Eficacia del recuento: Contadores de partículas de aire MET ONE y cumplimiento de ISO-21501

Normalmente, la página posterior de cualquier hoja de datos de un instrumento analítico revela una serie de especificaciones desconcertantes. Los contadores de partículas en aire (APC) no son diferentes. Muchos de los parámetros utilizados para definir el rendimiento de un APC son relativamente fáciles de entender, por ejemplo, el caudal. Otros como la pérdida de coincidencia son mucho menos intuitivos. Sin embargo, el único parámetro que destaca como el campeón de la confusión es la eficiencia en el recuento. El propósito de este documento es presentar la eficiencia del recuento en términos que sean fáciles de entender.

¿Qué es exactamente la eficiencia en el recuento?

Para entender la eficiencia en el recuento de un APC, es necesario examinar el principio básico tras la calibración del APC, lo que implica pasar un caudal continuo de partículas estándar, de un solo tamaño a través del sensor del APC. Esto da como resultado un caudal de impulsos eléctricos, cada pulso proporcional al tamaño de cada partícula. Las partículas estándar de tamaño único producen una distribución de alturas de los pulsos, cuya mediana se considera típicamente el umbral de calibración del canal adecuado para ese tamaño. Este método de calibración es necesario para la ISO 21501-4.¹

Figura 1. Distribución de partículas estándar de tamaño único y umbral de calibración mediana

Al calibrar un APC de esta manera, una única partícula que tiene exactamente el mismo tamaño que el umbral de recuento de un canal determinado tendría una probabilidad del 50 % de contar con el contador de ese canal según pasa a través del sensor del APC. Como resultado, las APC calibradas de esta forma se dice que contabilizan con una eficiencia en el recuento del 50 %. Sin embargo, para todas las partículas incluso ligeramente superiores a un umbral de canal determinado, la probabilidad de ser contadas en ese canal rápidamente aumenta hasta el 100 %.

Figura 2. Las partículas mayores que el umbral del canal de tamaño se cuentan con una eficiencia del 100 %

En términos prácticos, al examinar la hoja de datos de un APC compatible con ISO 21501-4 con una sensibilidad mínima de 0,3 μm, se espera que uno de los parámetros de la eficiencia en el recuento se especifique de forma similar a lo siguiente:

Eficiencia en el recuento: 50 % ± 20 % a 0,3 μm, (100 % ± 10 % a 1,5 x sensibilidad mínima)

Desafortunadamente, sin comprender la terminología de eficiencia en el recuento, esto puede provocar que el lector crea que el APC solo contará la mitad de las partículas de 0,3 μm en una muestra real. ¡Esto no es cierto! De hecho, se contarán todas las partículas superiores a 0,3 μm. Además, para añadir a la confusión, el lector también puede creer que el siguiente canal (0,5 μm en este ejemplo) tiene una eficiencia de recuento del 100 %, ya que 0,5 μm es mayor que 1,5 veces la sensibilidad mínima. De nuevo, esto no es cierto.
El hecho es que TODOS los canales de un APC calibrado correctamente, por definición, tienen una eficiencia en el recuento del 50 %. Además, la detección de partículas superiores a cada umbral de canal será del 100 % para ese canal (consulte la figura 2).

Eficiencia en el recuento y monitorización de partículas

Se indicó que la calibración del APC implica pasar un caudal continuo de partículas estándar de tamaño único a través del sensor del APC. La figura 3 muestra el primer canal del APC establecido en la media de dicha distribución de 0,3 μm. Esto se denomina normalmente el punto del 50 % y es la base de la afirmación de que la eficiencia en el recuento es igual a un 50 %.

Figura 3. Umbral configurado correctamente para un APC con un tamaño mínimo de canal de 0,3 μm

En la figura 4, se puede ver que el mismo APC, cuando se desafía con partículas estándar de 0,5 μm, también exhibirá correctamente una eficiencia de recuento igual al 50 % para el canal de 0,5 μm.

Figura 4. Todos los umbrales de canal establecidos en la media de partículas de tamaño estándar según ISO21501-4 muestran una eficiencia de recuento del 50 %, independientemente del tamaño mínimo de canal

Además, dado que la resolución de un contador compatible con ISO21501-4 es restringida, es fácil diferenciar entre 0,3 μm y 0,5 μm partículas. Como resultado, TODAS las partículas estándar de 0,5 μm se dimensionarán como mayores que el umbral de 0,3 μm y, por tanto, se puede indicar que las partículas de 0,5 μm se contarán con un 100% de eficiencia en el primer canal (el canal de 0,3 μm), no el canal de 0,5 μm.

Las partículas en el aire suelen exhibir una distribución de tamaño, de manera que cuanto mayor sea el tamaño de las partículas, menor será el número de partículas que se observará para un volumen determinado de aire. La figura 5 ilustra cómo el primer canal de un APC calibrado según ISO21501-4 cuenta el 100 % de todas las partículas superiores a 0,3 μm y, de manera similar, la figura 6 muestra que el segundo canal (0,5 μm) cuenta el 100 % de todas las partículas ópticamente mayores que 0,5 μm. En otras palabras, no se pasa por alto nada.

Figura 5. Todas las partículas superiores a 0,3 μm se cuentan en el primer canal

Figura 6.Todas las partículas superiores a 0,5 μm se cuentan en el segundo canal

Independientemente del tamaño mínimo especificado en el APC, se contarán todas las partículas mayores que el umbral. Por lo tanto, un contador de partículas con un primer tamaño de canal especificado de 0,5 μm, contará las partículas de 0,5 μm y mayor tamaño con el mismo rendimiento que un contador de partículas con un tamaño mínimo especificado de 0,3 μm contará las de 0,5 μm. La especificación para el rendimiento en la eficiencia de recuento es independiente del tamaño mínimo del canal.

Conclusión

Este documento ha demostrado que un APC calibrado utilizando partículas estándar según ISO 21501 o JIS B9921 mostrará un 50 % de eficiencia en el recuento en TODOS los canales, independientemente del tamaño mínimo de canal.

Además, en muestras de aire obtenidas de situaciones reales, como entornos controlados o salas limpias, todos los canales de un APC (calibrados según los estándares mencionados anteriormente) contarán el 100 % de las partículas que sean mayores que el tamaño del umbral del canal independientemente del tamaño mínimo de canal del contador de partículas.

Por lo tanto, por definición, un contador de partículas calibrado correctamente con un tamaño mínimo especificado de 0,5 μm contará las partículas de 0,5 μm y más grandes con la misma eficacia y rendimiento que un contador de partículas con un tamaño mínimo de canal mínimo, como 0,3 μm. Es importante tener en cuenta que especificar demasiado el umbral de tamaño mínimo en un contador de partículas ópticas no genera ninguna ventaja.

Referencia

1. ISO 21501-4, Contador de partículas por dispersión de luz para espacios limpios, 2007