并在仪器内生成校准曲线。因此,仪器将来自现实生活粒子的尺寸响应视为等效于完美球形乳胶球,并在一个特定的尺寸范围(或通道)中进行计数。

因此,任何不正确的尺寸设置不仅会影响规定的尺寸,还会影响分配颗粒的尺寸通道,从而影响数量分布。

粒子计数器如何工作

无论制造商如何,所有常用的洁净室机载颗粒计数器都遵循光散射原理。本质上,这意味着它们利用非常明亮的光源来照射粒子。如今,这种光源是激光二极管。以前使用气体激光器和“白光”卤素灯泡。

这个非常明亮的光源通过光学模块发光。光学模块内有镜子和一个或多个光电探测器。小型真空泵将采样的空气吸入激光束。当空气中夹带的颗粒穿过激光束时,激光与颗粒相互作用并被散射。

术语“散射”是指光发生方向变化。这种变化发生在各个方向:向前,向后和侧向。图中的红线显示了这一点(见图1)。

图1:空气中夹带的颗粒穿过激光束时,激光与颗粒相互作用并被散射

图中的蛤shapes形状是镜子。它们是镀银的,因此反射面在里面。随着光的散射,这些反射镜将其拾取,从而将散射的光聚焦到一个或多个光电探测器上。

光电探测器将来自每个粒子的光能爆发转换为电能脉冲。通过测量信号的高度并将其参考校准曲线,我们可以确定粒子的大小,并通过计数脉冲数可以确定数量。因此从这一点到将粒子数分配到尺寸通道中相对简单。

光“散射”是一个通用术语,由各种不同的物理现象组成。散射由以下部分组成:

1.反射光–当光撞击粒子并发生角度偏转时。

2.折射光–当光穿过粒子并且其传播方向改变时

3.衍射光–光线靠近粒子并围绕粒子弯曲。

当一定百分比的光能被颗粒保留时,可能还会有一定程度的吸收,并且在某些情况下,某些类型的颗粒可能会产生诸如磷光的影响。因此,整个术语“散射”由与光有关的不同物理属性以及光与粒子的相互作用组成。

因此,光与颗粒的相互作用基本上取决于颗粒组成,其折射率以及该颗粒与背景介质之间的差异(即,在无尘室颗粒计数器的情况下为空气)。

在操作中,仪器将其从颗粒信号获得的响应与由乳胶球产生的校准曲线进行比较。仪器实际上正在做的是比较该粒子与激光相互作用的响应,然后将其与某种形态不明的不规则粒子而不是空气中的乳胶球联系起来。

因此,仪器本身并不在对颗粒计数和定尺寸,而是对光的闪烁进行计数和定尺寸,并将其与空气中胶乳的类似响应联系起来。因此,用户应注意,与乳胶标准品相比,具有不同散射响应的颗粒尺寸会更大或更小。

例如,硅粒子由于其高反射率(相对于乳胶标准)而将散射大量光,因此该材料的粒子尺寸会很大。吸收光或不会散射太多光的粒子(可能是从热源产生的粒子)相对于乳胶标准尺寸较小。因此,我们不在这里查看绝对值。这些尺寸差异(与乳胶标准品不同)可能会将颗粒分配到更大或更小的通道中。

粒子穿过激光束时的方向也会影响其大小。在一个极端的例子中,如果我们对穿过光学模块的棒状颗粒进行采样,以使整个长度都暴露在激光束中,则光将撞击最大的表面积并散射相对大量的光。如果它穿过激光束末端,它将从最小的横截面散射,因此大小将变成小颗粒。

结论

粒子计数器做得很好是让用户可以获取即时样本,并获得有关房间内或关键过程中粒子负载情况的很好的实时指示。替代方法,例如使用过滤器,泵和显微镜,既费时,主观又费力。在无尘室生产环境的开发,操作和改进中,这种类型的仪器一直是并且至关重要且有益的。它速度快,定义明确且无主观性,现代仪器现在非常稳定,健壮且易于使用。但是,操作的简便性不应使用户对仪器的操作方式以及所生成数据的实际含义的理解蒙上阴影。

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