空气洁净度测试中的若干问题

2011-09-07梁希文广东省清远市质量计量监督检测所

上海计量测试 2011年5期

梁希文/广东省清远市质量计量监督检测所

0 引言

2001年11月29日，美国GSA正式宣布取消联邦标准FS209E，并由国际标准化组织制定的新标准ISO14644-1/2“洁净室及相关受控环境，第一部分：空气洁净度等级”和“洁净度及相关受控环境，第二部分：认证ISO14644-2相符性的测试和监测技术条件”所取代。而我国也在原国标的基础上推出新的国标GB50073-2001《洁净厂房设计规范》。

目前，我国正处于新老标准交替之时。另一方面，同一领域的标准，不同部门先后出台自己的行业标准。如果业内人员，尤其是新从业人员对洁净度测试技术认知不完善，很容易造成思想上的混乱，这对今后我国洁净技术的发展以及加强国际合作都是不利的。本文分析了空气洁净度测试中的三个关键环节，使对该项技术能有更深层次的理解。

1 最小采样量的由来

由于计数器的读数皆为正整数，在洁净度很高时，如果检测容量较小，测定次数很少，则测得的往往都是或绝大部分是“零”，这就不能反映真实的浓度场。因此，要求规定粒子计数器的最小检测容量，即落入这个检测容量中的尘粒多于零粒的可能性极大，也就是要达到在这样大的检测容量中基本排除出现零粒的可能性。

洁净室粒子依照泊松分布，由概率论可知其数学期望E （X）= λ，假设洁净室中粒子浓度为λ粒，进行一次检测时，单位检测容量中出现K粒的概率为

而出现零粒的概率为：

若要求出现零粒的概率≤5%（也就是说测量的置信度为95%），则λ = 3。也就是说只有当洁净室的某粒径的粒子浓度λ≥3时，才可以确保每次都能检测到该粒子，否则会出现所采样的单位容量中所含该粒径的粒子为零的情况。

基于以上的分析，可用下式确定最小采样量，即

其中，λ = 3。

Vs— 每个采样点的每次采样量（m3）。

Cn×m— 被测洁净室空气洁净度等级的被测粒径的限值（粒/m3）。

后来，美国联邦标准FS209E则以最小检测容积中的平均粒数为20粒来确定最小采样量，此时（1）式变为

这里λ = 20的取值不是理论计算得来，而是经过大量实测后得出的统计数字，其目的在于当洁净度级别上限值为1，10，100，…等整数，使计算结果只有一位有效数字即0.2，0.02，…。

当Vs取单位为升时，则式（2）变为

该式与英文版ISO14644-1中的式（B.2）相一致，而在GB50073-2001的附录C中则是将式（2）右边乘以一百而不是乘以一千，显然是经不起理论推敲的(也可能是翻译或者排版印刷错误造成的，需要引起有关部门的注意)。

2 检测粒径的选取

GB50073-2001的悬浮粒子洁净度等级表中，每一个级别均列出了两个以上粒径的浓度限值，实际上某一粒径满足级别范围即可认为符合级别的要求，这是因为把浓度限值计算所依据的公式

式中：Cn— 大于或等于要求粒径的粒子最大允许浓度（粒 /m3）。

N — 洁净度等级。

D — 要求的粒径。

两边取对数可得：

式（5）显然为一线性方程，也就是说粒子粒径分布在双对数坐标图上是呈线性关系的。

上文的分析，可给实际操作带来很大的便利。例如检测100级的洁净室，对于5 μm的粒径，其浓度限值为29粒/m3，由公式（3）可得 Vs为690 L，即用最大采样量（28.3 L/min）的粒子计数器进行测量，也需要连续采样24 min以上。如果选取0.5 μm的粒径，其浓度限值为3 520粒/m3，则只需采样5.68 L。当0.5 μm粒径的检测结果符合100级洁净室的要求时，可以断定5 μm粒径的浓度也是符合的。

3 洁净度级别的确定

GB50073-2001依据ISO14644-1把空气洁净度分为0～9个级别，同时注明洁净度等级整数之间的中间数可以按0.1为最小允许递增量。也就是说可以把洁净度等级分为数字不超出9的许多个等级，而不是GBJ73-1984《洁净厂房设计规范》那样仅分为100，1000，104，1054个等级，亦不是像我国GMP 那样分为100，104，105，3×1054个等级，表1给出了GB50073-2001与我国GMP空气洁净度级别对照关系。目前在空气洁净度检测领域，仍旧流行采用我国GMP所定的级别称谓，同行之间习惯于称某个房间符合一百级或一万级的等级要求。可以由表1见到，GB50073-2001的第5级对应于GMP的100级，第7级对应于104级，第8级对应于105级。但由于0.1 μm粒径的浓度限值为10，100，1 000，10 000 ……，常使人误认为第2级对应于GMP的100级，第4级为104级，第5级为105级，从而给检测工作造成困难。

4 结论

分析空气洁净度测试中最小采样量的理论，给出了最小采样量计算公式的推演过程，由此发现GB50073-2001中关于最小采样量计算公式的谬误。利用公式推导指出了检测粒径只需选取一种即可，这样可操作性更强，效率更高。最后作者对比了GB50073-2001与我国GMP空气洁净度级别，同时指出其中容易造成错误认识的地方。