Entrevista con el Dr. Kai Dirscherl sobre su ponencia en el Congreso Cleanzone en Frankfurt

Dr. Kai Dirscherl

La trazabilidad requiere medidas uniformes y métodos de medición confiables. Sin ellos, no sería posible garantizar una calidad comparable internacionalmente en la tecnología de salas limpias. El metrólogo Dr. Kai Dirscherl hablará en el Congreso Cleanzone (22 - 23 de octubre de 2013) sobre cómo manejar las incertidumbres de medición, sobre la importancia de los estándares internacionales y sobre qué tienen que ver las ovejas con su campo de investigación. En una conversación personal, el científico ofrece un vistazo previo a su ponencia «Trazabilidad del tamaño y la concentración de partículas», que dará en el primer día del congreso en Frankfurt.

Señor Dr. Dirscherl, ¿qué significa la trazabilidad?
La trazabilidad en metrología describe una propiedad fundamental para el manejo de los valores de medición: un resultado medido trazable se caracteriza por una cadena ininterrumpida de mediciones comparativas, cada una con incertidumbres conocidas. Esta cadena de mediciones está referida a un patrón reconocido, ya sea un objeto de comparación, un material de referencia o un instrumento de medición.

Usted es investigador y gerente de calidad en el Instituto Nacional de Metrología de Dinamarca (DFM) en Lyngby. ¿Cuál es su campo de actividad y cómo se relaciona con la tecnología de salas limpias?
Trabajo desde hace aproximadamente siete años en varias áreas del DFM. Desde mediados de este año, uno de mis enfoques principales es la coordinación de nuestro nuevo departamento especializado en metrología de partículas. Este tema antes se encontraba en el departamento de nanometrología, donde tenemos vínculos con las industrias micro, de telecomunicaciones y de semiconductores. En general, el tema de la metrología de partículas está ganando cada vez más importancia. Especialmente en la industria farmacéutica, pero también en otros campos de aplicación interesantes, crece la demanda de estándares internacionales uniformes y confiables para la medición de partículas y su documentación. En este contexto, decidimos crear este departamento independiente.

¿Con qué tareas actuales se ocupa la metrología en el área de la tecnología de salas limpias?
Se dice que: «Quien mucho mide, mucho falla». Sin embargo, esta expresión refleja una situación que requiere nuestra atención. Cuanto más pequeñas sean las magnitudes que medimos y más y más precisamente debemos hacerlo, mayor será la importancia de las desviaciones mínimas. Por ejemplo, cada contador de partículas, como cualquier otro instrumento, está sujeto a incertidumbre de medición. Por lo tanto, debemos aceptar un cierto margen de error y conocerlo. Además, aumentan las exigencias de calidad. La industria hoy en día enfrenta aún más que antes el desafío de documentar minuciosamente la pureza de sus productos y equipos para sus clientes. Esto no solo implica medir, sino también calibrar los instrumentos y demostrar su capacidad de medición mediante trazabilidad. Las empresas necesitan urgentemente certificados reconocidos internacionalmente. Aquí entra en juego el Acuerdo de Reconocimiento Mutuo (CIPM MRA) de 1999. Este acuerdo internacional sobre el reconocimiento mutuo de resultados de medición establece que los países firmantes aceptan los certificados de los institutos nacionales en sus propios países. Así, se ha creado un instrumento de gran importancia en el comercio para eliminar barreras técnicas en el ámbito regulado por el Estado. La metrología moderna tiene la tarea de facilitar estos acuerdos, desarrollando estándares universales, métodos de medición comprobados y certificados reconocidos.

¿Cuál es la mayor dificultad en esto?
La trazabilidad de magnitudes de medición a patrones aceptados y de uso general es la condición básica para mediciones confiables, comparación de resultados, desarrollo de normas y estándares, aseguramiento de la calidad del producto y, no menos importante, el reconocimiento mutuo de los servicios realizados. La tarea de proporcionar un patrón primario para la concentración de partículas corresponde a los institutos nacionales de metrología. Esto no es trivial. Diferentes tipos de partículas, como partículas de combustión o bacterias, requieren métodos de medición distintos. En el DFM, hemos establecido un patrón primario que permite calibrar contadores de partículas típicos para salas limpias. Los métodos para la emisión de partículas de motores de combustión modernos se están desarrollando actualmente en proyectos internacionales en colaboración con varios institutos nacionales de metrología. Como se mencionó, las incertidumbres de medición son inevitables; solo debemos manejarlas de manera sensata y reducir su impacto tecnológicamente. Por eso, uno de nuestros mayores desafíos es desarrollar estándares confiables para ello.

¿Qué enfoques sigue para hacer manejable el tema de la incertidumbre de medición?
Cuando abordamos las incertidumbres de medición, primero debemos analizar los métodos de medición. Su principio funciona generalmente igual para los contadores de partículas en salas limpias: se aspira el aire a evaluar y se mide ópticamente la cantidad de partículas. Para ello, se ilumina con luz. La luz dispersada permite deducir la cantidad y tamaño de las partículas. Las incertidumbres de medición de hasta un diez por ciento son normales. El problema principal radica en que los fabricantes no establecen especificaciones para las longitudes de onda de los instrumentos, es decir, el color de la luz. Esto genera diferentes intensidades de dispersión y, por tanto, resultados distintos. Aunque los fabricantes consideran esto, la comparabilidad de los resultados sigue siendo un desafío, ya que la calibración de los instrumentos del cliente generalmente la realizan los propios fabricantes, es decir, internamente. Nuestro enfoque es establecer estándares neutrales para mejorar la comparabilidad. Un ejemplo: para nuestros certificados reconocidos internacionalmente, utilizamos nuestros propios aerosoles de prueba controlados y contadores de partículas como patrón primario. En comparaciones internacionales con otros institutos nacionales de metrología, verificamos regularmente nuestra capacidad de medición. Así, los resultados de las mediciones son transparentes y comparables. Gracias a esta trazabilidad, logramos una equivalencia internacional en las mediciones para los dispositivos calibrados, como exige, por ejemplo, el MRA. Esto, en última instancia, beneficia la garantía de calidad. Las empresas que puedan certificarse a través de un instituto reconocido se benefician globalmente de su ventaja competitiva.

¿Cuáles considera que serán los mayores desafíos futuros en la tecnología de salas limpias?
Hasta ahora, hemos hablado principalmente de partículas inertes, que ya controlamos bastante bien según los estándares actuales. Uno de los grandes desafíos futuros será la medición de partículas vivas. Los contadores de partículas tradicionales no pueden distinguir entre polvo y bacterias. La detección de contaminación bacteriana todavía se realiza contando partículas entre 0,5 y 5 micrómetros, que es el tamaño típico de las bacterias, en combinación con el cultivo de muestras. Para asegurarse de que un producto no esté contaminado bacteriológicamente, debe mantenerse en el proceso hasta tres días después de su fabricación, hasta que se completen los análisis de cultivo. Los instrumentos de nueva generación integran mediciones mediante luz ultravioleta, aprovechando la propiedad fluorescente de los organismos vivos. Las partículas a medir se detectan tanto por su cantidad y tamaño como por su señal de fluorescencia. Estos desarrollos innovadores representan un paso positivo hacia la «medición en tiempo real». Sin embargo, aún presentan algunas limitaciones. La medición con UV es relativamente lenta, por lo que generalmente solo se puede analizar una fracción del aire aspirado. Considerando la incertidumbre de medición, a menudo no se obtiene un resultado representativo. En áreas muy sensibles, como la industria farmacéutica o la medicina, todavía será necesario confiar en las pruebas de cultivo y aceptar la pérdida de tiempo que ello implica, aunque ese sea el objetivo final. En metrología, ya estamos trabajando en nuevos sistemas de calibración y estándares aplicables para este campo.

¿Cuál fue en realidad el impulso para la formación de la metrología moderna? ¿Qué aporta hoy en día?
La metrología es en realidad una ciencia muy antigua, porque siempre se ha medido y contado: ya sea la anchura de un campo o el tamaño de un rebaño de ovejas. Sin embargo, las unidades de medida utilizadas han sido muy variadas a lo largo del tiempo. Por ejemplo, hasta el siglo XVIII, la base para las medidas de longitud era a menudo el cuerpo humano, como el codo, el pie o el paso. El problema era que estas unidades estaban generalmente relacionadas con una persona viva. Se medía, por ejemplo, la longitud del codo del faraón en turno o incluso la circunferencia de su abdomen. Solo en Francia, en el siglo XVIII, existían unas 250.000 unidades de medida diferentes. Con el Renacimiento y la Ilustración, empezó a surgir lentamente el deseo de unificación de las medidas, tanto en la ciencia, como en la política y la economía. Porque para el intercambio de bienes y conocimientos más allá de las fronteras de parcelas y países, se necesitan estándares uniformes. Nuestra longitud estándar actual, sin embargo, no se estableció hasta la Revolución Francesa, que es donde tiene su origen. Como base para el «metro original» de 1799, se buscó y encontró una referencia neutral y uniforme para todos: nuestro globo terráqueo. El metro debía ser la décima millonésima parte del cuadrante terrestre en el meridiano que pasa por París. Hoy conocemos tanto el pequeño error de medición que cometieron los científicos en aquel entonces, como el hecho de que nuestro globo no es exactamente una esfera perfecta. Pero lo que realmente importa es la idea: un estándar uniforme, confiable y reconocido, sobre el cual podamos comunicarnos más allá de las fronteras. Este es el objetivo que seguimos persiguiendo hasta hoy. Porque esa es la condición básica para nuestro progreso, que no sería posible sin normas y estándares, es decir, sin comparabilidad y aseguramiento de calidad a nivel internacional y entre industrias.

La ponencia «Trazabilidad del tamaño y la concentración de partículas» de Dr. Kai Dirscherl será presentada el 22 de octubre de 2013 en el Congreso Cleanzone en Frankfurt am Main.