устройство для улавливания биофизических аэрозолей

Формула изобретения

Устройство для улавливания биофизического аэрозоля, содержащее корпус, крышку с комплексом вводных штуцеров, фильтрующий насыпной материал, входной и выбросной воздушные штуцеры, отличающееся тем, что вводные штуцеры выполнены тангенциально, в центре комплекса вводных штуцеров размещен для аналитических растворов дозатор-распылитель с шариковым клапаном, внутри корпуса выполнены опорные выступы и на них установлена предварительно охлажденная до низких температур съемная кассета для насыпного фильтрующего материала, выбросной воздушный штуцер снабжен наконечником из мелкоячеистой сетки, а внутри корпуса установлен регулируемый по высоте конический отражатель для сконденсированной жидкой пробы и аналитического раствора, при этом внутренняя поверхность конического отражателя выполнена шарообразной, в днище корпуса в его центре у внешней стороны выбросного штуцера выполнено углубление для приема жидкой пробы, при этом корпус теплоизолирован, а съемная кассета выполнена с расположенным на ней постоянным по высоте насыпным фильтрующим материалом или выполнена со ступенчатыми кольцевыми камерами для насыпного фильтрующего материала с расположенными на ней различными по высоте слоями фильтрующего материала и различными площадями фильтрации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приборам для улавливания биофизических аэрозолей из воздушной среды для последующего биологического или физико-химического анализа и может найти применение в области охраны окружающей среды при гигиенических исследованиях воздуха на предприятиях строительной, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности.

Успешное решение задач охраны и оздоровления условий труда в значительной мере зависит от состояния воздушной среды производственных, жилых и общественных помещений.

По воздействию на человека биофизические аэрозоли разделяют на три группы: нейтральную - не содержащую токсичности, не отравляющую организм, но оказывающую механическое воздействие на органы дыхания; токсичную аэрозоль - содержащую ядовитые вещества, вызывающие химические отравления; силикозную и асбестовую аэрозоль - включающую более 10% свободной двуокиси кремния (SiO₂) или асбеста; бактериологического воздействия - содержащую болезнетворные бактерии, отрицательно отражающиеся на здоровье человека.

В зависимости от дисперсности аэрозоля влияние его на человека характеризуется следующими показателями. Аэрозоль с частицами размером более 50 мкм задерживается в верхних дыхательных путях, размером 10-50 мкм глубоко проникает в дыхательные пути и в легкие, а размером менее 10 мкм - проникает в легкие и поэтому опасны для человека. Надо иметь в виду также, что некоторые виды аэрозоля взрывоопасны (вследствие развитой поверхности).

Для определения содержания в воздухе концентрации и дисперсности биофизического аэрозоля необходимо устройство, позволяющее улавливать аэрозольные частицы различного происхождения и размеров при последующем использовании различных методов анализа.

Известны устройства для улавливания биофизического аэрозоля различных конструкций, содержащие корпус, насыпные фильтры с входными и выходными патрубками ("Руководство к лабораторным занятиям по коммунальной гигиене" Е.И. Гончарука, М.: Медицина, 1990, с.291).

Эти устройства не могут быть использованы для улавливания широкого вида биофизического аэрозоля из-за их малой производительности, что не позволяет получать представительность отобранных проб.

Известно также устройство для улавливания аэрозоля инерционного типа - импактор ("Аэрозоли" И.В. Петрянов-Солоков, М., "Наука", 1989, с.45). Этот импактор обладает большим гидравлическим сопротивлением, что не позволяет получать представительность отобранных проб.

Кроме того, известно устройство для улавливания биофизического аэрозоля, содержащее корпус, крышку с комплексом вводных штуцеров, фильтрующий насыпной материал, входной и выбросной воздушный штуцеры (SU 1270621, кл. G 01 N 1/22, опублик. 1989), который является наиболее близким к заявленному устройству.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение достоверности и представительности отбираемых проб, надежности и удобства в эксплуатации.

Для достижения технического результата и по сравнению с известным устройством в заявленном вводные штуцеры выполнены тангенциально, в центре комплекса вводных штуцеров размещен для аналитических растворов дозатор-распылитель с шариковым клапаном, внутри корпуса выполнены опорные выступы и на них установлена предварительно охлажденная до низких температур съемная кассета для насыпного фильтрующего материала, выбросной воздушный штуцер снабжен наконечником из мелкоячеистой сетки, а внутри корпуса установлен регулируемый по высоте конический отражатель для сконденсированной жидкой пробы и аналитического раствора, при этом внутренняя поверхность конического отражателя выполнена шарообразной, в днище корпуса в его центре у внешней стороны выбросного штуцера выполнено углубление для приема жидкой пробы, при этом корпус теплоизолирован, а съемная кассета выполнена с расположенным на ней постоянным по высоте насыпным фильтрующим материалом или выполнена со ступенчатыми кольцевыми камерами для насыпного фильтрующего материала с расположенными в ней различными по высоте слоями фильтрующего материала и различными площадями фильтрации.

Устройство для улавливания биофизического аэрозоля показано на фиг.1.

На фиг.2 - вид сверху устройства.

На фиг.3 - клапан дозатора-распылителя в закрытом положении.

На фиг.4 - клапан дозатора-распылителя в открытом рабочем положении.

На фиг.5 - съемная кассета с кольцевыми камерами.

На фиг.6 - разрез корпуса по сечению А-А.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1 уловителя аэрозоля, на котором устанавливается крышка 2 с комплексом тангенциальных входных воздушных патрубков. 3. В центре комплекса тангенциальных вводов воздушных патрубков 3 установлен дозатор-распылитель 4 с аналитическим раствором 5, определяющий химико-физические и биологические свойства уловленных частиц биофизического аэрозоля и способствующий более эффективному улавливанию частиц аэрозоля.

Дозатор-распылитель 4 снабжен шариковым клапаном 6 (фиг.3), позволяющим более равномерно распределять аналитический раствор 5 по всей площади съемной кассеты 7 насыпного фильтра, установленного на посадочных выступах 8 корпуса 1. Выбросной патрубок 9 размещен внутри корпуса 1 и имеет наконечник 10 из мелкоячеечной сетки, над ней устанавливается конический отражатель 11 на подвижной штанге 12, проходящий через центр по направляющей втулке 13, установленной в выбросном патрубке 9. Штанга 12 выходит за дно корпуса 1 и имеет ручку 14, с помощью которой производится регулировка по высоте от внутренней шарообразной поверхности 15 конического отражателя 11 до наконечника 10.

В днище корпуса 1 в центре около внешней стороны выбросного патрубка 9 расположено углубление 16 для приема жидкой пробы 17.

Корпус 1 размещается на установочной раме 18, а сам корпус 1 теплоизолирован 19.

В уловителе съемная кассета 7 в зависимости от последующего определения химического или биологического состава аэрозоля и для определения дисперсного состава аэрозоля заменяется на кассету 20 со ступенчатыми кольцевыми камерами 21 для насыпного фильтрующего материала 22 с различными по высоте слоями и различными площадями фильтрации, а на ровную верхнюю поверхность этой кассеты укладывается фильтрующий элемент 23 из ткани Петрянова, ядерного или из других фильтрующих материалов.

Другой конец выбросного патрубка 9 подсоединяется к аспиратору. Устройство для улавливания биофизического аэрозоля работает по нескольким вариантам отбора проб.

Один из вариантов следующий.

При определении загрязнения воздуха на выбранной точке отбора проб съемную кассету 7 с насыпным фильтрующим материалом 21 предварительно охлаждают до температуры -40^oС и переносят в термосе до места отбора проб аэрозоля.

В точке отбора проб эту кассету 7 устанавливают в корпус 1 уловителя на постановочные выступы 8 и закрывают крышкой 2.

Дозатор-распылитель 4 заправляют специальным аналитическим раствором 5 на определенный вид анализов по определению загрязняющих веществ. Определив скорость ветра в момент отбора проб, в отбираемой точке выставляют конический отражатель 11 на высоту, необходимую для соблюдения изокинетического условия отбора проб.

Это собранное устройство подсоединяют к аспиратору и включают в работу. Атмосферный загрязненный воздух засасывается через тангенциальный ввод воздушного патрубка 3, а так как воздух с биофизической аэрозолью имеет относительную влажность, то при контакте с охлажденной кассетой 7 с насыпным материалом происходит интенсивная конденсация паров воды, которые совместно с частицами аэрозоля осаждаются на развернутую поверхность насыпного фильтрующего материала из воздуха.

После отбора проб в корпус 1 уловителя через дозатор-распылитель 4 подают аналитический раствор при определении химического или биологического состава аэрозоля.

По окончании подготовки пробы к анализу крышку 2 с тангенциальными вводами снимают и устанавливают крышку-заглушку, а отражатель 11 перекрывает выбросной патрубок 9.

Подготовленную пробу доставляют в лабораторию для дальнейшего анализа.

Второй вариант использования устройства для улавливания биофизического аэрозоля.

В корпусе 1 уловителя устанавливают съемную кассету 20 с фильтрующим насыпным материалом 22, закрывают крышкой 2 с тангенциальными вводами патрубков и на ней закрепляют дозатор-распылитель 4, заполненный необходимым аналитическим раствором 5. Отражатель 11 выставляют на требуемую высоту от выбросного патрубка 9. Включают в работу аспиратор, в уловителе создается разряжение, в результате чего засасывается исследуемый воздух из намеченной точки отбора проб. В момент включения аспиратора производят распыление аналитического раствора, который мелкой фракцией захватывает взвешенные частицы атмосферного аэрозоля, которые поступают в насыпной фильтрующий материал 22, а далее частично в углубление 16 уловителя.

В результате этого процесса повышается эффективность осаждения аэрозольных частиц и реакция биофизического аэрозоля с аналитическим раствором 5. Отобранная жидкая проба 17 собирается в углублении 16 уловителя. Уловитель закрывают крышкой-заглушкой, а отражатель 11 опускают до нижнего предела и пробу доставляют в лабораторию для дальнейших исследований.

Третий вариант использования предлагаемого устройства для улавливания биофизического аэрозоля заключается в следующем.

В корпус 1 уловителя (фиг.5) вставляют съемную кассету 20 со ступенчатыми кольцевыми камерами 21 для насыпного материала 22 с различными по высоте и площадями фильтрации. На кассету 20 укладывают фильтрующий элемент 23. Далее устанавливают тангенциальный вводной комплекс штуцеров 3 и выставляют по высоте конический отражатель 11 с помощью штанги 12 и регулировочной ручки 14 на расстояние "h", необходимое для изокинетического отбора проб из окружающей воздушной среды, подключают его в работу, в корпусе 1 создается разряжение, в результате чего атмосферная аэрозоль поступает через тангенциальный вводный штуцер 3, вызывая вращения воздушного потока, за счет центробежных сил крупные частицы аэрозоля размером более 15 мкм оседают на периферийной зоне 24 фильтрующего элемента, частицы 10-5 мкм оседают на средней зоне 25 фильтрации, а частицы менее 5 мкм оседают в центральной зоне 26 фильтрующего элемента. Разделение аэрозольных частиц происходит по их размерам, так как они имеют различные скорости витания и скорости фильтрации. Эти физические и аэродинамические свойства использованы при отборе проб в ступенчатых кольцевых камерах 21 съемной кассеты 20. При этом варианте использования устройства фильтрующий элемент 23 предварительно перед отбором проб аэрозоля взвешивают и после отбора проб снова взвешивают, зная привес, определяется общая весовая концентрация, а далее, используя метод микроскопирования трех зон осаждения, определяются размеры и химический состав частиц, уловленных на них, в процентном содержании.

Использование в устройстве низкоохлажденной съемной кассеты позволит значительно повысить эффективность улавливания аэрозольных частиц и сохранить биологические объекты в пробе.

Применение в устройстве съемной кассеты с кольцевыми камерами для насыпного фильтрующего материала и с фильтрующим элементом на нем позволит упростить определение дисперсного состава уловленных частиц аэрозоля.

Отобранные пробы с использованием предлагаемого устройства позволят получать объективную информацию о состоянии и об уровне загрязнения атмосферного воздуха.

Применение устройства позволит использовать различные методики анализа над уловленными частицами аэрозоля, что значительно повысит количественное и качественное определение загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

В перспективе, в устройстве возможно усовершенствовать процесс улавливания биофизического аэрозоля, снабжая впоследствии шток дозатора-распылителя и шток отражателя исполнительными механизмами, подсоединив их к электронному пульту управления пробоотборника.