空氣潔凈度測(cè)試中的若干問(wèn)題

梁希文/廣東省清遠(yuǎn)市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所

0 引言

2001年11月29日，美國(guó)GSA正式宣布取消聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS209E，并由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的新標(biāo)準(zhǔn)ISO14644-1/2“潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境，第一部分：空氣潔凈度等級(jí)”和“潔凈度及相關(guān)受控環(huán)境，第二部分：認(rèn)證ISO14644-2相符性的測(cè)試和監(jiān)測(cè)技術(shù)條件”所取代。而我國(guó)也在原國(guó)標(biāo)的基礎(chǔ)上推出新的國(guó)標(biāo)GB50073-2001《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》。

目前，我國(guó)正處于新老標(biāo)準(zhǔn)交替之時(shí)。另一方面，同一領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，不同部門先后出臺(tái)自己的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如果業(yè)內(nèi)人員，尤其是新從業(yè)人員對(duì)潔凈度測(cè)試技術(shù)認(rèn)知不完善，很容易造成思想上的混亂，這對(duì)今后我國(guó)潔凈技術(shù)的發(fā)展以及加強(qiáng)國(guó)際合作都是不利的。本文分析了空氣潔凈度測(cè)試中的三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使對(duì)該項(xiàng)技術(shù)能有更深層次的理解。

1 最小采樣量的由來(lái)

由于計(jì)數(shù)器的讀數(shù)皆為正整數(shù)，在潔凈度很高時(shí)，如果檢測(cè)容量較小，測(cè)定次數(shù)很少，則測(cè)得的往往都是或絕大部分是“零”，這就不能反映真實(shí)的濃度場(chǎng)。因此，要求規(guī)定粒子計(jì)數(shù)器的最小檢測(cè)容量，即落入這個(gè)檢測(cè)容量中的塵粒多于零粒的可能性極大，也就是要達(dá)到在這樣大的檢測(cè)容量中基本排除出現(xiàn)零粒的可能性。

潔凈室粒子依照泊松分布，由概率論可知其數(shù)學(xué)期望E （X）= λ，假設(shè)潔凈室中粒子濃度為λ粒，進(jìn)行一次檢測(cè)時(shí)，單位檢測(cè)容量中出現(xiàn)K粒的概率為

而出現(xiàn)零粒的概率為：

若要求出現(xiàn)零粒的概率≤5%（也就是說(shuō)測(cè)量的置信度為95%），則λ = 3。也就是說(shuō)只有當(dāng)潔凈室的某粒徑的粒子濃度λ≥3時(shí)，才可以確保每次都能檢測(cè)到該粒子，否則會(huì)出現(xiàn)所采樣的單位容量中所含該粒徑的粒子為零的情況。

基于以上的分析，可用下式確定最小采樣量，即

其中，λ = 3。

Vs— 每個(gè)采樣點(diǎn)的每次采樣量（m3）。

Cn×m— 被測(cè)潔凈室空氣潔凈度等級(jí)的被測(cè)粒徑的限值（粒/m3）。

后來(lái)，美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS209E則以最小檢測(cè)容積中的平均粒數(shù)為20粒來(lái)確定最小采樣量，此時(shí)（1）式變?yōu)?/p>

這里λ = 20的取值不是理論計(jì)算得來(lái)，而是經(jīng)過(guò)大量實(shí)測(cè)后得出的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，其目的在于當(dāng)潔凈度級(jí)別上限值為1，10，100，…等整數(shù)，使計(jì)算結(jié)果只有一位有效數(shù)字即0.2，0.02，…。

當(dāng)Vs取單位為升時(shí)，則式（2）變?yōu)?/p>

該式與英文版ISO14644-1中的式（B.2）相一致，而在GB50073-2001的附錄C中則是將式（2）右邊乘以一百而不是乘以一千，顯然是經(jīng)不起理論推敲的(也可能是翻譯或者排版印刷錯(cuò)誤造成的，需要引起有關(guān)部門的注意)。

2 檢測(cè)粒徑的選取

GB50073-2001的懸浮粒子潔凈度等級(jí)表中，每一個(gè)級(jí)別均列出了兩個(gè)以上粒徑的濃度限值，實(shí)際上某一粒徑滿足級(jí)別范圍即可認(rèn)為符合級(jí)別的要求，這是因?yàn)榘褲舛认拗涤?jì)算所依據(jù)的公式

式中：Cn— 大于或等于要求粒徑的粒子最大允許濃度（粒 /m3）。

N — 潔凈度等級(jí)。

D — 要求的粒徑。

兩邊取對(duì)數(shù)可得：

式（5）顯然為一線性方程，也就是說(shuō)粒子粒徑分布在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上是呈線性關(guān)系的。

上文的分析，可給實(shí)際操作帶來(lái)很大的便利。例如檢測(cè)100級(jí)的潔凈室，對(duì)于5 μm的粒徑，其濃度限值為29粒/m3，由公式（3）可得 Vs為690 L，即用最大采樣量（28.3 L/min）的粒子計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量，也需要連續(xù)采樣24 min以上。如果選取0.5 μm的粒徑，其濃度限值為3 520粒/m3，則只需采樣5.68 L。當(dāng)0.5 μm粒徑的檢測(cè)結(jié)果符合100級(jí)潔凈室的要求時(shí)，可以斷定5 μm粒徑的濃度也是符合的。

3 潔凈度級(jí)別的確定

GB50073-2001依據(jù)ISO14644-1把空氣潔凈度分為0～9個(gè)級(jí)別，同時(shí)注明潔凈度等級(jí)整數(shù)之間的中間數(shù)可以按0.1為最小允許遞增量。也就是說(shuō)可以把潔凈度等級(jí)分為數(shù)字不超出9的許多個(gè)等級(jí)，而不是GBJ73-1984《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》那樣僅分為100，1000，104，1054個(gè)等級(jí)，亦不是像我國(guó)GMP 那樣分為100，104，105，3×1054個(gè)等級(jí)，表1給出了GB50073-2001與我國(guó)GMP空氣潔凈度級(jí)別對(duì)照關(guān)系。目前在空氣潔凈度檢測(cè)領(lǐng)域，仍舊流行采用我國(guó)GMP所定的級(jí)別稱謂，同行之間習(xí)慣于稱某個(gè)房間符合一百級(jí)或一萬(wàn)級(jí)的等級(jí)要求?？梢杂杀?見到，GB50073-2001的第5級(jí)對(duì)應(yīng)于GMP的100級(jí)，第7級(jí)對(duì)應(yīng)于104級(jí)，第8級(jí)對(duì)應(yīng)于105級(jí)。但由于0.1 μm粒徑的濃度限值為10，100，1 000，10 000 ……，常使人誤認(rèn)為第2級(jí)對(duì)應(yīng)于GMP的100級(jí)，第4級(jí)為104級(jí)，第5級(jí)為105級(jí)，從而給檢測(cè)工作造成困難。

4 結(jié)論

分析空氣潔凈度測(cè)試中最小采樣量的理論，給出了最小采樣量計(jì)算公式的推演過(guò)程，由此發(fā)現(xiàn)GB50073-2001中關(guān)于最小采樣量計(jì)算公式的謬誤。利用公式推導(dǎo)指出了檢測(cè)粒徑只需選取一種即可，這樣可操作性更強(qiáng)，效率更高。最后作者對(duì)比了GB50073-2001與我國(guó)GMP空氣潔凈度級(jí)別，同時(shí)指出其中容易造成錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的地方。

表1 GB50073-2001與我國(guó)GMP空氣潔凈度級(jí)別對(duì)照表

[1]Technical Committee ISO/TC 209 Cleanrooms and associated controlled environments. ISO14644-1[S]. Switzerland, 1999.

[2]中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院. GB50073-2001[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2001.

[3]中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司. GB50457-2008[S]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2008.

[4]魏學(xué)孟, 關(guān)于潔凈室最小采樣量的理論分析[J]. 潔凈煤技術(shù), 1996(01): 7-8.

[5]劉俊杰, 柏婧, 朱能. 醫(yī)藥工業(yè)潔凈室懸浮粒子測(cè)試方法的分析[J]. 潔凈與空調(diào)技術(shù), 2004(01)：31-33.