Lưu lượng 28,3 / 50 / 100 LPM: chọn máy đếm hạt theo thời gian lấy mẫu

Lưu lượng máy đếm hạt không phải là thông số marketing — nó quyết định trực tiếp thời gian lấy mẫu phân loại phòng sạch. Khi thể tích mẫu tối thiểu ISO 14644-1 quy định lên tới hàng trăm lít mỗi vị trí, chênh lệch giữa 28,3 và 100 LPM là chênh lệch giữa một ca làm việc và một buổi sáng. Bài viết trình bày phép tính đó và cách chọn lưu lượng cho đúng bài toán.

Thể tích mẫu tối thiểu đến từ đâu

ISO 14644-1 không cho phép chọn thể tích mẫu tuỳ ý. Tiêu chuẩn yêu cầu tại mỗi vị trí phải lấy đủ thể tích khí sao cho phát hiện được ít nhất 20 hạt nếu nồng độ đúng bằng giới hạn của cấp sạch, xét ở kích thước hạt lớn nhất được quan tâm. Từ đó suy ra công thức quen thuộc:

V_s = (20 / C_n,m) × 1.000 (lít)

trong đó C_n,m là giới hạn nồng độ (hạt/m³) ở kích thước lớn nhất được xét. Kèm theo hai ràng buộc sàn: mỗi vị trí lấy tối thiểu 2 lít và thời gian lấy mẫu tối thiểu 1 phút.

Điểm mấu chốt nằm ở cụm “kích thước hạt lớn nhất được xét”. Vì giới hạn nồng độ giảm rất nhanh khi kích thước tăng, thể tích mẫu yêu cầu tăng rất nhanh theo. Hai ví dụ ở hai đầu:

Trường hợp	Giới hạn (hạt/m³)	Vs tính theo công thức	Ràng buộc thực tế
ISO Class 7 tại 0,5 µm	352.000	≈ 0,06 lít	Sàn 2 lít và 1 phút quyết định
ISO Class 5 tại 0,5 µm	3.520	≈ 5,7 lít	Sàn 1 phút vẫn quyết định
ISO Class 6 tại 5,0 µm	293	≈ 68 lít	Thời gian bắt đầu đáng kể
Grade A theo EU GMP Annex 1 tại ≥5,0 µm	29	≈ 690 lít (~0,7 m³)	Thời gian trở thành yếu tố chi phối

Lưu ý về phiên bản tiêu chuẩn. Bản ISO 14644-1:2015 đã bỏ giới hạn cho hạt ≥5,0 µm khỏi bảng phân loại của ISO Class 5, do khó khăn về sai số thống kê khi đếm hạt lớn ở nồng độ rất thấp; nhóm hạt lớn được xử lý riêng qua khái niệm macroparticle. Trong khi đó EU GMP Annex 1 vẫn giữ yêu cầu theo dõi hạt ≥5,0 µm cho khu vực Grade A và B. Vì vậy con số 0,7 m³ ở dòng cuối bảng là bài toán của nhà máy dược, không phải của mọi phòng sạch.

Từ thể tích ra thời gian: bảng quy đổi

Chia thể tích cho lưu lượng là ra thời gian lấy mẫu tại mỗi vị trí. Ba mức lưu lượng phổ biến nhất trên thị trường là 28,3 LPM (1,0 CFM), 50 LPM (1,77 CFM) và 100 LPM (3,53 CFM).

Thể tích mẫu / vị trí	28,3 LPM	50 LPM	100 LPM
2 lít (sàn tối thiểu)	1 phút*	1 phút*	1 phút*
28,3 lít (1 ft³)	1 phút	≈ 34 giây → 1 phút*	≈ 17 giây → 1 phút*
68 lít	≈ 2 phút 24 giây	≈ 1 phút 22 giây	≈ 1 phút*
690 lít (~0,7 m³)	≈ 24 phút 24 giây	≈ 13 phút 48 giây	≈ 6 phút 54 giây
1.000 lít (1 m³)	≈ 35 phút 20 giây	≈ 20 phút	≈ 10 phút

* Ràng buộc thời gian lấy mẫu tối thiểu 1 phút của tiêu chuẩn có hiệu lực, thời gian tính theo lưu lượng ngắn hơn không được dùng.

Bảng này cho thấy một điều thường bị bỏ qua: ở cấp sạch thấp, lưu lượng gần như không tạo khác biệt — vì sàn 1 phút chi phối. Chỉ khi thể tích mẫu yêu cầu vượt qua vài chục lít thì lưu lượng mới bắt đầu quyết định lịch làm việc. Nói cách khác, mua máy 100 LPM để phân loại một phòng ISO Class 8 là đầu tư không tạo ra giá trị thời gian tương ứng.

Nhân với số vị trí lấy mẫu

Thời gian trên mới là của một vị trí. ISO 14644-1:2015 xác định số vị trí lấy mẫu tối thiểu theo diện tích phòng, xấp xỉ bằng căn bậc hai của diện tích tính bằng mét vuông, làm tròn lên.

Áp vào một phòng sạch dược 200 m²: số vị trí tối thiểu là 15. Nếu mỗi vị trí cần 0,7 m³:

• Máy 28,3 LPM: 15 × 24,4 phút ≈ 6 giờ 6 phút thời gian hút thuần tuý
• Máy 50 LPM: 15 × 13,8 phút ≈ 3 giờ 27 phút
• Máy 100 LPM: 15 × 6,9 phút ≈ 1 giờ 44 phút

Đây mới là thời gian hút mẫu, chưa tính di chuyển giữa các điểm, ổn định đầu dò, ghi chép và thao tác thay đổi vị trí — trong thực tế thường cộng thêm 30–50%. Với phòng lớn, khác biệt giữa 28,3 và 100 LPM là khác biệt giữa hai ca và nửa buổi. Nhân tiếp với số phòng và số kỳ đánh giá trong năm, con số này chuyển thành chi phí nhân sự và thời gian dừng khu vực rất cụ thể.

Lưu lượng cao không phải lúc nào cũng tốt hơn

Nếu lưu lượng cao chỉ có lợi, thị trường đã không còn máy 28,3 LPM. Bốn đánh đổi thực tế:

1. Khối lượng và tính cơ động

Bơm lớn hơn nghĩa là máy nặng hơn và cồng kềnh hơn. Với công việc leo thang kiểm tra lọc HEPA hoặc đo trong khoang hẹp, một máy 1,0 CFM cầm tay thắng tuyệt đối một máy 3,53 CFM.

2. Thời lượng pin

Lưu lượng cao tiêu thụ điện nhiều hơn. Đây là lý do các dòng máy lưu lượng lớn thường ưu tiên phương án cấp nguồn lưới, và các thông số pin công bố của dòng đa lưu lượng thường giảm rõ ở mức lưu lượng cao nhất.

3. Ngưỡng kích thước nhỏ nhất

Ở lưu lượng cao, thời gian một hạt đi qua vùng quang học ngắn hơn, khiến việc giữ độ nhạy ở ngưỡng nhỏ nhất khó hơn. Trên thực tế điều này thể hiện ở chỗ nhiều dòng máy 100 LPM có ngưỡng nhỏ nhất là 0,5 µm, trong khi các dòng 28,3–50 LPM đạt 0,3 µm. Trong danh mục PMS, Lasair III 5100 đo 0,5–25,0 µm ở 100 LPM, còn Lasair III 350L đo 0,3–25,0 µm ở 50 LPM.

4. Đầu dò và ống lấy mẫu phải tương thích

Lấy mẫu đẳng động lực đòi hỏi đầu dò có tiết diện phù hợp với lưu lượng. Dùng lại đầu dò của máy 1,0 CFM cho máy 100 LPM sẽ làm sai điều kiện đẳng động lực và gây mất hạt lớn ngay tại đầu vào — sai số này không hiện ra trong bất kỳ báo cáo nào.

Đối chiếu các dòng máy trên thị trường

Bảng dưới đối chiếu theo thông số công bố của từng hãng. Cả ba dòng đều được thiết kế theo ISO 21501-4, nên tiêu chí này không dùng để phân biệt.

Model	Lưu lượng	Dải kích thước	Số kênh	Ghi chú
PMS Lasair III 310C	28,3 LPM (1,0 CFM) ±5%	từ 0,3 µm	6 (0,3 · 0,5 · 1,0 · 5,0 · 10,0 · 25,0 µm)	Cầm tay, di động
PMS Lasair III 350L	50 LPM (1,77 CFM) ±5%	0,3 – 25,0 µm	6	Pin sạc, màn cảm ứng màu
PMS Lasair III 5100	100 LPM (3,53 CFM) ±5%	0,5 – 25,0 µm	6 (0,5 · 1,0 · 2,0 · 5,0 · 10,0 · 25,0 µm)	Máy in nhiệt tích hợp, vỏ polycarbonate
Lighthouse Solair 3100+	1,0 CFM (28,3 LPM)	từ 0,3 µm, dải tới 25,0 µm	6 tiêu chuẩn, 8 tuỳ chọn	Theo công bố của hãng
Beckman Coulter MET ONE 3400+	28,3 / 50 / 100 LPM tuỳ model	0,3 – 25,0 µm tuỳ model	tới 6	Pin tới 6 giờ; ~3 giờ ở mức 100 LPM theo công bố

Đọc bảng theo hướng ra quyết định: nếu chỉ cần một máy duy nhất phục vụ nhiều loại phòng, dòng cho phép chọn nhiều mức lưu lượng trong cùng họ sản phẩm giúp chuẩn hoá đào tạo và phụ kiện. Nếu bài toán là một phòng rất lớn, phân loại định kỳ, máy 100 LPM trả lại thời gian rõ rệt nhất. Nếu bài toán là kiểm tra lọc và điều tra tại chỗ, ngưỡng 0,3 µm và tính cơ động của lớp 28,3–50 LPM quan trọng hơn.

Khung quyết định

Bốn câu hỏi, trả lời theo thứ tự:

Câu 1 — Kích thước hạt lớn nhất phải xét là bao nhiêu? Đây là biến quyết định thể tích mẫu. Nếu quy định áp dụng yêu cầu theo dõi hạt ≥5,0 µm, thể tích nhảy lên hàng trăm lít và lưu lượng lập tức trở thành yếu tố chi phối.

Câu 2 — Diện tích phòng lớn nhất phải phân loại? Nhân với căn bậc hai của diện tích ra số vị trí, rồi nhân với thời gian mỗi vị trí. Con số giờ này mới là căn cứ so sánh, không phải con số LPM.

Câu 3 — Ngưỡng nhỏ nhất có bắt buộc là 0,3 µm không? Nếu có, không gian lựa chọn ở mức 100 LPM hẹp lại đáng kể.

Câu 4 — Máy phải mang đi những đâu? Nếu công việc gồm cả kiểm tra lọc trên thang và đo trong khoang chật, cân nặng và nguồn pin có trọng số cao hơn thời gian hút mẫu.

Một lựa chọn phổ biến và hợp lý ở nhà máy có nhiều loại phòng: một máy lưu lượng cao dùng cho các đợt phân loại phòng lớn, cộng một máy 1,0 CFM ngưỡng 0,3 µm dùng cho kiểm tra lọc, điều tra sự cố và giám sát bổ sung. Tổng chi phí thường thấp hơn phương án mua hai máy cùng loại, mà năng lực bao phủ rộng hơn hẳn.

Biên soạn bởi Khanh Nguyen — Marketing Manager, Techmaster Electronics JSC.