پارتیکل سنج

کیفیت هوا در توسعه و ساخت محصولات نیمه هادی و دارویی ، بیوتکنولوژی و سایر زمینه هایی که در برابر آلودگی محیط زیست بسیار حساس هستند بسیار مهم است. اتاق های تمیز که برای حفظ سطح بسیار کمی از ذرات موجود در هوا طراحی شده اند ، می توانند در 9 کلاس طبق تعداد ذرات در هر متر مکعب طبقه بندی شوند. برای مثال ، طبقه بندی ایزو 9 را در نظر می گیریم. برای هر متر مکعب حدود 35,000,000 ذره وجود دارد (دامنه اندازه 0.5 میکرومتر و بزرگتر) ، که در آن طبقه بندی ISO 1 فقط 12 ذره برای هر متر مکعب (3μm و کوچکتر) مجاز است. متغیرهای زیادی برای دستیابی به گواهینامه تمیزکاری خاص اتاق تمیز مورد نیاز است ، اما یک پارتیکل سنج یک وسیله ضروری است که برای نظارت ، طبقه بندی و تشخیص منبع آلاینده ها که در عملیات اتاق تمیز مورد استفاده قرار می گیرد. ذره شمار باید ابزاری استاندارد باشد که برای اندازه گیری و حفظ سطح مطلوب نظافت در کلیه اتاق های تمیز مورد استفاده قرار می گیرد.

ذره شمار ها بر اساس نوع کاربرد به هفت دسته تقسیم می شوند:

1- ذره شمار معلق یا  غبارسنج

هرگاه یک یا بیش از یک آلاینده  مانند گرد و خاک، دود غلیظ، گاز مه آلود، بوی نامطبوع ، با خواص مشخص و مداوم در هوا موجود باشد به طوری که بتواند زندگی انسان و سایر موجودات را به مخاطره اندازد،آلودگی هوا رخ داده است که این آلودگی توسط دستگاه غبارسنج یا پارتیکل کانتر قابل اندازه گیری و محاسبه است. پارتیکل کانتر دستگاهی است که در یک زمان علاوه بر شمارش ذرات معلق در هوا قادر به تشخیص آن ها نیز می باشد این دستگاه یکی از مهمترین اجزا برای تست اتاق تمیز محسوب می شود که در واقع از این دستگاه برای تست اتاق تمیز و تحویل دادن ان در کلاس مورد نظر استفاده می شود.

به منظور محاسبه تعداد نمونه های مورد نیاز از اتاق تمیز برای گرفتن سرتیفیکیت توسط دستگاه پارتیکل کانتر باید از فرمول  زیر  استفاده کنیم:

√A    : همان مساحت مکان مورد نظر است A

برای مثال اگر اتاق ما 25 متر باشد تعداد نمونه های مورد نیاز برای تست اتاق 5 نمونه می باشد.

2- ذره شمار مایع

ذره شمار مایع ، تعیین کیفیت مایعات را با استفاده از عبور مایع از طریق آنها انجام می دهد.تعداد و اندازه ذرات در صورتی که مایع به اندازه کافی تمیز باشد می تواند برای نرم افزار طراحی شده مورد استفاده قرار گیرد. از ذره شمارهای مایع می توان برای آزمایش کیفیت آب آشامیدنی, راه حل های تمیز کردن آن, نظافت تجهیزات تولید برق، ساخت قطعات، یا داروهای تزریقی استفاده کرد. ذره شمار مایع هنچنین برای تعیین تمیزی سطح مایعات هیدرولیک استفاده می شود ، شایان ذکر است که 75-80٪ از خرابی های هیدرولیک را می توان به آلودگی نسبت داد. انواع مختلفی  از ذره شمار مایع وجود دارد که می توانند بر روی تجهیزات نصب شوند و یا  اینکه قابل حمل باشند. با استفاده از  این ذره شمار مایع  نظارت بر این سطوح صورت می پذیرد و به این ترتیب با پیش بینی  و برنامه های تعمیر و نگهداری، کاربر می تواند خرابی هیدرولیکی را کاهش دهد..

3- ذره شمار جامد

از ذره شمار جامد برای اندازه گیری ذرات خشک در کاربردهای صنعتی استفاده می شود.یکی از کاربردهای این ذره شمار ها به عنوان مثال برای کشف اندازه ذرات ورودی از یک خرد کننده ی سنگ در عملیات حفر معدن می باشد.

4- ذره شمار آئروسل

5-ذره شمار از راه دور

6-ذره شمارManifold 

این ذره شمار در واقع  ذره شمار اصلاح شده آئروسل قابل حمل می باشد که به یک سیستم نمونه توالی یابی متصل شده است. توالی یابی نمونه سیستم اجازه می دهد که یک پارتیکل کانتر از چندین مکان توسط یک سری لوله های کشیدن هوا از بالا ، از 32 مکان در داخل اتاق تمیز نمونه برداری کند. از لحاظ قیمت این نوع ذره شمارها  ارزان تر ازذزه شمارهای  کنترل از راه دور می باشد , با این حال هر یک از لوله به ترتیب مانیتور شده  اند.

7-ذره شمارHandheld

این نوع پارتیکل کانترها خود شامل پارتیکل کانترهای کوچکی است که براحتی قابل حمل و  نقل و مورد استفاده می باشد

روش کار ذره شمار

شمارش ذرات در ذره شمار یا براساس تابش نور، تیرگی نور یا ایجاد تصویر به صورت مستقیم است. یک منبع نوری با شدت بالا برای روشن کردن ذرات زمانی که از میان اتاقک آشکار سازی عبور داده می شوند، استفاده می شود. ذرات از میان منبع نوری(معمولا یک نور هالوژنی یا لیزر) عبور می کنند  سپس نور هدایت شده توسط یک آشکار ساز نوری کشف می شود. اگر از ایجاد تصویر به صورت مستقیم استفاده شود، یک نور هالوژنی ذرات را از پشت در یک سلول روشن می کند در حالی که یک دوربین با قدرت بزرگ نمایی و تفکیک بالا ذرات عبوری را ثبت می کند. موارد ضبط شده سپس توسط نرم افزار کامپیوتری برای اندازه گیری ویژگی های ذرات آنالیز می شود. اگر انسداد نوری ( تیرگی ) استفاده شود، میزان نور از دست رفته کشف می شود.سپس دامنه ی نور پراکنده شده یا نور انسداد شده اندازه گیری می شود و ذرات شمارش و درون خانه های شمارش استاندارد شده جدول بندی می شوند.

  روش های تشخیص توسط ذره شمار

چندین روش مورد استفاده برای شناسایی و اندازه گیری اندازه ذرات و توزیع اندازه وجود دارد مانند مسدود کردن  عبور نور ، پراکندگی نور، اصل کولتر و تصویربرداری مستقیم.
مسدود کردن نور در روش پارتیکل کانتر نوری متداولترین روش که برای تشخیص و اندازه گیری ذرات بزرگتر از یک میکرومتر کاربرد دارد. این روش با قابلیت اطمینان و وضوح بالا عمل اندازه گیری را انجام می دهد. در روش پراکندگی نور قادریم که اندازه ذرات کوچکتر را نیز اندازه گیری کنیم، این روش مبتنی بر میزان نوری است که از ذره عبور کرده و در ناحیه قابل تشخیص پارتیکل کانتر باشد. این تغییر مسیر است که به عنوان پراکندگی نور نامیده شده  است. از روش پراکندگی نور برای حساسیت 0.05 میکرومتر و یا بزرگتر استفاده می شود. با این حال برای حساسیت بالا جهت تشخیص اندازه ذرات  در حد نانومتر از روش CNC استفاده می شود.     
 یکی از متداولترین کاربردهای این روش نظارت بر آب خالص در نیمه هادی fabsاست. روش  light blocking  مختص پارتیکل کانترهایی که برای شمارش در تجهیزات هیدرولیکی و مایعات ویژه استفاده می شود می باشد. تصویربرداری مستقیم تکنیکی است که با استفاده از نور ساطع شده از لیزر به عنوان یک منبع برای روشن کردن یک سلول که در آن ذره در حال عبور است استفاده می شود.

پارتيكل يا غبار سنج  كانتر چيست و چه کاربردی دارد؟ 

برای اندازه گیری ذرات بسیار ریز (در حد نانومتر) می توان از پارتیکل کانتر غبار سنج هسته تراکم (چگالش شده) استفاده کرد.ذرات ریز معلق در هوا کوچکتر از 1/0 میکرومتر که بطور کلی بوسیله پارتیکل کانتر پراکندگی نور معمولی قابل تشخیص نمی باشند را می توان بصورت نوری با رشد تراکم ذرات از طریق شرایط فوق اشباع بوسیله مخلوط هوای نمونه برداری شده بخار و الکل با دمای بالا اندازه گیری کرد. شمارنده هسته تراکم یک روش نوری برای شمارش ذرات آئروسل در اتمسفر است. شمارنده پالس جهت شمارش تعداد ذرات عبور داده شده از پرتوی لیزر استفاده می شود. یکی از دستگاه های اندازه گیری تحت عنوان Scanning Mobility Particle Sizer است که روشی ترکیبی شامل ارائه و توزیع سایز در محدوده کمتر از نانومتر است. این دستگاه بر اساس اصل تحرک و حرکت یک ذره باردار در یک میدان الکتریکی عمل می کند.

ذرات وارد شده به سیستم خنثی ده (با استفاده از یک منبع رادیواکتیو) هستند بطوریکه Fuchs مسئول توزیع تعادل است. سپس آنها وارد آنالیزور حرکت دیفرانسیل DMA که در آن تعلیق مایع یا جسم بصورت گرد و گاز در هوا با توجه به تحرک الکتریکی طبقه بندی شده و تنها ذرات از طیف محدودی از طریق شکاف خروجی خارج می شوند را اندازه گیری می کند. رایج ترین دستگاهی که برای شمارش ذرات استفاده می شود، دستگاه هایی هستند که مبتنی بر استاندارد nephelometry می باشند. Nephelometer دستگاهی است که برای اندازه گیری ذرات معلق موجود در مایعات و گازها استفاده می شود. این کار را با استفاده از یک پرتو نور (منبع پرتو) و یک آشکار ساز که به یک طرف ( با زاویه 90) از منبع پرتو تنظیم شده است، انجام می دهد. چگالی ذره عملکرد بازتاب شده به آشکارساز از طریق ذرات می باشد. اصطلاح رایج برای این ابزار شمارنده ذرات نوری می باشد. شمارنده ذرات نوری دستگاهی است که بر اساس اصل پراکندگی نور از ذرات عمل می کند. این دستگاه زمانی کاربرد دارد که برای اندازه گیری ذرات با قطر بیشتر از 1/0 میکرومتر استفاده شود. شدت نور پراکنده شده تابعی از طول موج تابش، ضریب شکست ذرات، اندازه ذرات و زاویه های ساخته شده با توجه به پرتو می باشد. 

پراکندگی نور یک روش ناخوانده برای اندازه گیری نامیده می شود و اطلاعات لحظه ای برای اندازه گیری زمان واقعی و یا زمان مداوم می توان بدست آورد. برخی از تولیدکنندگان شمارنده ذرات نوری پراکنده opc دستگاه های خود را برای اندازه گیری و نتیجه گیری بهتر و برای تبدیل اندازه نوری معادل به قطر معادل حجم و آئرودینامیک کالیبره می کنند.

برای تست گرد و غبار خاص، opc کالیبره شده اندازه گیری مستقیم توده گرد وغبار را فراهم می کند. قطر مربوط به آئرودینامیک ( با فرض چگالی استاندارد برای ذرات) و داده ها بوسیله اندازه گیری توده ذرات مستمر مانند مانند جرم توده pm2.5 بدست می آید. آنالیز برای ذراتی که در اثر تمیز کردن اتاق تولید می شود مفید است. بیشتر ذراتی که تولید می شوند گرد و غبار آلوده ای هستند که معمولا بیشتر از چند میکرون نیستند و اغلب بین رنج 2 میکرون و بالاتر  هستند.

بنابراین برای این کار استفاده از تجهیزات استاندارد ذرات نوری، پراکندگی نور با محدودیت اندازه برای این کار مناسب است.

چه موقع و کجا اندازه گیری انجام می شود؟

عملکرد متفاوت یکی از اهداف مطالعه خواهد بود. اگر محققان برای گرفتن تغییرات زمانی در غلظت ذرات موجود در هوا بعنوان تابعی از برخی فعالیت باشند. واضح است که آنها نیاز به ایجاد یک غلظت پایه از غلظتی که قابل تغییر بعنوان تابعی از فعالیت های مورد علاقه باشد نیاز دارند.

بسته به نوع فعالیت یک توجه دقیق اعمال شده برای شناسایی سایتها که اشغال و درگیری و استفاده دراز مدت دارند باید اعمال شود.

چگونه می توان یک پارتیکل کانتر خوب انتخاب کرد؟

در مقایسه سایتها شامل آن دسته از سایت هایی که دو بار در هفته واکیوم می شوند نسبت به آنهایی که یکبار در ماه واکیوم می شوند, در طول مطالعه لازم است مطمئن شویم آن سایتها از لحاظ ماهیت شان یکسان هستند. بعلاوه اندازه گیری زمان واقعی توسعه یافته ممکن است نیاز باشد تا تفاوت شرایط ممکن اندازه گیری شود.