Interjú Dr. Kai Dirscherl-lel a frankfurti Cleanzone Kongressen tartott előadásáról

Dr. Kai Dirscherl

A visszavezethetőség egységes mérőszámokat és megbízható mérési módszereket feltételez. Nélkülük nem lenne lehetőség nemzetközileg összehasonlítható minőségbiztosításra a tisztatér-technológiában. Dr. Kai Dirscherl metrológus a Cleanzone Kongresszuson (2013. október 22. - 23.) beszél a mérési bizonytalanságok kezeléséről, a nemzetközi szabványok jelentőségéről és arról, hogy a juhoknak mi köze van kutatási területéhez. A személyes beszélgetés során a tudós előzetesen betekintést ad a „Rückführbarkeit von Partikelgröße und -anzahlkonzentration” című előadásába, amelyet az első kongresszusi napon tart Frankfurtban.

Dr. Dirscherl úr, mit jelent a visszavezethetőség?
A visszavezethetőség a metrológiában egy alapvető tulajdonság a mérési eredmények kezelésében: egy visszavezethető eredmény olyan mérési láncot ír le, amely folyamatos összehasonlító mérésekből áll, mindegyik ismert mérési bizonytalansággal. Ez a mérési lánc egy elismert normához van kötve, azaz összehasonlítási tárgyhoz, összehasonlító anyaghoz vagy mérőeszközhöz.

Ön kutató és minőségmenedzser a Danmarks Nemzeti Metrológiai Intézetében (DFM) Lyngbyben. Milyen területen dolgozik, és hol érintkezik a tisztatér-technológiával?
Körülbelül hét éve dolgozom több területen a DFM-nél. Idén központi szerepet kapott az új részecskemetrológiai szakterületünk koordinálása. Ez a téma eddig a nanometrológiai szakterületen volt, ahol kapcsolatokat találunk a mikro-, telekommunikációs és félvezetőiparban. Összességében a részecskemetrológia egyre nagyobb jelentőségre tesz szert. Különösen a gyógyszeriparban, de más érdekes alkalmazási területeken is egyre hangosabb a nemzetközi egységes és megbízható szabványok iránti igény a részecskemérés és dokumentálás terén. Ezen okokból döntöttünk úgy, hogy létrehozzuk ezt az önálló szakterületet.

Milyen aktuális feladatokkal foglalkozik a metrológia a tisztatér-technológia területén?
Azt mondják: „Aki sokat mér, az szemet mér.” Ez a laza megállapítás azonban valóban egy olyan helyzetet ír le, amely figyelmet igényel. Minél kisebbek a mérési méretek, és minél többet és pontosabban kell mérnünk, annál inkább számítanak a minimális eltérések. Például minden részecskeszámláló, mint minden más mérőeszköz, mérési bizonytalanság alá esik. Tehát meg kell tanulnunk elfogadni bizonyos hibahatárokat, és ezeket ismerni kell. Továbbá nőnek a minőségi elvárások. A mai ipar még inkább szembesül azzal a kihívással, hogy a termékeik és berendezéseik tisztaságát szigorúan dokumentálják ügyfeleik számára. Ez nemcsak a mérésről szól, hanem a mérőeszközök kalibrálásáról is, beleértve azok mérési képességének visszavezetését. Ehhez a vállalatoknak sürgősen szükségük van általánosan elismert tanúsítványokra. Ezt a 1999-es Mutual Recognition Arrangement (CIPM MRA) szabvány alapozza meg. A nemzetközi egyezmény kimondja, hogy a csatlakozó országok elfogadják egymás nemzeti intézeteinek tanúsítványait. Ez egy kereskedelmi szempontból nagyon jelentős eszköz a technikai akadályok felszámolására a szabályozott kereskedelemben. A modern metrológia feladata, hogy megteremtse az ehhez szükséges feltételeket, azaz egységes szabványokat dolgozzon ki, hitelesített mérési módszereket és elismert tanúsítványokat biztosítson.

Mi a legnagyobb nehézség ebben?
A mérési méretek általánosan elfogadott normálhoz való visszavezethetősége az alapfeltétele a megbízható méréseknek, az eredmények összehasonlíthatóságának, a normák és szabványok kialakításának, a termékminőség biztosításának, és nem utolsósorban a nyújtott (szolgáltatási) teljesítmények kölcsönös elismerésének. Egy primer normál részecskeszám-koncentrációhoz való biztosítása a nemzeti metrológiai intézetek feladata. Ez nem triviális. Különböző részecstípusok, például égéstermék-részecskék vagy baktériumok, más mérési módszereket igényelnek. A DFM-nél felállítottunk egy primer normálét, amely lehetővé teszi a tipikus tisztatéri részecskeszámlálók kalibrálását. A modern belsőégésű motorok részecskekibocsátási módszereit nemzetközi projektekben fejlesztjük több nemzeti metrológiai intézettel együtt. Ahogy mondtam: a mérési bizonytalanságok elkerülhetetlenek – csak okosan kell kezelni őket, és technológiailag minimalizálni. Ezért egyik legnagyobb kihívásnak tartjuk, hogy megbízható szabványokat dolgozzunk ki erre.

Milyen megközelítéseket alkalmaznak a mérési bizonytalanság kezelése érdekében?
Amikor a mérési bizonytalanságokról beszélünk, először a mérési módszereket kell megvizsgálnunk. Ezek elve általában ugyanaz a tisztatéri részecskeszámlálóknál: a vizsgálandó levegőt beszívjuk, és optikailag mérjük a benne lévő részecskéket. Ehhez megvilágítjuk őket fénnyel. A szórt fény lehetővé teszi számunkra a részecskék számának és méretének visszakövetését. A mérési bizonytalanságok akár tíz százalék is lehetnek, ez normálisnak számít. A probléma főként az, hogy a gyártóknak nincs előírásuk arra, hogy milyen hullámhosszt, azaz fény színét használják a mérőeszközökben. Ez különböző szórási fényességeket eredményez, és így eltérő eredményeket. Bár a gyártók figyelembe veszik ezt, a mérési eredmények összehasonlíthatósága szempontjából továbbra is kritikus, hogy a kalibrálás általában a gyártók által történik – tehát rendszerint belső rendszerben. A mi megközelítésünk az, hogy semleges szabványokat dolgozzunk ki a jobb összehasonlíthatóság érdekében. Például a nemzetközileg elismert tanúsítványainkhoz saját kontrollált tesztrajectóriákat és részecskeszámlálókat használunk primer normálként. Nemzetközi összehasonlításokban rendszeresen megerősítjük mérési képességünket. Ezáltal a mérési eredmények átláthatóvá és összehasonlíthatóvá válnak. Ezzel a visszavezethetőséggel nemzetközi mérési ekvivalenciát hozunk létre a kalibrált végberendezések számára, ahogyan az például az MRA-ban is elvárt. Ez végső soron a minőségbiztosítást szolgálja. Azok a vállalatok, amelyek így tanúsítványt szerezhetnek egy elismert intézettől, világszerte profitálnak helyzeti előnyükből.

Melyek a legnagyobb jövőbeli kihívások a tisztatér-technológiában az Ön nézőpontja szerint?
Eddig főként élettelen részecskékről beszéltünk, amelyeket a mai szabványok szerint már elég jól kezelünk. A jövő egyik nagy kihívása az élő részecskék mérése lesz. A hagyományos részecskeszámlálók nem tudnak különbséget tenni a por és a baktériumok között. A baktériumkontamináció meghatározása továbbra is a részecskék számlálásán alapul 0,5 és 5 mikrométer közötti méretben, ami a baktériumok szokásos mérete, valamint a kultúrák alkalmazásával végzett tesztelés. Annak biztosítására, hogy egy termék ne legyen baktériumokkal szennyezett, a gyártás után akár három napig is vissza kell tartani a gyárban – amíg a kultúrák értékelése be nem fejeződik. Az új generációs műszerek UV-fénnyel végzett mérést integrálnak, kihasználva az élő anyagok fluoreszcens tulajdonságát. A mérendő részecskék így hagyományosan számban és méretben kerülnek mérésre, valamint fluoreszcens jelükkel. Ezek az innovatív fejlesztések pozitív lépést jelentenek a „valós idejű mérés” irányába. Ugyanakkor még vannak hiányosságok. Az UV-mérések még elég lassúak, így általában csak a beszívott levegő egy részét lehet UV-fénnyel ellenőrizni. A mérési bizonytalanság figyelembevételével gyakran nem születik reprezentatív eredmény. Magas érzékenységű területeken, mint a gyógyszeripar vagy az orvostechnika, elsőként továbbra is a kultúrák alkalmazásával végzett tesztekre és az ezzel járó időveszteségre kell számítani – de ez természetesen a cél. A metrológiában már most dolgozunk új kalibrációs rendszereken és alkalmazható szabványokon ezen a területen.