摘要：在电子制造、新能源、生物制药、光电、航空航天等对洁净环境要求极高的行业中，空气尘埃粒子的监测至关重要。准确测量空气中尘埃粒子的数量和大小，直接关系到生产合格率和实验成果的可靠性。然而，采样管作为连接采样点与粒子计数器的关键部件，其设计和使用不当可能导致粒子损失

在电子制造、新能源、生物制药、光电、航空航天等对洁净环境要求极高的行业中，空气尘埃粒子的监测至关重要。准确测量空气中尘埃粒子的数量和大小，直接关系到生产合格率和实验成果的可靠性。然而，采样管作为连接采样点与粒子计数器的关键部件，其设计和使用不当可能导致粒子损失，进而影响测量结果的准确性。因此，如何有效减少采样管中的粒子损失，已成为当前亟待解决的技术难题。为应对这一挑战，可以从以下几个方面进行优化，可以有效减少采样管中的粒子损失，提高尘埃粒子监测的准确性，从而为洁净环境下的生产和实验提供更可靠的数据支持。

一、减少或避免使用采样管

ISO 14644 - 21:2023这一国际标准为我们提供了重要的指导方向。从原理上来说，任何采样管都会不可避免地导致粒子损失。是因为当含有粒子的空气在采样管中流动时，尘埃粒子会与管壁发生碰撞、吸附等作用，从而造成损失。而且，管道越长，粒子在管内流动的时间会越长，与管壁接触的机会也就越多，损失也就会越大；弯曲次数越多，气流的方向和速度变化就越复杂，粒子更容易因碰撞和湍流而损失。

所以，在实际操作中，我们应尽可能避免使用采样管。只有在一些特殊情况下，比如无法直接将粒子计数器放置在需要采样的位置，像单向流设备外部，由于设备的结构限制或者安全要求等因素，不得不使用采样管时，才考虑使用。并且，在选择采样管时，要优先选择短管，以最大程度减少粒子损失。

二、优化采样管设计

2.1 长度限制

对于 RABS（限制进出屏障系统）中的固定粒子计数器，在弯曲次数不超过 3 次的情况下，可以使用 2 米以内的采样管。这是经过大量实验和实际应用验证的，在这个长度和弯曲次数的范围内，粒子损失相对较小。欧盟 GMP 建议采样管长度不超过1米，这是出于更为严格的质量控制要求，以确保测量结果的高度准确性。不过，ISO 标准也考虑到了实际应用中的多样性和复杂性，允许在对具体情况进行合理评估后放宽长度限制。例如，在某些特殊的工艺流程中，若经过充分的风险评估和验证，证明使用稍长的采样管不会对测量结果产生显著影响，那么可以适当增加采样管的长度。

2.2 材质选择

材质的选择对于减少粒子损失也起着关键作用。不锈钢是首选材质，这是因为它具有良好的导电性，可以有效防止静电吸附。在采样过程中，静电会使粒子更容易附着在管壁上，从而导致损失增加。而不锈钢能够及时将静电导走，减少这种吸附现象的发生。其次是 Bev - A - Line、Tygon 等材质，它们不仅耐高温，还能防止带电粒子附着，在高温环境或者存在带电粒子的情况下，能更好地保证采样的准确性。相反，要避免使用易产生静电的材料，因为这些材料会使粒子大量吸附在管壁上，严重影响测量结果。

三、控制弯曲次数与方向

采样管的弯曲次数对粒子损失率有着直接的影响。有研究表明，对于2米长的管道，如果弯曲次数超过3次，粒子损失可达10%。这是因为弯曲处会使气流产生湍流，粒子在湍流的作用下更容易与管壁碰撞而损失。因此，在安装采样管时，要尽量减少弯曲次数。

同时，采样管的安装方向也非常重要。在垂直单向流环境中，采样头应朝上，这样可以使粒子随着气流自然进入采样管，避免粒子因重力作用而脱落；在水平单向流环境中，采样头应沿气流方向横向定向，确保气流平稳地携带粒子进入采样管，减少因湍流导致的粒子损失。

四、定期维护与评估

4.1粒子损失评估

为了确保采样结果符合标准要求，需要定期对粒子损失进行评估。根据采样管内径和计数器流速计算损失量是一种常用的方法。通过建立数学模型或者参考相关的实验数据，可以计算出在不同内径和流速条件下的粒子损失率。将计算结果与标准要求进行对比，如果损失量超出了允许范围，就需要及时采取措施进行调整，如更换采样管、优化采样管布局等。

4.2定期更换

在连续监测过程中，采样管会逐渐积聚粒子。随着时间的推移，这些积聚的粒子会影响采样管的性能，导致粒子损失增加。因此，需要按照计划定期更换采样管。更换周期可以根据实际使用情况和环境条件来确定，例如在污染较为严重的环境中，更换周期应适当缩短。

五、使用等动力采样头

在 A 级/ISO 5 级环境或单向流装置中，等动力采样头是必不可少的。这些环境对粒子监测的准确性要求非常高，而等动力采样头可以减少气流干扰，确保采样空气与未采样空气的粒子分布一致。当空气以一定的流速进入采样头时，如果采样头的设计能够使进入的气流速度与周围环境的气流速度相等，那么就可以避免因气流速度差异导致的粒子分离和损失。

不同流速的计数器需要匹配特定尺寸的采样头，这是因为不同尺寸的采样头适用于不同的气流速度范围。在安装等动力采样头时，具体的安装方向应参考标准指南，以确保其能够正常发挥作用。

六、优化采样位置

采样位置的选择也会对粒子损失产生影响。将粒子计数器置于低于采样高度的位置，可以避免向上采样导致的粒子沉降损失。当向上采样时，粒子会受到重力的作用而沉降，从而导致进入采样管的粒子数量减少。而将计数器置于较低位置，粒子可以在重力和气流的共同作用下更容易进入采样管。

在关键区域，探头应尽量靠近操作高度，且距离活动源不超过30厘米。这是因为在这些区域，粒子的产生和分布与操作人员的活动密切相关。靠近操作高度和活动源可以更准确地采集到与实际生产过程相关的粒子信息。同时，可以结合风速或气流可视化数据来定位采样位置，确保探头处于气流稳定且能够有效采集粒子的位置。

总之，减少采样管粒子损失是一个综合性的问题，需要从设计优化（包括材质、长度、弯曲等方面）、定期维护以及规范操作（如等动力采样头安装）等多个方面入手。具体的措施需要根据洁净室等级、设备布局以及 ISO/GMP 等相关标准和要求进行灵活调整。如果需要了解更多细节，可以参考ISO 14644 标准解读以及 EU GMP 附录 1 指南。通过采取这些有效的措施，可以提高采样的准确性，为相关领域的生产和质量控制提供可靠的数据支持。

来源：永腾粒子计数器