Licznik cząstek stałych – zasada działania i zastosowania w analizie chemicznej

Liczniki cząstek stałych natychmiast wskazują, ile i jakiej wielkości cząstki unoszą się w badanym medium (zwykle w powietrzu lub cieczy), umożliwiając ocenę czystości, skuteczności filtracji i zgodności z normami. Działają najczęściej w oparciu o rozproszenie światła laserowego oraz zasadę Coultera, co pozwala zarówno zliczać cząstki, jak i klasyfikować je średnicowo w typowym zakresie od 0,3 do 10 µm. Poniżej objaśniamy, jak to funkcjonuje w praktyce i gdzie te urządzenia mają największe zastosowanie w analizie chemicznej.

Zasada działania: od lasera do klasy wielkości

Większość liczników aerozoli wykorzystuje rozproszenie światła: strumień powietrza z cząstkami przechodzi przez wąską komorę pomiarową oświetloną wiązką laserową. Każda cząstka rozprasza światło, generując impuls o amplitudzie proporcjonalnej do jej rozmiaru optycznego. Elektronika zlicza impulsy i przypisuje je do klas wielkości, tworząc histogram koncentracji (liczba cząstek na jednostkę objętości) w przedziałach 0,3–0,5–1–2,5–5–10 µm.

W cieczach popularna jest zasada Coultera: cząstki przepływają przez mikrootwór w przewodzącym elektrolicie. Każda cząstka chwilowo zmienia opór elektryczny, a rejestrowany skok sygnału odpowiada jej objętości. To podejście minimalizuje wpływ właściwości optycznych cząstek i pozwala wiarygodnie oszacować rozkład wielkości w próbkach farmaceutycznych i materiałowych.

Kluczowe elementy toru pomiarowego to stabilne źródło laserowe/elektryczne, precyzyjna aerodynamika/ hydraulika próbki, detektor (fotodioda lub układ elektrod), oraz algorytmy korekcji koincydencji, kalibracji i tła. Dzięki nim możliwe jest porównywanie wyników w czasie i między urządzeniami, zgodnie z normami ISO 21501 i USP.

Metodyka pomiaru: przepływ, kalibracja, niepewność

Rzetelny odczyt wymaga kontrolowanego przepływu. Urządzenia utrzymują stały strumień (np. 2,83 l/min dla pomiarów środowiskowych), co umożliwia przeliczenie impulsów na koncentrację. Kalibrację wykonuje się z użyciem sfer polistyrenowych o znanej średnicy (metoda optyczna) lub standaryzowanych zawiesin (Coulter), co zapewnia spójność progów klas wielkości.

Niepewność pomiaru redukuje się przez: filtrację tła przed startem, korekcję koincydencji (gdy kilka cząstek mija detektor jednocześnie), kontrolę temperatury i wilgotności, a w cieczach – przez odgazowanie próbki i kontrolę przewodnictwa. W praktyce pomiary wykonuje się w replikatach oraz z próbami ślepymi, a wyniki raportuje jako koncentrację liczbową i rozkład wielkości z przypisaną niepewnością.

Typy urządzeń i wybór rozwiązania do laboratorium

Wyróżniamy liczniki przenośne i stacjonarne. Przenośne służą do szybkich audytów, testów punktowych i diagnostyki w terenie (np. pomieszczenia czyste, krótkie kampanie środowiskowe). Stacjonarne integruje się z instalacjami HVAC lub liniami procesowymi, prowadząc ciągły monitoring z alarmami progowymi i rejestracją danych.

W wyborze liczy się: minimalna wykrywalna wielkość (≥0,3 µm dla cleanroomów), stabilność przepływu, liczba kanałów wielkości, zgodność z ISO 21501, USP <789> i wymaganymi protokołami IQ/OQ/PQ, a także możliwości komunikacji (Ethernet, Modbus, Wi‑Fi) i walidacji danych (21 CFR Part 11). Przykładem urządzenia do audytów HVAC jest licznik Fluke 985, wykorzystujący laser i rejestrację danych dla klas 0,3–10 µm.

Analiza chemiczna w praktyce: gdzie liczniki robią różnicę

W farmacji i medycynie stosuje się je do testów cząstek w roztworach parenteralnych (USP <789>) oraz do oceny zanieczyszczeń związanych z implantami i materiałami medycznymi (np. EN 45502, AAMI AT6). Pozwala to szybko powiązać źródła cząstek z etapami procesu i zapobiec odrzutom serii.

W ochronie środowiska liczniki wspierają monitoring jakości powietrza, ocenę narażenia oraz skuteczność filtracji w oczyszczaczach, komorach laminarnych i systemach HVAC. Regularne serie pomiarowe wykrywają anomalie emisji, wskazując momenty awarii filtrów lub zmian w procesie.

W motoryzacji urządzenia do spalin mierzą liczbę i rozkład cząstek, co umożliwia kontrolę filtrów DPF i wykrywanie ich uszkodzeń poprzez sygnaturę emisji cząstek. To szybka diagnostyka zgodna z wymaganiami regulacyjnymi dotyczącymi emisji cząstek stałych.

Normy i zgodność: gwarancja porównywalności wyników

Zgodność z ISO 21501 zapewnia poprawną kalibrację, rozdzielczość i liniowość dla liczników aerozoli. W kontekście farmaceutycznym kluczowe są USP (w tym USP <789>) dla badania cząstek w preparatach do iniekcji. W zastosowaniach medycznych i implantologii uwzględnia się wytyczne EN 45502 i AAMI AT6. Trzymanie się tych standardów pozwala zestawiać wyniki pomiędzy laboratoriami oraz spełniać wymagania audytowe i regulacyjne.

Korzyści dla laboratoriów i przemysłu

Najważniejsze atuty to szybka detekcja zanieczyszczeń, obiektywna ocena skuteczności filtracji oraz możliwość śledzenia źródeł cząstek na poszczególnych etapach procesu. Wdrożenie stałego monitoringu ogranicza przestoje, zmniejsza ryzyko niezgodności i pomaga utrzymać stabilność jakościową – zarówno w cleanroomach, jak i w liniach produkcyjnych.

• Redukcja kosztów dzięki wczesnemu wykrywaniu odchyleń.
• Lepsza zgodność z normami i krótszy czas audytów.

Jak zaplanować pomiar: praktyczny mini-protokół

Ustal cel (kontrola czystości, kwalifikacja filtra, diagnostyka awarii), dobierz urządzenie pod najmniejszą interesującą cząstkę (np. 0,3 µm) i zaplanuj punkty pomiarowe wzdłuż strumienia procesu. Wykonaj pomiary bazowe, a następnie serię w warunkach roboczych, każdorazowo notując przepływ, temperaturę i wilgotność. Wyniki porównaj z kryteriami akceptacji zapisanymi w planie jakości.

• W cieczach zadbaj o homogenizację próbki i odgazowanie; w powietrzu – o stabilne warunki przepływu i czas akwizycji.
• Raportuj rozkład wielkości i łączną koncentrację, wskazując zmiany względem linii bazowej.

Sprzęt i wsparcie dla B2B: wdrożenie bez przestojów

Jako dostawca wyposażenia kontrolno‑pomiarowego dla laboratoriów i przemysłu oferujemy doradztwo w doborze technologii (spektroskopia, chromatografia, spektrometria mas, analizatory gazów) oraz integrację liczników cząstek z istniejącą infrastrukturą HVAC lub liniami produkcyjnymi. Zapewniamy kwalifikację sprzętu (IQ/OQ), szkolenia, walidację oprogramowania oraz akcesoria do poboru prób (worki Tedlar, cylindry do gazów), aby dane były spójne i audytowalne.

Sprawdź dostępne Liczniki cząstek stałych i dobierz konfigurację pod swoje wymagania procesowe i normatywne.