Intervista con il Dr. Kai Dirscherl sul suo intervento al Cleanzone Kongress di Francoforte

Dott. Kai Dirscherl

La tracciabilità richiede misure uniformi e metodi di misurazione affidabili. Senza di essi, la garanzia di qualità comparabile a livello internazionale nella tecnologia delle camere bianche non sarebbe possibile. Il metrologo Dr. Kai Dirscherl parla al Congresso Cleanzone (22 - 23 ottobre 2013) del trattamento delle incertezze di misurazione, dell'importanza degli standard internazionali e di cosa abbiano a che fare le pecore con il suo campo di ricerca. In un colloquio personale, l’esperto fornisce un’anteprima del suo intervento «Rendicontabilità delle dimensioni e della concentrazione del numero di particelle», che terrà il primo giorno del congresso a Francoforte.

Signor Dr. Dirscherl, cosa si intende per rendicontabilità?
La rendicontabilità in metrologia descrive una proprietà fondamentale per la gestione dei valori di misura: un risultato di misura rendicontabile si caratterizza per una catena ininterrotta di confronti di misura con incertezze di misura note. Questa catena di misurazioni si riferisce a un normale riconosciuto, cioè a un oggetto di confronto, un materiale di confronto o uno strumento di misura.

Lei è ricercatore e responsabile della qualità presso il Danmarks Nationale Metrologiinstitut (DFM) a Lyngby. Qual è il suo campo di attività e come entra in contatto con la tecnologia delle camere bianche?
Lavoro da circa sette anni in diversi settori del DFM. Dalla metà di quest’anno, uno dei miei focus è sulla coordinazione del nostro nuovo dipartimento di metrologia delle particelle. Questo tema era finora nel dipartimento di nanometrologia, dove abbiamo collegamenti con l’industria micro, delle telecomunicazioni e dei semiconduttori. In generale, il tema della metrologia delle particelle sta assumendo sempre più importanza. Soprattutto nell’industria farmaceutica, ma anche in altri campi di applicazione interessanti, cresce la richiesta di standard internazionalmente uniformi e affidabili per la misurazione delle particelle e la loro documentazione. In questo contesto, abbiamo deciso di fondare questo dipartimento indipendente.

Quali sono le attuali sfide della metrologia nel settore delle tecnologie delle camere bianche?
Si dice spesso: «Chi misura molto, misura male». Tuttavia, questa frase scherzosa descrive una situazione che richiede la nostra attenzione. Infatti, quanto più piccole sono le grandezze di misura e quanto più dobbiamo misurare con precisione, tanto più piccole deviazioni minime assumono importanza. Ad esempio, ogni contatore di particelle, come ogni altro strumento di misura, è soggetto a incertezze di misura. Dobbiamo quindi convivere con una certa tolleranza all’errore e conoscerla. Inoltre, aumentano le richieste di qualità. Oggi l’industria si trova ad affrontare con maggiore rigore rispetto al passato la sfida di documentare con precisione la purezza dei propri prodotti e impianti per i clienti. Ciò include non solo la misurazione stessa, ma anche la calibrazione degli strumenti e la prova della loro capacità di misura. Per questo, le aziende hanno urgente bisogno di certificati riconosciuti a livello internazionale. L’Accordo di Riconoscimento Reciproco (CIPM MRA) del 1999 si propone proprio questo. L’accordo internazionale sulla reciprocità del riconoscimento dei risultati di misura stabilisce che le nazioni firmatarie accettano i certificati degli istituti nazionali nei rispettivi paesi. Così si è creata uno strumento di grande importanza nel commercio internazionale per eliminare barriere tecniche al commercio regolamentato. La moderna metrologia ha il compito di creare le condizioni per accordi come questi, cioè di sviluppare standard universali, fornire metodi di misura testati e certificati riconosciuti.

Qual è la maggiore difficoltà in questo processo?
La rendicontabilità delle grandezze di misura rispetto a normali universalmente accettate è la condizione fondamentale per misure affidabili e comparabilità dei risultati, sviluppo di norme e standard, garanzia della qualità del prodotto e, non da ultimo, il riconoscimento reciproco dei servizi forniti. La fornitura di un normale primario per la concentrazione del numero di particelle è compito degli istituti nazionali di metrologia. Non è semplice. Diversi tipi di particelle, come particelle di combustione o batteri, richiedono metodi di misura differenti. Al DFM abbiamo sviluppato un normale primario che permette la calibrazione di contatori di particelle tipici per le camere bianche. I metodi per l’emissione di particelle da motori a combustione moderna sono attualmente in fase di sviluppo, anche in progetti internazionali con vari istituti di metrologia nazionali. Come detto, le incertezze di misura sono inevitabili; dobbiamo semplicemente gestirle con ragionevolezza e ridurle tecnologicamente. Perciò, una delle maggiori sfide è sviluppare standard affidabili in questo ambito.

Quali approcci adottate per rendere gestibile il tema dell’incertezza di misura?
Quando ci occupiamo di incertezze di misura, dobbiamo prima di tutto considerare i metodi di misura. Il loro principio funziona generalmente allo stesso modo per i contatori di particelle delle camere bianche: l’aria da testare viene aspirata e le particelle vengono misurate otticamente. Per farlo, vengono illuminate con la luce. La luce diffusa permette di dedurre il numero e la dimensione delle particelle. Le incertezze di misura fino al 10% sono nella norma. Il problema principale è che i produttori non forniscono specifiche riguardo alla lunghezza d’onda della luce da usare, cioè il colore della luce. Questo genera diverse intensità di diffusione e quindi risultati diversi. Sebbene i produttori tengano conto di questo, la calibrazione degli strumenti dei clienti, di solito effettuata dai produttori stessi, rappresenta ancora un punto critico per la comparabilità dei risultati. Il nostro approccio è quello di stabilire standard neutrali per migliorare la comparabilità. Ad esempio, per i nostri certificati riconosciuti a livello internazionale, utilizziamo i nostri aerosol di prova controllati e contatori di particelle come normali primari. In confronti internazionali con altri istituti di metrologia nazionali, confermiamo regolarmente le nostre capacità di misura. In questo modo, i risultati delle misure sono trasparenti e confrontabili. Grazie a questa rendicontabilità, otteniamo per gli strumenti calibrati un’equivalenza di misura internazionale, come richiesto dall’accordo MRA. Ciò favorisce la garanzia della qualità. Le aziende che si certificano presso istituti riconosciuti beneficiano del loro vantaggio competitivo a livello globale.

Quali sono, secondo lei, le maggiori sfide future nella tecnologia delle camere bianche?
Finora abbiamo parlato principalmente di particelle inanimate, che oggi riusciamo già a controllare abbastanza bene. Una grande sfida futura sarà la misurazione delle particelle viventi. I contatori di particelle tradizionali non riescono a distinguere tra polvere e batteri. La determinazione della contaminazione batterica avviene ancora contando particelle tra 0,5 e 5 micrometri, cioè la dimensione tipica dei batteri, in combinazione con test di coltura. Per essere certi che un prodotto non sia contaminato da batteri, deve essere tenuto in magazzino fino a tre giorni dopo la produzione, finché l’analisi delle colture sui nutrienti non è completata. I dispositivi di nuova generazione integrano misurazioni tramite luce UV, sfruttando la proprietà fluorescente dei materiali viventi. Le particelle da misurare vengono così rilevate sia con il conteggio e la dimensione, sia con il loro segnale di fluorescenza. Questi sviluppi innovativi rappresentano un passo positivo verso la «misurazione in tempo reale». Tuttavia, presentano ancora alcune criticità. Le misurazioni UV sono ancora abbastanza lente, e di solito si può analizzare solo una parte dell’aria aspirata. Considerando l’incertezza di misura, spesso non si ottiene un risultato rappresentativo. In settori altamente sensibili come l’industria farmaceutica o la tecnologia medica, si continuerà a fare affidamento sui test di coltura e sui tempi di attesa, anche se questo non è l’obiettivo finale. La metrologia lavora già oggi allo sviluppo di nuovi sistemi di calibrazione e standard applicabili in questo settore.

Qual è stato il vero stimolo per la formazione della metrologia moderna? E cosa può offrire oggi?
La metrologia è in realtà una scienza molto antica, perché misurare e contare è sempre stato fatto: sia la larghezza di un campo sia la dimensione di un gregge di pecore. Tuttavia, le unità di misura usate nel tempo sono state molto diverse. Per esempio, fino al XVIII secolo, si usava spesso il corpo umano come base per misure di lunghezza come l’ellò, il piede o il passo. Il problema era che queste unità erano spesso associate a una persona vivente. Si misurava, ad esempio, la lunghezza dell’ellò del faraone in carica o addirittura il giro di vita del sovrano. Solo in Francia, nel XVIII secolo, esistevano circa 250.000 unità di misura diverse. Con l’Illuminismo e la Rinascita, si sviluppò lentamente il desiderio di unificazione delle misure, sia in ambito scientifico, politico che economico. Per lo scambio di merci e di conoscenze oltre i confini di regione e nazione, erano necessari standard uniformi. La nostra attuale unità di lunghezza, il metro, ha dovuto attendere fino alla Rivoluzione francese per essere definita. Come base per il «metro originale» del 1799, si cercò e trovò un riferimento neutro e uguale per tutti: il nostro pianeta Terra. Il metro doveva essere un decimilionesimo del quadrante terrestre lungo il meridiano di Parigi. Oggi conosciamo sia il piccolo errore di misura commesso allora dai ricercatori, sia il fatto che il nostro globo non è perfettamente sferico. Ciò che conta, però, è l’idea: un’unità di misura unitaria, affidabile e riconosciuta, sulla quale possiamo comunicare oltre i confini. Questa è ancora la nostra aspirazione. Perché rappresenta la condizione fondamentale per il progresso, che senza norme e standard — cioè senza comparabilità e garanzia di qualità tra industrie e paesi — non sarebbe possibile.

La relazione «Rendicontabilità delle dimensioni e della concentrazione del numero di particelle» di Dr. Kai Dirscherl sarà ascoltabile il 22 ottobre 2013 al Congresso Cleanzone di Francoforte sul Meno.