Thiết Bị Đếm Hạt Cầm Tay: Kiểm Soát Ô Nhiễm Vô Hình, Bảo Vệ Sản Xuất – Yêu Cầu Tuyệt Đối Về Hiệu Chuẩn
Hiệu chuẩn Thiết Bị Đếm Hạt
Các ngành công nghiệp công nghệ cao như sản xuất bán dẫn, dược phẩm và hàng không vũ trụ phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm hạt vi mô, có thể gây lỗi hàng loạt và tổn thất lớn. Vì vậy, việc kiểm soát số lượng hạt theo kích thước là yếu tố cốt lõi để duy trì tiêu chuẩn phòng sạch. Thiết bị đếm hạt cầm tay là công cụ đo quan trọng, hoạt động dựa trên nguyên lý tán xạ laser, giúp nhanh chóng xác định nồng độ hạt trong không khí. Nhờ đó, kỹ sư QC có thể đánh giá môi trường và xác định nguồn ô nhiễm. Tuy nhiên, độ chính xác của thiết bị có thể suy giảm do lão hóa diode laser và hao mòn bơm hút, gây trôi sai số. Do đó, hiệu chuẩn thiết bị đếm hạt định kỳ là yêu cầu kỹ thuật bắt buộc nhằm đảm bảo dữ liệu phân loại phòng sạch luôn chính xác và tin cậy.
1. Cơ Sở Kỹ Thuật Đo Lường của Thiết Bị Đếm Hạt
Thiết bị này dùng nguyên lý quang học phức tạp. Nó chuyển hiện tượng vật lý (hạt chắn sáng) thành tín hiệu điện tử có thể đếm.
Thiết bị đếm hạt cầm tay MET ON HHPC 3+
1.1. Nguyên lý Tán Xạ Ánh Sáng Laser (Light Scattering)
Kỹ thuật Cốt lõi: Thiết bị dùng nguồn laser (thường là diode) chiếu sáng mẫu không khí nhỏ. Khi hạt đi qua, nó tán xạ ánh sáng.
Đo và Phân loại: Cảm biến quang học thu ánh sáng tán xạ. Cường độ ánh sáng tán xạ tỷ lệ với kích thước hạt. Thiết bị phân tích cường độ này để đếm hạt theo các kênh kích thước.
Lưu lượng Bơm Hút: Độ chính xác nồng độ hạt phụ thuộc vào việc duy trì lưu lượng không khí mẫu chính xác. Bất kỳ thay đổi lưu lượng nào cũng làm sai lệch kết quả.
1.2. Ứng Dụng Phân Tích Dữ Liệu
Thiết bị cung cấp dữ liệu thô. Dữ liệu này dùng để tính toán các thông số chuẩn hóa:
Phân loại ISO 14644: Kỹ sư tính toán nồng độ hạt để phân loại phòng sạch (ISO Class 5, 7…). Họ thực hiện việc này ở cả trạng thái “Nghỉ” và “Hoạt động”.
Đánh giá Hiệu suất Lọc: Thiết bị đo nồng độ hạt trước và sau bộ lọc HEPA/ULPA. Việc này giúp xác định hiệu suất lọc và tìm rò rỉ.
2. Ứng Dụng Chiến Lược Trong Môi Trường Kiểm Soát
TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỘ CHÍNH XÁc
Thiết bị đếm hạt là công cụ pháp lý để phân loại phòng sạch (ISO 14644, GMP). Sai số nhỏ nhất cũng dẫn tới rủi ro chất lượng thảm khốc.
0.3 μm
Kích thước Hạt Tối thiểu
Hạt nhỏ nhất cần đếm trong nhiều ứng dụng bán dẫn/dược phẩm.
28.3 LPM
Lưu Lượng Chuẩn
Tương đương 1 ft³/min — cần kiểm soát để tính nồng độ hạt chính xác.
ISO 21501-4
Tiêu Chuẩn Hiệu Chuẩn
Quy định về hiệu suất đếm và phân loại kích thước hạt bằng hạt chuẩn PSL.
70%
Khả năng Sai Lệch
Tỷ lệ thiết bị gặp vấn đề về laser hoặc lưu lượng sau 12 tháng không hiệu chuẩn.
Độ chính xác đếm hạt quyết định sự thành bại của quy trình sản xuất.
2.1. Kiểm Soát Dược phẩm và Điện tử
Sản xuất Chip Bán dẫn: Một hạt bụi $0.5\mu\text{m}$ có thể gây lỗi nghiêm trọng. Do đó, kỹ sư dùng thiết bị đếm hạt liên tục. Họ giám sát các khu vực sản xuất nhạy cảm.
Đóng gói Vô trùng (Dược phẩm): Quy định GMP yêu cầu kiểm soát hạt $5.0\mu\text{m}$. Điều này đảm bảo môi trường tiêm chủng hoặc đóng gói thuốc là vô trùng.
2.2. Bảo Trì HVAC và Kiểm tra Rò rỉ
Kiểm tra Rò rỉ Màng lọc (Filter Leak Testing): Thợ dùng thiết bị để quét bộ lọc HEPA/ULPA. Hạt tăng đột ngột cho biết vị trí rò rỉ. Việc này cho phép bảo trì kịp thời.
Đánh giá Chất lượng Không khí Trong nhà (IAQ): Kỹ thuật viên phân tích nguồn ô nhiễm hạt. Họ thực hiện việc này trong bệnh viện, bảo tàng, hoặc văn phòng.
3. Vai Trò Tuyệt Đối Của Hiệu Chuẩn Thiết Bị Đếm Hạt
RỦI RO LÃO HÓA THIẾT BỊ (DRIFT)
Các thành phần quang học (diode laser) và cơ khí (bơm hút) suy giảm theo thời gian. Hiệu suất đếm, đặc biệt ở kích thước nhỏ, giảm làm mất khả năng phát hiện hạt quan trọng.
Yếu tố gây suy giảm
Giảm công suất diode laser.
Bơm hút không ổn định dẫn đến sai lưu lượng.
Bụi bẩn trên ống quang làm giảm tín hiệu.
Đồ Thị Suy Giảm Hiệu Suất Đếm (0.3 μm)
Đường đỏ tượng trưng cho thiết bị không hiệu chuẩn; hiệu chuẩn định kỳ giúp phục hồi hiệu suất.
PHÂN TÍCH DỮ LIỆU PHÒNG SẠCH TIÊU BIỂU
Thành Phần Hạt Ô Nhiễm (ISO Class 7)
Đa số hạt ô nhiễm là kích thước nhỏ, thường do con người hoặc quy trình.
Độ Lệch Lưu Lượng (Device Flow Error)
Độ lệch lưu lượng là vấn đề phổ biến nhất; phải hiệu chuẩn bằng dụng cụ đo lưu lượng chuẩn.
Sai số đếm hạt không được chấp nhận. Sai số này có thể dẫn đến phân loại sai cấp độ phòng sạch.
3.1. Đảm Bảo Hiệu suất Đếm (Counting Efficiency)
Lão hóa Thiết bị: Năng lượng laser suy giảm theo thời gian. Điều này giảm cường độ ánh sáng tán xạ. Kết quả là, thiết bị đếm thiếu hoặc báo cáo sai kích thước hạt nhỏ.
Hiệu chuẩn Xác minh: Hiệu chuẩn Thiết Bị Đếm Hạt kiểm tra hai thông số:
Độ phân giải Kích thước (Size Resolution): Khả năng phân biệt chính xác kích thước hạt.
Hiệu suất Đếm (Counting Efficiency): Kỹ thuật viên kiểm tra xem thiết bị có đếm được $50\%$ số hạt ở kích thước tối thiểu hay không.
Khôi phục Tính Toàn vẹn: Quy trình hiệu chuẩn điều chỉnh điện áp cảm biến hoặc laser. Nó khôi phục hiệu suất đếm ban đầu.
3.2. Tuân thủ Pháp lý và Truy Xuất Nguồn Gốc
Tiêu chuẩn ISO 21501-4: Tiêu chuẩn này bắt buộc đếm hạt phải được hiệu chuẩn. Họ dùng Hạt Chuẩn Polystyrene Latex (PSL) có thể truy xuất nguồn gốc.
Chứng cứ Kiểm toán: Chứng chỉ Hiệu chuẩn là bằng chứng khách quan. Nó cần thiết cho kiểm toán FDA, EMA hoặc chứng nhận ISO. Chứng chỉ này chứng minh dữ liệu độ sạch là hợp lệ.
4. Quy Trình Hiệu Chuẩn Chuyên Nghiệp
Quy trình hiệu chuẩn phải tuân thủ nghiêm ngặt ISO 21501-4. Điều này đảm bảo tính chính xác cao nhất.
Hạt Chuẩn Truy xuất Nguồn gốc: Kỹ thuật viên dùng Hạt Chuẩn PSL được chứng nhận. Các hạt này có kích thước chính xác tuyệt đối.
Kiểm tra Độ phân giải Kích thước: Họ kiểm tra khả năng phân biệt giữa các kích thước hạt chuẩn khác nhau.
Kiểm tra Hiệu suất Đếm: Họ đếm một nồng độ hạt chuẩn đã biết. Sau đó, họ so sánh số đếm với một Thiết bị Đếm Tham chiếu đã được chứng nhận.
Kiểm tra Lưu lượng: Họ xác minh lưu lượng bơm hút bằng chuẩn lưu lượng chính xác cao.
Cấp Chứng chỉ: Cuối cùng, Chứng chỉ Hiệu chuẩn được cấp. Nó xác nhận độ chính xác, hiệu suất đếm và ngày hiệu chuẩn tiếp theo theo chuẩn ISO 21501-4.
CÁC THỬ NGHIỆM BẮT BUỘC THEO ISO 21501-4
Hiệu chuẩn theo ISO 21501-4 bao gồm chuỗi thử nghiệm độc lập nhằm kiểm chứng khả năng phân loại kích thước và độ nhạy của thiết bị.
📐
Cài Đặt Kích Thước
Dùng hạt chuẩn PSL để hiệu chỉnh kênh kích thước.
👁️🗨️
Độ Phân Giải Kích Thước
Đảm bảo phân biệt các kích thước gần nhau (ví dụ 0.3μm vs 0.5μm).
🎯
Hiệu Suất Đếm
So sánh với bộ đếm tham chiếu để đảm bảo độ nhạy 50% tại 0.3μm.
💨
Lưu Lượng Thể Tích
Xác thực lưu lượng (28.3 LPM) trong ±5% so với danh định.
🚫
Thử nghiệm Hạt Không
Kiểm tra nhiễu và ô nhiễm nội bộ khi không có hạt (phải gần 0).
Kết Luận
Thiết Bị Đếm Hạt Cầm Tay là lá chắn đầu tiên chống ô nhiễm. Giá trị thiết bị phụ thuộc vào khả năng đếm hạt chính xác. Hiệu chuẩn Thiết Bị Đếm Hạt định kỳ là hành động kỹ thuật bắt buộc. Nó chống trôi dạt của laser và bơm hút. Hơn nữa, nó đảm bảo dữ liệu phân loại phòng sạch hợp lệ. Điều này bảo vệ chất lượng sản phẩm và tuân thủ quy định quốc tế.
