прибор для экологического анализа воздушной среды

Формула изобретения

1. ПРИБОР ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ, содержащий цилиндрический корпус с каналами для подвода и отвода воздуха, поперечную перемычку с отверстиями, платформу, установленную на перемычке с возможностью вращения и имеющую края в виде лопастей, чашку Петри, установленную соосно между зажимами на платформе, центробежный регулятор частоты вращения платформы, боковой патрубок с жидкостным циклоном, размещенный в боковой стенке корпуса между перемычкой и нижней поверхностью лопастей платформы, заслонку, установленную в боковом патрубке и в канале подвода воздуха с возможностью перекрытия подачи воздуха в корпус, электроаспиратор, размещенный под поперечной перемычкой, отличающийся тем, что содержит фильтродержатель, устройство для крепления на платформе предметных стекол или иных подложек, стопор вращения платформы и вертикальный отводной патрубок с ротаметром, при этом фильтродержатель включает выходной патрубок, опорное кольцо с бортиком, размещенным по периферии нижней части лицевой стороны опорного кольца, и закрепленное на бортике полукольцо, образующее паз для размещения в нем фильтрующих элементов, заключенных в защитные кольца, внутренние диаметры опорного кольца и полукольца выполнены равными и соответствуют диаметру рабочей поверхности фильтрующих элементов, а сечение отверстия опорного кольца снабжено и перекрыто сеткой, причем устройство для крепления подложек выполнено в виде диска с возможностью его размещения между зажимами чашки Петри, а на его наружной верхней поверхности укреплены ограничители положения подложек, выполненные в виде штырьков и прижимных фиксаторов, и диск имеет на периферии пазы для захвата подложек с возможностью их замены.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что опорное кольцо фильтродержателя на лицевой стороне в верхней его части имеет выемку для захвата и замены фильтрующих элементов, а выходной патрубок фильтродержателя выполнен с возможностью крепления на боковом патрубке прибора.

3. Прибор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что крепления штырьков расположены по поверхности диска равномерно для размещения подложек разных размеров.

4. Прибор по пп.1 - 3, отличающийся тем, что корпус прибора имеет полость, расположенную под электроаспиратором, при этом канал для отвода воздуха и вертикальный отводной патрубок сообщены с этой полостью и снабжены сменными жиклерами с разными сечениями проходных каналов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пробоотборным устройствам, предназначено для улавливания дисперсной фазы из воздуха, и может быть использовано для контроля за загрязнением атмосферы вредными аэрозолями с применением микробиологических, физических, химических и радиометрических методов анализа.

Известен прибор для микробиологического анализа воздушной среды, включающий корпус с каналами для подвода и отвода воздуха, электроаспиратор, вращающуюся платформу с чашкой Петри для отбора проб бактерий из воздуха на поверхность питательной среды и циклон для улавливания вирусного аэрозоля в сорбционную жидкость.

Недостатком прибора является то, что он не предусматривает проведение других видов анализа воздушной среды, кроме микробиологического, что сужает его исследовательские возможности.

Кроме этого, отсутствие в приборе измерительного устройства не позволяет точно определять его производительность и, следовательно, объем отобранной пробы и концентрацию исследуемого аэрозоля. Этот недостаток обусловлен отсутствием компактных газосчетчиков (ротаметров и т.д.), обеспечивающих измерение объемных скоростей до 1200 л/мин, на которые рассчитан прибор имеются только стационарные установки такой производительности. Кроме того, измерительные приборы сами обладают аэродинамическим сопротивлением, и их установка в поток просасываемого воздуха (как правило, их устанавливают на выходном патрубке) неизбежно приводит к занижению измеряемой производительности. С другой стороны, предварительная калибровка прибора на стационарном оборудовании, например, с помощью газосчетчика РГ-40, не учитывает возможных изменений в процессе эксплуатации мощности двигателя, напряжения электропитания, аэродинамического сопротивления прибора, его пробоотборных головок и других факторов, влияющих на производительность и, соответственно, на точность результатов экологического анализа воздушной среды.

Цель изобретения расширение исследовательских возможностей прибора, повышение точности и удобства экологического анализа воздушной среды.

Указанная цель достигается тем, что прибор, содержащий цилиндрический корпус с каналами для подвода и отвода воздуха, поперечную перемычку с отверстиями, платформу, имеющую зажимы и края в виде лопастей и установленную на перемычке с возможностью вращения, центробежный регулятор частоты вращения платформы, чашку Петри, установленную соосно между зажимами на платформе, боковой патрубок с жидкостным циклоном, размещенный в боковой стенке корпуса между перемычкой и нижней поверхностью лопастей платформы, заслонки, установленные в боковом патрубке и в канале подвода воздуха с возможностью перекрытия подачи воздуха в прибор, электроаспиратор, размещенный под поперечной перемычкой, согласно изобретения дополнительно содержит фильтродержатель, устройство для крепления на платформе предметных стекол и других твердых подложек, стопор вращения платформы и вертикальный отводной патрубок с ротаметром.

Фильтродержатель содержит выходной патрубок, опорное кольцо с бортиком, размещенным по периферии нижней части лицевой стороны опорного кольца, и закрепленное на бортике полукольцо, образующее паз для размещения в нем фильтрующих элементов, заключенных в защитные кольца, причем внутренние диаметры опорного кольца и полукольца равны и соответствуют диаметру рабочей поверхности фильтрующих элементов, а сечение отверстия опорного кольца перекрыто сеткой. Опорное кольцо фильтродержателя на лицевой стороне в верхней части имеет выемку для захвата и замены фильтрующих элементов, а выходной патрубок фильтродержателя имеет возможность крепления на боковом патрубке прибора.

Устройство для крепления на платформе твердых подложек выполнено в форме диска с возможностью его размещения между зажимами для чашки Петри, а на его наружной (верхней) поверхности укреплены ограничители подложек, выполненные в виде штырьков, и прижимные фиксаторы, при этом диск имеет на периферии пазы для захвата и замены подложек. Крепления штырьков распределены по поверхности диска равномерно, с возможностью ограничения подложек разных размеров. Как показали наши исследования, в отличие от утопления подложек в поверхность диска и использования других конструкций ограничителей, предложенные нами ограничители в виде выступающих из поверхности диска круглых штырьков исключают задержку дисперсной фазы на поверхности диска, в результате чего не происходит бактериальное загрязнение его поверхности, а также перекрестное обсеменение проб, снижающее точность бактериологического анализа воздуха.

С целью расширения диапазона измерений объемной скорости просасываемого воздуха, корпус прибора имеет полость, расположенную под электроаспиратором, при этом канал для отвода воздуха и вертикальный отводной патрубок сообщаются с полостью и содержат сменные жиклеры с разными проходными сечениями, что позволяет дискретно регулировать перераспределение выходящего из прибора воздуха между отводными каналом и отводным патрубком.

На фиг. 1 изображен предлагаемый прибор, общий вид, разрез; на фиг. 2 фильтродержатель, вид сбоку; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 устройство для крепления на платформе твердых подложек.

Прибор содержит цилиндрический корпус 1 с каналами для подвода 2 и отвода 3 воздуха, поперечную перемычку 4 с отверстиями 5, платформу 6, имеющую края в виде лопастей 7. Платформа 6 установлена на перемычке 4 с возможностью вращения. На платформе 6 размещен регулятор 8 частоты ее вращения, а также чашка Петри 9 с питательной средой. Боковым патрубком 10 к корпусу 1 прибора подсоединен циклон 11 с бункером 12 для сорбционной жидкости. Патрубок 10 закреплен на стенке корпуса 1 между перемычкой 4 и нижней поверхностью лопастей 7 платформы, что позволяет исключить возможность обсеменения питательной среды в чашке Петри при отборе проб циклоном. Канал 2 подвода воздуха и боковой патрубок 10 снабжены заслонками 13 и 14, перекрывающими подачу воздуха в прибор.

Циклон 11 в верхней части имеет тангенциальный патрубок 15 с форсункой 16. Выходной патрубок 17 циклона 11 выполнен с раструбом 18, установленным соосно в корпусе циклона. Форсунка 16, размещенная в патрубке 15, соединена с бункером 12 трубкой 19, конец которой погружен в бункере 12 в сорбционную жидкость.

Канал 3 для отвода воздуха оснащен насадкой 20, свободный конец которой направлен под углом 30-60^о вверх от горизонтали, что препятствует попаданию в прибор аэрозольных частиц с поверхности, на которой установлен прибор, чем исключается искажение результатов анализа. В корпусе прибора 1 под поперечной перемычкой установлен электроаспиратор 21, а под ним имеется полость 22, с которой сообщаются канал 3 для отвода воздуха и вертикальный отводной патрубок 23. Последний содержит ротаметр 24 сменный жиклер 25 с проходным каналом 26. Канал 3 для отвода воздуха имеет сменный жиклер 27.

При отсоединенном циклоне 11 патрубком 10 к корпусу 1 прибора подсоединен фильтродержатель 28, содержащий выходной патрубок 29, опорное кольцо 30 с бортиком 31, размещенным по периферии нижней части лицевой стороны опорного кольца 30. На бортике 31 закреплено полукольцо 32, образующее паз 33 для размещения в нем фильтрующих элементов 34, заключенных в защитные кольца 35. Внутренние диаметры опорного кольца 30 и полукольца 32 равны и соответствуют диаметру рабочей поверхности фильтрующих элементов 34, а сечение отверстия опорного кольца 30 перекрыто сеткой 36. На лицевой стороне в верхней части опорное кольцо 30 имеет выемку 37 для захвата и замены фильтрующих элементов. Выходной патрубок 29 фильтродержателя имеет возможность крепления на боковом патрубке 10 прибора.

При снятой чашке Петри 9 между зажимами 38 для чашки Петри установлено устройство для крепления на платформе 6 предметных стекол и других твердых подложек. Устройство выполнено в форме диска 39, на наружной (верхней) поверхности которого укреплены ограничители 40 подложек 41, выполненные в виде штырьков и предотвращающие боковое смещение подложек вдоль поверхности диска 39 под действием центробежных сил, которые возникают при вращении платформы 6. Для предотвращения выброса подложек 41 с поверхности диска 39 под действием подъемной силы, существующей в обтекающем подложки скоростном воздушном потоке, на поверхности диска размещены прижимные фиксаторы 42. На периферии диск 39 имеет пазы 43 для захвата и замены подложек 41. Для отбора проб аэрозольных частиц на неподвижные подложки и чашки Петри, в стенке корпуса 1 на уровне платформы 6 размещен стопор 44 вращения платформы.

Прибор работает следующим образом.

При перекрытом заслонкой 13 патрубке 10 и при открытой заслонке 14 канала 2 исследуемый воздух под действием разрежения, создаваемого электроаспиратором 21, засасывается во входную щель 2 прибора. Воздушный поток ударяется о поверхность плотной питательной среды, залитой в чашку Петри 9, или подложек 41, установленных на диске 39. Платформа 6, на которой между зажимами 38 установлена чашка Петри 9 или диск 39, равномерно вращается под входной щелью 2 прибора в результате взаимодействия воздушного потока, отраженного от питательной среды или подложек, с лопастями 7 платформы 6. Постоянная скорость вращения платформы 6 поддерживается центробежным регулятором 8. Воздушный поток импактирует на питательную среду или поверхность подложек содержащиеся в нем частицы и микроорганизмы. Частицы бактериального аэрозоля при вращении платформы равномерно распределяются по всей поверхности питательной среды. При этом исключается слияние колоний, чем повышается точность бактериологического анализа. Для отбора проб на неподвижные подложки стопор 44 устанавливают между лопастями 7 платформы 6, что препятствует ее вращению. При этом на поверхности подложек под щелью 2 образуется плотный компактный осадок аэрозольных частиц, необходимый для исследования их состава с использованием некоторых серологических (метод флюоресцирующих антител, агглютинации) и физических (масспектрометрия, электронная микроскопия) методов анализа.

Вирусологический анализ воздуха в приборе осуществляется при открытой заслонке 13 и закрытой заслонке 14. При этом исследуемый воздух поступает через патрубок 15 в корпус циклона 11. Воздушный поток проходит через факел распыла форсункой 16 сорбционной жидкости, капли которой улавливают микроорганизмы в потоке. Капли инерционно осаждаются на стенках корпуса циклона 11 и стекают в бункер 12. По трубке 19 осуществляется рециркуляция сорбционной жидкости, т. е. повторная подача ее на распыление форсункой 16. Это обеспечивает обогащение жидкости дисперсной фазой до концентрации, необходимой для проведения достоверного вирусологического анализа воздуха.

При отсоединенном циклоне на боковом патрубке 10 прибора устанавливают фильтродержатель 28. При этом исследуемый воздух поступает к фильтрующему элементу 34 и прижимает его к опорной сетке 36 и опорному кольцу 30. Под действием разрежения, создаваемого аспиратором, воздух просасывается через фильтрующий элемент, и на его поверхности осаждаются частицы дисперсной фазы исследуемого аэрозоля. После окончания отбора пробы и отключения аспиратора сила атмосферного давления, прижимающая во время отбора пробы фильтрующий элемент к опорному кольцу с сеткой, исчезает, и фильтрующий элемент 34 с помощью выемки 37 захватывают за защитные кольца 35, извлекают из паза 33, складывают вместе с кольцами 35 пополам осадком внутрь, а затем помещают в пронумерованный конверт и направляют на анализ.

После определения запыленности воздуха путем взвешивания фильтра (фильтрующего элемента в защитных кольцах) до и после отбора пробы и учета объема отобранной пробы воздуха, фильтр отправляют на радиометрический анализ, помещая его под анализатор импульсов, а затем осадок с фильтра элюируют в бидистиллированную воду, используя для этого колбу со стеклянными бусами и помещая ее вместе с фильтром и жидкостью на шуттель-аппарат (встряхиватель). Полученную взвесь или раствор направляют на исследование с использованием принятых методов химического анализа.

Просасываемый через прибор воздух, проходя через аспиратор 21, поступает в полость 22 и затем разделяется: основной поток воздуха проходит через отводной канал 3, снабженный жиклером 27, а часть воздуха через отводной патрубок 23 с ротаметром 24 и жиклером 25. Аэродинамическое сопротивление жиклера 27, пропорциональное в соответствии с законами аэродинамики объемной скорости просасываемого через прибор воздуха, создает в полости 22 небольшое избыточное давление, которое, в свою очередь, определяет скорость потока воздуха, проходящего через отводной патрубок 23 и компактный малопроизводительный ротаметр 24. Это позволяет откалибровать показания ротаметра 24 в зависимости от объемной скорости воздушного потока, просасываемого через прибор, определить точное значение объема отобранной пробы воздуха и оценить концентрацию дисперсной фазы в исследуемом аэрозоле.

При больших объемных скоростях аэродинамическое сопротивление канала 3 создает в полости 22 избыточное давление, под действием которого скорость потока воздуха через ротаметр 24 превышает максимальное показание его шкалы. В этом случае в канале 3 устанавливают жиклер 27 с большим проходным сечением, создающим при той же скорости отбора пробы более низкое избыточное давление в полости 22 и, соответственно, меньшую скорость потока в ротаметре 24. Таким образом, используя сменные жиклеры, можно за счет ступенчатого изменения доли воздушного потока, проходящего через ротаметр, получить ряд диапазонов измерения производительности прибора, перекрывающих объемные скорости отбора проб всеми комплектуемыми пробоотборными головками. Диаметр проходного канала 26 жиклера 25 подбирают экспериментально из соображений наибольшей стабильности показаний и наибольшего диапазона измерений ротаметра 24 при различных сменных жиклерах 27 на отводном канале 3.

П р и м е р 1. В приборе используют ротаметр с диапазоном измерений n 0-20 л/мин. В отводном канале 3 устанавливают сменные жиклеры с диаметрами проходных каналов 7, 10, 13, 17 и 28 мм. В отводном патрубке 23 устанавливают жиклер с диаметром проходного канала 3 мм.

П р и м е р 2. В качестве побудителя разрежения воздуха в приборе устанавливают агрегат от пылесоса типа "Буран" (АП-600М-УХЛ4, ТУ 16-632.631-84) мощностью 600 Вт. В качестве фильтрующих элементов используют серийно выпускаемые фильтры типа АФА-20 (Аналитические фильтры аэрозольные с рабочей поверхностью 20 см² -см. каталог фильтров АФА Всесоюзного объединения "Изотоп". М. 1987, индекс 7636), заключенные в стандартные защитные кольца с наружным диаметром 78 мм и внутренним (диаметром рабочей поверхности фильтра) 50 мм. Аналогичные размеры имеют опорное кольцо и полукольцо фильтродержателя. Внутренний диаметр входного (тангенциального) патрубка циклона 12 мм. Для исключения перекоса оси вращения платформы 6 под напором засасываемого воздуха, обеспечения ее устойчивого вращения и надежной работы устройства, крышка прибора имеет два симметричных диаметрально расположенных щелевых воздухозаборных канала шириной по 3 мм, длиной по 35 мм и расстоянием между их ближними краями 10 мм. Производительность отбора проб различными пробоотборными головками, входящими в комплект предлагаемого прибора, и выполняемые виды анализа дисперсной фазы представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый прибор для экологического анализа воздушной среды представляет собой высокопроизводительный пробоотборный комплекс, позволяющий исследовать любые параметры самых разных типов вредных аэрозолей с целью осуществления контроля за загрязнением атмосферы с использованием микробиологических, физических, химических, радиометрических и других доступных методов. Кроме этого, предлагаемое устройство является метрологическим прибором, позволяющим с высокой точностью определять производительность отбора проб всеми входящими в его состав пробоотборными головками, независимо от мощности электроаспиратора, изменения напряжения электропитания и других внешних факторов. Конструктивные особенности прибора и его высокая производительность обеспечивают надежную работу, высокую точность и достоверность получаемых результатов экологического анализа. Отводной канал прибора предусматривает возможность его подсоединения к штуцерам воздуходувок, установленных на специализированных автомашинах ветеринарной службы, что позволяет проводить исследования в полевых условиях, автономно от источников электропитания.