我們從學校就知道需要透過相關分析函數 Y = fx (X1, X2, X3….) 並排除或控制外部因素 (例如: 壓縮空氣中的含油量, 含水氣量, 固態顆粒數量或者微生物數量…等) 減少各種干擾因子, 並且盡量確保干擾因子的條件下, 讓實驗可以得到相對穩定數量來分析因為變數的變化對於實驗結果的影響函數為何? 因此排除干擾因子是實驗十分重要的工程, 或者我們可以說是讓實驗結果得到更具體證據的先決條件!
空壓機系統產生的壓縮空氣可以應用在各種實驗過程發揮功能性 (包括 : 發酵, 霧化, 均質化, 驅動氣動閥或氣壓缸…) 以及作為實驗精密儀器的動力源; 空壓機與乾燥機係轉動設備, 運轉過程也會產生噪音, 也因此有一個值得深入探索的問題 : 空壓機系統是減少實驗干擾必須考慮的因子嗎? 有哪些與空壓機系統相關的因子必須加以控制或考慮?
壓縮空氣品質是實驗干擾因子?
國際標準組織針對壓縮空氣品質制定了ISO8573-1來定義各種壓縮空氣品質的等級, 壓縮空氣中三種物質的含量多寡來區分成 Class X.X.X. 使規劃空壓機系統時有所依據 : 包括 不同直徑大小的固態顆粒, 水氣量 (含水霧與水氣) 以及 含油量 (油霧與油氣).
一些製程完全不需要乾燥過濾也不在乎壓縮空氣品質多寡, 要的只是操作壓力與壓縮空氣流量; 例如 : 自來水廠曝氣池底的汙泥壓縮固化, 汙泥壓縮過程需要利用壓縮空氣去除泥水以縮小體積增加壓縮阻抗與速度.
有些則需要極高品質的壓縮空氣品質, 例如 : 生醫製藥工廠, 半導體光電科技工廠, 新藥實驗室及IC設計品質設計測試中心需要的壓縮空氣; 其中, 生醫製藥工廠與一些新藥實驗室除了上述三種定義壓縮空氣品質的物質含量多寡之外, 也加入了單位壓縮空氣的微生物含量.
生醫製藥實驗室需要的壓縮空氣品質高低並沒有一定規範, 通常等級會較PIC/S GMP廠要求低一些, 但是仍舊十分在意下列影響 :
一, 對於實驗過程是否產生干擾? 包括對實驗儀器設備精度, 材料或試劑本身變化以及實驗動物的心理因素引發的變數.
二, 對於昂貴的實驗精密儀器或是未來可能的製程設備是否產生影響? 過高的水氣造成儀器設備電磁閥故障或製程品質良率, 油垢對於量測設備的精度影響…等.
潤滑油氣或油垢對實驗過程或實驗精密儀器設備有干擾?
沒有任何一家品牌廠商敢提出保證說他們家處理潤滑油油氣的活性碳過濾器在多少時間內都可以確保含油量低於多少! 原因是有太多變數會讓吸附油霧與油氣的濾材飽和而失效 :
- 每種空壓家種類與相同種類每家品牌空壓機的排氣潤滑油含油量 (Oil Carryover) 是一樣的; 例如 : 以有油螺旋式空壓機而言, 日本神鋼含油量低於2ppm, 其他歐美日品牌含油量3ppm, 國產或大陸地區有些則可能是5ppm以上. 再舉例 : 有油螺旋式空壓機含油量大多數在 3~5 ppm 區間, 有油往復式或有油渦卷式空壓機則大多高於15ppm以上. 對於環境中的含水氣量多寡冬天與夏天也不同, 每位客戶的環境也不同, 因此很難保證水氣是否會被吸附佔據了濾材效果.
有油式空壓機需要透過石化潤滑油作為壓縮腔體降溫, 間隙密封與減少摩擦的功能; 因為這樣, 所以許多加工間隙可以放寬, 許多材料可以不需要那麼耐熱抗磨, 相對研發技術層次也就比無油式空壓機容易一些. 但是有油式空壓機保養不當或者是設備本身的設計, 可能會造成機體油垢結痂 (如上圖) 或者是運轉工況導致機體溫度過低而與冷凝水混合形成油乳化 (如下圖).
有油式空壓機使用的石化潤滑油區分為基礎油與添加物來形成適合各種黏度與閃點的潤滑油脂; 但是基本的成分大多如下表. 這些化學物質經過高溫的壓縮熱氣化或者溫度不夠造成油乳化都會產生質變, 壓縮空氣如果使用在實驗過程與材料接觸會增加實驗干擾的變數, 很值得商榷! 在新藥實驗室或IC半導體光電實驗室可能與其他 Chemistry 或 電子化學原料產生反應而導致實驗誤差或失敗!
一般空壓機基礎油佔成品油的95%以上，精製深度深的基礎油，基礎油大部分是聚合物或高分子有機化合物。合成油的種類很多，用作壓縮機油的合成油主要有合成烴（聚α-烯烴）、有機酯（雙酯）、聚亞烷基二醇、氟硅油和磷酸酯等，當然還有其他含量較少的其他石化或化學添加劑。
含水氣量對實驗結果或品質或精密儀器有影響?
通常在PIC/S GMP藥廠多會要求壓縮空氣乾燥程度達到小於壓力露點-40度C, 更嚴苛的半導體廠則會要求到-70度C的程度; 主要原因是許多產品除了影響製程品質良率之外, 也擔心在潔淨室環境沒有問題, 但是進入儲存或運輸的過程就因為溫度變化在包裝內引起返潮而造成產品不良的問題.
實驗室則依據各種類別對於壓力露點要求有所不同, 如果實驗室單一機器設備則可能會較連續自動化實驗線要求低一些, 因為自動化程度越高越擔心交叉汙染! 有些實驗室反而需要將壓縮空氣加濕到一定濕度才行, 有些則相當嚴苛要求壓縮空氣乾燥程度; 例如, 發酵槽可能就擔心胖湯姆定理 FAT TOM 所引發的細菌或病毒汙染而要求較高的乾燥程度與較嚴苛的含油量! 這個部分除了無塵室等級, 藥典規範之外, 就需要依據設備廠商與使用者實務經驗提出要求規範!
固態顆粒對於實驗室是否有干擾或影響?
固態顆粒通常對於實驗室的影響在於損害昂貴的實驗精密儀器; 舉例而言, 固態顆粒在高壓的壓縮空氣中被帶動以及高流速於空氣管路中輸送, 一定數量的撞擊與摩擦可能造成精密儀器精度的影響, 又或者是氣動閥累積垢而造成作動不良…
由於空氣中含有粉塵或者是金屬微粒等固態顆粒, 空壓機或乾燥機等設備本身或許會因為運轉讓設備內管鐵屑或其他物質剝落, 空氣桶與空壓管路或閥件也會有類似可能又或者是並非採用不銹鋼要求的材質而生鏽產生鐵屑, 往往會損傷實驗室機器設備!
運轉噪音是實驗室應控制的干擾因子?
運轉噪音涉及的影響層面我們在前面幾篇有作一定程度的分享, 受影響的包括 : 實驗室科學家與研究人員, 鄰近實驗室的企業或住戶 以及 實驗動物! 可以參考我們在上一篇 空壓機運轉噪音對實驗動物與新藥實驗有哪些影響? 的分析與分享!
我們拜訪不少實驗室, 也發現許多生技製藥實驗室或高科技產品實驗室採用的空壓機系統單純只有一台空壓機及一組黑鐵的空氣桶; 這其中有許多令我們想要不厭其煩提醒的, 主要原因是廠商的專業程度又或者是採用價格戰術爭取業主採用所造成, 我們想要提醒 生技製藥實驗室與高科技實驗室 的是 :
- 相同馬力數有油式空壓機絕對比無油式空壓機便宜一半以上.
- 相同馬力數商用型空壓機絕對比工業級空壓機便宜好幾倍.
- 黑鐵桶絕對比不銹鋼空氣桶便宜好幾倍.
- 同樣是不銹鋼空氣桶, 沒有工檢證明的空氣桶絕對比有工檢合格空氣桶便宜一半以上.
- 安裝過濾器是絕對必要的, 大陸進口的過濾器絕對比國際認證的過濾器便宜好幾倍.
- …
很值得一提的是, 不論是工業區立體化的高科技廠房, 或者是新藥實驗室或高科技實驗室都座落於寸土寸金的都會區或鄰近的城市; 以台北市南港區為例, 購買的話每坪都會超過新台幣60萬元以上, 以新北市汐止區租用的話可能每坪每月也需要花費700元以上. 充分利用空間減少佔地空間是十分重要的考量, 因此不單只是考慮空壓機系統設備的成本或費用高低, 隱形的費用 (佔地空間的費用, 噪音困擾, 無油認證以及維護保養費用…等) 有時候會高於設備的購置成本!
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