Способ адаптирования импакторов к различным условиям отбора проб аэрозоля

Изобретение относится к области исследований или анализа дисперсного состава аэрозольных частиц загрязняющих веществ в воздухе при проведении пробоотбора с использованием импакторов. Способ адаптирования каскадных струйных импакторов к различным условиям отбора проб аэрозоля, характеризующихся изменением плотности вещества отбираемых частиц и(или) объемной скорости аспирации, заключается в корректировке скорости воздуха на входе в каждый каскад и(или) длины пробега частиц до улавливающей подложки путем использования комплектов сменных элементов конструкции каскадов импактора, при этом обеспечение функциональности одного и того же импактора при различных условиях отбора проб аэрозоля достигается комбинированием величины сечения сопел и(или) расстояния от входного канала каскада до улавливающей подложки за счет использования комплекта сменных мембран с отверстиями разного количества и диаметра и(или) комплекта сменных элементов стоек различной длины, удерживающих улавливающие подложки, либо стоек, конструктивно позволяющих изменять и фиксировать их длину за счет резьбового соединения. Техническим результатом является приобретение импакторами свойства универсальности к условиям отбора проб, а также расширение их функциональных возможностей по выбору необходимого диапазона дисперсности отбираемого аэрозоля на различных каскадах. 2 ил.

 

Изобретение относится к области исследований или анализа дисперсного состава аэрозольных частиц загрязняющих веществ в воздухе при проведении пробоотбора с использованием импакторов.

Изобретение может быть использовано для проведения исследований, предполагающих отбор и фракционирование аэрозольных частиц, с вариацией условий отбора по объемному расходу воздуха через каскадный струйный импактор и (или) по диапазону дисперсности отбираемого аэрозоля на каждом каскаде импактора.

Отбор проб воздуха для его последующего анализа известными методами является важнейшим элементом процедуры контроля наличия в атмосфере вредных веществ. С целью определения концентрации и фракционного состава контролируемых аэрозольных частиц используют импакторы.

Существуют различные схемы построения импакторов (импактор Мэя, импактор каскадный струйный, импактор щелевой и т.д.) [1-3], однако во всех из них используется один принцип - инерционное осаждение частиц аэрозоля на подложки фракционирующих каскадов вследствие резкой смены направления воздушного потока. Внешним побудителем расхода воздуха создается разряжение во внутреннем объеме импактора, что ведет к аспирации воздушного аэрозоля внутрь импактора. Скорость воздушного потока на каждом каскаде рассчитана так, что аэрозольные частицы определенного размера и больше осаждаются на улавливающей подложке конкретного каскада, а более мелкие огибают улавливающую подложку и с потоком воздуха поступают на следующий каскад импактора, где скорость воздушного потока повышается, что позволяет улавливать аэрозольные частицы меньшей дисперсности.

Известен импактор для отбора проб микробных аэрозолей, состоящий из одного или нескольких каскадов в виде разъемных кольцевых коллекторов с кольцевой проточкой / Патент №2237236 от 1.04.2003 г., Российская Федерация, МПК G01N 30/72 [Текст], Оленин О.Д.; заявитель и патентообладатель Оленин О.Д. - №2003108904/12, заявл.01.04.2003 г.; опубл. 27.09.2004/, в котором обеспечивается полнота осаждения микробных аэрозолей, обладающих характерными особенностями воздействия на организм человека, на чашку Петри с плотной питательной средой с эффективностью 50%. Недостатком данной конструкции следует считать невозможность варьирования величиной объемного расхода воздуха и строго фиксированные значения дисперсности отбираемого на каскадах аэрозоля.

Известна конструкция каскадного импактора для дисперсного анализа аэрозолей с использованием стандартных радиометрических приборов / Патент №2239815 от 11.02.2003 г., Российская Федерация, МПК G01N 15/02 [Текст], Бадьин В.И., Молоканов А.А., Припачкин Д.А., Разин А.И., Фертман Д.Е., Цовьянов А.Г.; заявитель и патентообладатель Государственный научный центр - Институт биофизики - №2003103790/28, заявл. 11.02.2003 г.; опубл. 10.11.2004 /, позволяющая за счет размещения каскадных элементов в пробоотборной корзине оперативно проводить анализ активности фракций аэрозолей при проведении санитарно-гигиенической оценки воздушной среды, оценки эффективности работы пылеулавливающего оборудования и средств защиты органов дыхания. Недостатком данного импактора также следует считать наличие только фиксированных объемного расхода воздуха 20 л/мин и значений дисперсности отбираемого на каскадах аэрозоля.

Ближайшим из аналогов предлагаемого является способ, реализованный в импакторе, предоставляющем пользователю возможность изменения параметров устройства в зависимости от решаемой задачи /Патент №2251679 от 09.06.2003 г., Российская Федерация, МПК G01N 15/02 [Текст], Гвоздик М.Ю., Ульянов С.М.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. акад. Е.И. Забабахина» (ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ) (RU), Министерство Российской Федерации по атомной энергии (МАЭ РФ) (RU) - №2003117297/28, заявл. 09.06.2003 г.; опубл. 10.12.2004/. Авторы изобретения заявляют применение одного устройства в широком диапазоне скоростей пробоотбора (2…20 л/мин) путем установки для требуемой производительности пробоотбора соответствующего набора сменных пластинок с выборками, образующими сортировочную щель. Недостатком данного изобретения являются необходимость изготовления отдельных импакторов, конструкция которых в целом предполагает возможность установки сменных пластинок с выборками; щелевой вариант сортировочных отверстий в сменных пластинах не оптимален для обтекания потоком накопительных пластинок, поскольку их осевая симметрия предполагает завихрения на концах щели; авторами не рассмотрен вариант адаптации импактора для условий отбора на каскадах иных от заданных значений фракций частиц, а только изменение производительности пробоотбора через импактор, при этом согласно теоретическим расчетам при малых (или больших) производительностях пробоотбора может возникнуть ситуация, когда условие эффективности определенных каскадов импактора (при сохранении заданных значений фракционирования частиц) выполняться не будет.

Вместе с тем условия проведения пробоотбора могут характеризоваться определенными особенностями, которые ограничивают применение импактора с заданными фиксированными паспортными техническими характеристиками.

Так инерционное осаждение аэрозоля, образованного частицами вещества, обладающего отличным от воды значением плотности, приведет к смещению значений фракционируемой дисперсности на каскадах в сторону более крупных частиц при смещении плотности вещества ниже 1 г/см3 и, соответственно, напротив в сторону мелких частиц при анализе веществ с высокой плотностью, что в конечном итоге приведет к ошибке измерений.

Следует указать и на тот факт, что в ходе исследования может потребоваться установить отличные от паспортных значения диапазонов диаметров частиц, фракционируемых на каскадах имеющегося в наличии импактора. В этом случае поставленная задача решается только использованием иного специально рассчитанного и изготовленного импактора.

Кроме того, в ряде случаев установленная для импактора фиксированная скорость аспирации не позволяет использовать устройство для проведения опыта, и требуется изменить производительность пробоотбора, но сохранить границы фракционирования на всех каскадах. Подобная ситуация возникает, например, если необходимо провести отбор за короткий промежуток времени, однако чувствительности метода контроля осажденного на каскадах вещества не достаточно. Очевидно, что в этом случае повышение производительности отбора приведет к отклонению характеристик импактора от паспортных данных.

Результатом настоящего изобретения является возможность универсального использования импакторов при различных условиях отбора проб аэрозоля, характеризующихся изменением плотности вещества отбираемого аэрозоля и (или) объемной скорости аспирации.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что в устройстве отбора проб зараженного воздуха для контроля фракционно-дисперсного состава аэрозольного облака исследуемых веществ, построенного по принципу каскадного струйного импактора, согласно изобретению, для обеспечения функциональности одного и того же импактора при различных условиях отбора используется комплект сменных мембран с различным количеством отверстий разного диаметра, обеспечивающий возможность корректировки заданной скорости воздуха на входе в каскады, и (или) комплект сменных элементов стоек различной длины, удерживающих улавливающие подложки, либо стоек, конструктивно позволяющих изменять и фиксировать их длину за счет резьбового соединения, что позволяет варьировать расстоянием от выхода из сопла до удерживающей подложки.

Известны теоретические подходы к расчету параметров импактора, согласно которым общая формула для расчета диаметра частиц (d+) равного и большего размера которого все сядут на улавливающую подложку каскада может быть записана [4-6]:

где μ - динамическая вязкость воздуха при 20°С, Па⋅с,

S - расстояние от выхода из сопла до улавливающей подложки, м,

v - скорость воздуха на входе в каскад, м/с,

Сс - поправка Каннингема.

В свою очередь:

где Q - объемный расход воздуха через импактор, м3/с,

N - количество сопел на входе в каскад струйного импактора,

D - диаметр каждого сопла, м.

На основе представленных зависимостей можно рассчитать параметры (количество (N) и диаметр (D) сопел) для изготовления сменных мембран и (или) сменных элементов стоек различной длины, удерживающих улавливающие подложки (величина, определяемая параметром S), под требуемый объемный расход воздуха (Q), и (или) диаметр осаждаемых на каскаде частиц (d+) с учетом плотности вещества частиц (ρ) отбираемого аэрозоля:

где aND as - эмпирические коэффициенты, учитывающие погрешность изготовления конструкции импактора.

Используя для практического изготовления сменных мембран и (или) стоек импактора рассчитанные значения N, D и S, следует учитывать необходимость выполнения условия эффективности каждого каскада импактора (ε), рассчитываемого для импактора с круглым соплом, как [5]:

При несоблюдении данного условия следует рассчитать иные значения указанных параметров, удовлетворяющих предъявляемым требованиям.

Краткое описание чертежей. Техническая реализация предлагаемого способа поясняется на примере адаптирования импактора ИКС-10. Конструкция импактора каскадного струйного ИКС-10 представлена на Фиг. 1. Импактор ИКС-10 представляет собой компактный пробоотборник, позволяющий фракционировать отбираемый биологический аэрозоль, поступающий через воздухозаборное устройство 1 на четыре каскада 2, 3, 4 и 5 (в диапазоне диаметров частиц: 1-ый каскад - более 10 мкм, 2-ой - 10…5 мкм, 3-ий - 5…2 мкм, 4-ый - 2…0,8 мкм). Инерционное осаждение частиц на улавливающих подложках 6, закрепленных на стойках 8, обеспечивается скоростью воздушного потока на входе в каскад через разгонные сопла 7.

Наряду с компактностью ИКС-10 позволяет проводить его простую разборку-снаряжение-сборку, обеспечивает проведение специальной обработки для обеззараживания элементов конструкции после работы в зараженной среде. Однако он предназначен для работы только при скорости аспирации 10±1 л/мин и обеспечивает заданную точность фракционирования частиц биологического аэрозоля, имеющих плотность, близкую плотности воды [1].

Предлагаемая конструктивная схема каскадов струйного импактора, реализующая универсальность одного импактора для различных условий отбора проб представлена на Фиг. 2. Варианты модернизации отдельного каскада рассматриваемого импактора, реализующей предлагаемый способ адаптирования, предполагают модифицированный корпус предыдущего каскада 9, обеспечивающий установку сменных мембран с отверстиями 10 через уплотняющее резиновое кольцо 11 и (или) установку улавливающей подложки 12 на сменной стойке различной длины 13 (Фиг. 2 а) либо на стойке 14 (Фиг. 2 б), позволяющей изменять и фиксировать за счет резьбового соединения длину пробега частиц до улавливающей подложки.

Актуальность изобретения характеризуется возможностью достижения преимуществ использования, адаптированных к широкому диапазону условий пробоотбора каскадных струйных импакторов в ходе проведения различных исследований аэрозолей без значительных материальных затрат:

модернизация импакторов, для применения в них сменных мембран и (или) элементов стоек, фиксирующих удерживающие подложки, значительно расширяет границы использования устройств пробоотбора для анализа дисперсного состава аэрозолей, образованных из веществ различной плотности;

возможность варьирования величиной объемного расхода воздуха через импактор при сохранении паспортных характеристик импактирования на каждом каскаде делает его универсальным для использования в различных условиях пробоотбора;

использование заранее рассчитанных сменных мембран и (или) элементов стоек, фиксирующих удерживающие подложки, позволяет перенастроить каждый каскад импактора на интересующий диапазон дисперсности отбираемого аэрозоля.

Список литературы

1. Импактор каскадный струйный ИКС-10. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. А.794.05.00.00.000ТО, Екатеринбург: ЦВТП БЗ МО РФ, 1996, 19 с.

2. Универсальное пробоотбирающее устройство УПУ. Руководство по эксплуатации. АДБР.416100.000.00РЭ, С-Пб.: ООО «НЛП «Адвент», 2018, 100 с.

3. Гапочко К.Г., Мисников О.П., Раевский К.К. Средства и методы изучения микробных аэрозолей. - Л.: Медицина, 1985, 176 с.

4. Крючков А.В., Смирнов М.Б., Поярков А.Ю. Расчет параметров дискового импактора // Фундаментальные исследования. Технические науки. - 2014. - №12. - С. 29-32.

5. Райст П. Аэрозоли. Введение в теорию: пер. с англ. - М.: Мир, 1987. - 280 с.

6. Будыка А.К., Хмелевский В.О., Припачкин Д.А., Цовьянов А.Г. Моделирование и экспериментальное исследование осаждения аэрозольных частиц в персональном импакторе // АНРИ. - 2009. - №3. - С. 27-37.

7. The Next Generation Pharmaceutical Impactor (NGI). User Guide. NGI-0170-6001, MSP Corporation, 2008, 74 p.

Способ адаптирования каскадных струйных импакторов к различным условиям отбора проб аэрозоля, характеризующихся изменением плотности вещества отбираемых частиц и(или) объемной скорости аспирации, заключающийся в корректировке скорости воздуха на входе в каждый каскад и(или) длины пробега частиц до улавливающей подложки путем использования комплектов сменных элементов конструкции каскадов импактора, отличающийся тем, что обеспечение функциональности одного и того же импактора при различных условиях отбора проб аэрозоля достигается комбинированием величины сечения сопел и(или) расстояния от входного канала каскада до улавливающей подложки за счет использования комплекта сменных мембран с отверстиями разного количества и диаметра и(или) комплекта сменных элементов стоек различной длины, удерживающих улавливающие подложки, либо стоек, конструктивно позволяющих изменять и фиксировать их длину за счет резьбового соединения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области проточной цитометрии, в частности, к принадлежностям для проточной цитометрии. Измерительная кювета для подсчета и/или характеризации клеток, содержащая основание и прозрачный боковой корпус, отходящий от основания и образующий вместе с ним оптическую измерительную камеру, причем основание имеет сквозное отверстие диаметром от 30 до 100 мкм, предназначенное для прохождения сквозь него клеток, основание и прозрачный боковой корпус образуют цельную кювету, пригодную для измерения полного сопротивления и для оптических измерений, при этом основание содержит верхнюю поверхность, которая является объединением боковой поверхности и поверхности меньшего радиуса усеченного тела, причем сквозное отверстие проходит сквозь основание на участке, соответствующем указанной поверхности меньшего радиуса верхней поверхности.

Изобретение относится к измерению параметров наноразмерных пористых материалов. Способ измерения пор гидрофильных материалов включает заполнение пористого вещества жидкой водой, регистрацию спектра вещества с адсорбированной водой на спектрометре среднего разрешения, параметры пористого вещества определяются из спектра поглощения адсорбированной воды с помощью модели в виде линейной регрессии, предварительно построенной по эталонным спектрам.

Изобретение относится к способу определения гранулометрического состава воздуха для датчика пыли бескамерного типа и электронному вычислительному устройству для его реализации. Способ определения гранулометрического состава воздуха для датчика пыли бескамерного типа содержит этапы, на которых: фокусируют лазерный луч в точке пространства для задания объема зондирования в области вблизи точки фокуса лазерного луча, причем размер объема зондирования является переменным в зависимости от размеров частиц, которые должны быть детектированы; задают пороговое значение для сигналов частиц, причем сигналы частиц представляют собой принятое лазерное излучение, рассеянное на частицах, пролетающих сквозь объем зондирования, при этом пороговое значение является по меньшей мере одним из, по меньшей мере, формы огибающей сигнала и максимальной амплитуды сигнала; детектируют сигналы частиц от частиц, пролетающих сквозь объем зондирования; извлекают значения параметров сигнала из каждого детектированного сигнала частицы, причем параметрами сигнала являются по меньшей мере одно из амплитуды сигнала, частоты колебаний сигнала, количества колебаний в сигнале, времени пролета частицы сквозь объем зондирования, формы огибающей сигнала; строят статистическое распределение извлеченных значений по меньшей мере одного параметра сигнала, выбранного из амплитуды сигнала, количества колебаний в сигнале и формы огибающей сигнала или комбинации всех параметров сигнала; строят распределение частиц по размерам с использованием построенного статистического распределения и обученной модели распределения частиц по размерам.

Изобретение относится к устройствам испытания фильтрующих, коагулирующих, сепарирующих материалов и элементов средств очистки топлив и может быть использовано на предприятиях по производству средств очистки нефтепродуктов. Установка для испытаний материалов и элементов средств очистки топлив содержит замкнутый трубопроводный контур, в котором последовательно по потоку установлен бак для топлива, фильтр предварительной очистки, насос, дозатор механических загрязнений, камера для размещения испытываемых материалов и/или элементов и блок управления, к входам которого подключены датчик перепада давления на входе и выходе камеры для размещения испытываемых материалов и/или элементов, счетчик расхода топлива, а также дозатор воды, подключенный к замкнутому трубопроводному контуру, два гидрораспределителя, размещенное внутри камеры подпружиненное кольцо, связанное пружиной с внутренней стороной крышки испытательной камеры, в виде полого прозрачного цилиндра с вертикальной цилиндрической перегородкой, при этом в нижней части стенки испытательной камеры и в днище, на внутренней поверхности которой по всей ее высоте выполнены равноудаленные друг от друга направляющие для взаимодействия во время скольжения проточек обоймы для размещения испытываемого плоского образца материала, при этом внутренняя полость подключена к трубопроводному контуру, ко входу и выходу внешней полости подключен датчик перепада давления, патрубок в нижней части стенки этой полости связан с циркуляционным контуром через последовательно соединенный нормально закрытый канал первого гидрораспределителя и нормально открытый канал второго гидрораспределителя, а патрубок в днище внешней полости испытательной камеры соединен с циркуляционным контуром через соответствующий нормально открытый канал второго гидрораспределителя и дополнительно введенный датчик расхода жидкости через внешнюю полость испытательной камеры, при этом датчик перепада давления во внешней полости, датчик расхода жидкости через внешнюю полость и приводы первого и второго гидрораспределителей подключены к соответствующим входам блока управления.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения коэффициентов диффузии в изделиях из листовых капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой и строительной промышленности. Способ определения коэффициента диффузии в листовых капиллярно-пористых материалах заключается в том, что в исследуемом листовом материале создают равномерное начальное содержание распределенного в твердой фазе растворителя, затем исследуемый материал помещают на плоскую подложку из непроницаемого для растворителя материала, гидроизолируют верхнюю поверхность материала, в начальный момент времени осуществляют импульсное точечное увлажнение верхней поверхности исследуемого изделия дозой растворителя, затем измеряют изменение во времени сигнала гальванического преобразователя на заданном расстоянии от точки нанесения импульса дозой растворителя, фиксируют момент времени достижения заданного значения сигнала гальванического датчика и рассчитывают коэффициент диффузии, при этом измеряют изменение во времени сигнала дополнительного гальванического датчика на другом расстоянии от точки нанесения импульса дозой растворителя, фиксируют моменты времени τ1 и τ2, при которых достигаются одинаковые значения сигналов соответственно первого датчика E1 и второго датчика E2 из диапазона (0,7 – 0,9) Ee на нисходящих ветвях кривых изменения сигналов во времени этих двух датчиков, а расчет коэффициента диффузии производят по формуле: , где r1 и r2 – расстояние между электродами соответственно первого и второго гальванического преобразователя и точкой воздействия дозой растворителя на поверхность контролируемого изделия; Ee - максимально возможное значение сигнала датчиков, соответствующее переходу растворителя из области связанного с твердой фазой исследуемого материала в область свободного состояния.

Изобретение относится к аппаратуре для измерения распределения размеров частиц и способу измерения распределения размеров частиц исходного материала для доменной печи или другого аналогичного устройства. Аппаратура для измерения распределения размеров частиц исходного материала, содержащего крупные частицы и липкий порошок, налипший на крупные частицы, содержит устройство для измерения крупных частиц, выполненное с возможностью получения информации, указывающей распределение размеров крупных частиц; устройство для измерения липкого порошка, выполненное с возможностью получения информации, указывающей распределение размеров частиц липкого порошка; и вычислительное устройство, выполненное с возможностью вычисления распределения размеров частиц исходного материала, при этом вычислительное устройство содержит модуль вычисления распределения размеров крупных частиц, выполненный с возможностью вычисления распределения размеров крупных частиц на основе информации, указывающей распределение размеров крупных частиц, полученной указанным устройством для измерения крупных частиц, модуль вычисления распределения размеров частиц липкого порошка, выполненный с возможностью вычисления распределения размеров частиц липкого порошка на основе информации, указывающей распределение размеров частиц липкого порошка, полученной указанным устройством для измерения липкого порошка, и модуль вычисления распределения размеров частиц исходного материала, выполненный с возможностью вычисления распределения размеров частиц исходного материала на основе распределения размеров крупных частиц, вычисленного модулем вычисления распределения размеров крупных частиц, и на основе распределения размеров частиц липкого порошка, вычисленного модулем вычисления распределения размеров частиц липкого порошка.

Изобретение относится к области нефтехимической промышленности и может быть использовано в промысловых и научно-исследовательских лабораториях для разработки технологий увеличения нефтеотдачи пластов и при подсчете извлекаемых запасов нефти, оперативном контроле за разработкой нефтяных месторождений. Способ включает создание в образце остаточной водонасыщенности: исследуемый образец помещают в рентгенопрозрачный кернодержатель фильтрационной установки, образец сканируют рентгеновским излучением (сигнал детектора Iво), затем поровое пространство образца заполняют рекомбинированной нефтью (моделью пластовой нефти), проводят сканирование образца рентгеновским излучением (сигнал с детектора рентгеновского излучения Iнн).

Заявка относится к способу широкомасштабного высокоинформативного анализа биологических образцов, осуществленному в системе открытых микролунок с возможностью переворачивания, которая содержит упорядоченную последовательность открытых микролунок, по меньшей мере один микроканал, по меньшей мере один впускной порт для реагентов и/или для одного или более биологических образцов и по меньшей мере один выпускной порт для них же, впускные и выпускные порты сообщаются по микропотоку текучей среды с одним или более микроканалами, микроканал обладает площадью в сечении, размеры которой составляют несколько микрометров, и обеспечивает текучую среду в микролунки, причем система открытых микролунок с возможностью переворачивания введена в автоматическую систему управления.

Изобретение относится к технологии сбора твердых частиц. Механический пробоотборник с конструкцией многоканального распределения потока, включающий рассекатель для рассеяния потока, который соединен с впускным отверстием пробоотборника, многоканальные коллекторные трубки соединены с нижней частью рассекателя для распределения потока, причем коллекторные трубки снабжены рассекателем, мембранный компонент, регулятор потока и пробоотборный насос, отличающийся тем, что рассекатель для распределения потока включает корпус, ударную трубку, ударную пластину и распределительную трубку, причем ударная пластина установлена внутри корпуса, ударная трубка установлена на верхней части корпуса, распределительные трубки установлены в нижней части корпуса, и ударная трубка и распределительные трубки заходят внутрь корпуса, и рассекатель включает комбинации перекрывающихся датчиков PM10, PM5, PM2.5 и PM1.0.

Изобретение относится к области стереологического анализа и касается способа оценки состояния поверхности частиц по их плоскостному изображению. Способ включает в себя освещение частиц и регистрацию их изображений.

Процесс каталитического крекинга-флюид позволяет конвертировать тяжелые фракции сырой нефти в более легкие углеводородные продукты при высокой температуре и умеренном давлении в присутствии катализатора. Во время этого процесса частицы катализатора остаются захваченными нисходящим потоком газа.
Наверх