Способ отбора проб атмосферных аэрозолей и устройство для его осуществления

 

Использование: для отбора проб аэрозолей при контроле и исследовании техногенного загрязнения атмосферы токсичными элементами и органическими веществами, содержащимися в атмосфере в аэрозольной форме. Сущность изобретения: в способе отбора проб атмосферных аэрозолей фильтрацию воздуха через волокнистый фильтр осуществляют со скоростью 0,005 - 0,05 м/с. После фильтрации атмосферный воздух дополнительно фильтруют через объемный сорбент. К сорбенту подводят электрический потенциал. Устройство для отбора проб атмосферных аэрозолей дополнительно снабжено объемным фильтром в виде заполненной сорбентом трубки с металлической сеткой. Металлическая сетка соединена с источником электрического напряжения. 2 с.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способам отбора проб аэрозолей при контроле и исследовании техногенного загрязнения атмосферы токсичными элементами (например, тяжелые металлы, мышьяк, селен) и органическими веществами, содержащимися в атмосфере в аэрозольной форме (например, пестициды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), полихлорированные бифенилы (ПХБ).

Известен способ отбора проб атмосферных аэрозолей, при котором осуществляют принудительную фильтрацию атмосферного воздуха через волокнистый фильтр [1].

К недостаткам этого способа относятся невозможность фильтрации больших объемов воздуха и низкая эффективность улавливания высокодисперсных аэрозолей, несущих техногенные токсиканты.

Известно устройство для отбора проб атмосферных аэрозолей, содержащее фильтр, расходомер и побудитель расхода [2].

К недостаткам этого устройства относятся невозможность отбора проб большой длительности и невысокая эффективность улавливания высокодисперсных аэрозолей.

Задачей изобретения является обеспечение высокой эффективности улавливания высокодисперсных аэрозолей и возможности отбора проб большой длительности.

Указанная задача в части способа решается тем, что в способе отбора проб атмосферных аэрозолей, при котором осуществляют принудительную фильтрацию атмосферного воздуха через волокнистый фильтр, согласно изобретению фильтрацию воздуха через волокнистый фильтр осуществляют со скоростью 0,005 - 0,05 м/с, после чего воздух дополнительно фильтруют через объемный сорбент, к которому подводят электрический потенциал.

Указанная задача в части устройства решается тем, что устройство для отбора проб атмосферных аэрозолей, содержащее фильтр, расходомер и побудитель расхода, согласно изобретению дополнительно снабжено объемным фильтром в виде заполненной сорбентом трубки с металлической сеткой, соединенной с источником электрического напряжения.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - 3 представлены результаты экспериментов согласно описываемому способу.

Устройство для отбора проб атмосферных аэрозолей содержит стандартную воронку-алонж 1 с закрепленным в ней стандартным волокнистым фильтром, например типа АФА-ХА-20; блок 2 для размещения объемного фильтра в виде трубки 3 с сорбентом и подачи на нее электрического потенциала; ротаметр 4 для измерения производительности отбора и побудитель расхода (аспиратор) 5.

Воронка-алонж 1 с укрепленным в ней волокнистым фильтром соединяется с блоком 2 с помощью гибкого шланга, например, из жесткой поливинилхлоридной резины длиной не менее 1,5 м, чтобы избежать воздействия электрического потенциала, подводимого к трубке 3 с сорбентом, на волокнистый фильтр. Внутренний диаметр шланга не менее 10 мм. Блок 2, предназначенный для установки и герметизации от атмосферы объемного фильтра-трубки 3 с сорбентом, состоит из неподвижного узла 6 с укрепленным на ней рычагом 7, предназначенным для перемещения подвижной части 8 с помощью пружины 9. Герметизация трубки 3 осуществляется с помощью инертных податливых прокладок 10 (например, из белой силиконовой резины), расположенных в нижней (неподвижной) и в верхней (подвижной) частях блока 2. В нижней части блока 2 в отверстии расположен пружинный электрод 11 для подачи электрического потенциала от источника электрического напряжения к трубке с сорбентом. Трубка 3 с сорбентом выполнена из инертного неметаллического материала, например тефлона, и заглушена с двух сторон наконечниками из инертного, неметаллического, более твердого, чем тефлон, материала, например из капролона, с укрепленными в них сетками: верхней - неметаллической (полиэтиленовой), нижней - металлической. Нижняя часть блока 2 через выходной штуцер соединена гибким шлангом (например, из силиконовой резины) с входным штуцером ротаметра 4. Ротаметр 4 может быть выполнен из оргстекла и снабжен шкалой и внутренним каналом конической формы со стальным шариком в нем. Выходной штуцер ротаметра 4 соединен гибким шлангом (например, из силиконовой резины) с побудителем расхода 5, представляющим собой вибрационный микрокомпрессор МК-Л2, переделанный на разрежение.

Описываемый способ реализован в работе устройства, работающего следующим образом.

Специально обработанный сорбент (активированный уголь) засыпается в тефлоновую трубку 3. Сетки в верхней и нижней частях трубки препятствуют высыпанию сорбента. При нажатии на рычаг 7 блока 2 для размещения трубки преодолевается сопротивление прижимной пружины 9 и подвижная часть 8 поднимается вверх, освобождая место для трубки 3 с сорбентом. Трубка 3 устанавливается в блок 2 металлической сеткой вниз так, чтобы последняя соприкоснулась с выступающим над отверстием пружинным электродом 11. При отпускании рычага 7 прижимная пружина 9 отпускает подвижную часть 8 и создает усилие на уплотняющих прокладках 10. На пружинный электрод подается постоянное электрическое напряжение положительной или отрицательной полярности не менее 100 В. Включается аспиратор 5, и анализируемый атмосферный воздух начинает последовательно проходить через волокнистый фильтр с невысокой скоростью фильтрации, например 0,005 - 0,05 м/с, что соответствует производительности отбора 0,6 - 6 л/мин. При этом аэрозоли с радиусом частиц более 0,1 - 0,2 мкм оседают на волокнистом фильтре. После прохождения волокнистого фильтра воздух подвергают дальнейшей фильтрации через объемный фильтр в виде трубки с сорбентом (например, активированным углем), к которой подведен электрический потенциал не менее 100 В, и через ротаметр 4. На таком объемном фильтре осаждаются аэрозоли с размерами частиц меньше 0,1 мкм. Уменьшение скорости фильтрации приводит к тому, что на стандартном волокнистом фильтре оседает аэрозолей в несколько раз (до 18 раз) больше, чем в случае фильтрации с обычной скоростью (в данном случае это 83 см/с, что соответствует объемной производительности 100 л/мин).

Фильтрация воздуха через трубку с сорбентом позволяет улавливать аэрозолей от 1,7 до 55 раз больше по сравнению с фильтрацией через волокнистый фильтр с малой скоростью и от 2,8 до 143 раз больше по сравнению с фильтрацией через волокнистый фильтр со стандартной (высокой) скоростью. Приложение к трубке с сорбентом отрицательного потенциала 100 В усиливает ее фильтрующее действие, и по сравнению с фильтром (фильтрация с малой скоростью) на ней оседает в 22 - 256 раз больше аэрозолей.

Объем прошедшего воздуха рассчитывается как произведение времени отбора пробы на производительность отбора, измеряемую ротаметром. После окончания отбора волокнистый фильтр и сорбент вынимают из устройства и анализируют на наличие в них токсичных примесей (тяжелых металлов, мышьяка, селена, ПАУ, ПХБ и других) стандартными лабораторными методами.

Примеры применения способа.

Пример 1. Пробы отбирались вблизи предприятий черной металлургии (г. Челябинск). Отбор проб проводился синхронно: с помощью аспиратора, работающего в соответствии со стандартной методикой (протяжка воздуха через фильтр производительностью 100 л/мин), и с помощью описанного устройства, в котором за фильтром располагалась трубка с сорбентом. Производительность фильтрации составляла 3 л/мин. Измеряя концентрации элементов, удавливаемые фильтром и сорбентом, определяли коэффициенты проскока. Пробы анализировали с помощью спектрометра с индуктивно связанной плазмой. Результаты анализа приведены в табл. 1. Как видно из табл. 1, коэффициенты проскока различны для разных элементов и составляют 60 - 98%. Для большинства элементов эффективность улавливания фильтром зависит от скорости фильтрации и при ее уменьшении со 100 до 3 л/мин эффективность возрастает до 18 раз (для Cd).

Зависимость концентраций элементов, обнаруженных на сорбенте, от величины подаваемого на сорбент потенциала была получена при отборе проб воздуха в лабораторном помещении. Результаты этих экспериментов приведены на фиг. 2. Из фиг. 2 видно, что, начиная с некоторого значения величины потенциала (10 - 40 В), наступает насыщение, дальнейшее повышение напряженности электрического поля не приводит к увеличению концентрации измеряемого вещества.

Пример 2. Пробы отбирали на расстоянии около 2 км от промплощадки свинцово-цинкового комбината (г. Усть-Каменогорск) три раза в сутки по 8 ч непрерывно: с 22 ч до 6 ч утра, с 6 ч утра до 14 ч и с 14 ч до 22 ч. Одновременно работали три одинаковых пробоотборных устройства. На сетку-электрод на выходе из сорбента (гранулированный активированный уголь с размером гранул 0,25 мм) подавался потенциал на одном из приборов положительной полярности (+100 В), на другом - отрицательной (-100 В), на третьем приборе потенциал не подавался. Концентрации элементов измеряли атомно-абсорбционным способом. В табл. 2 приведены результаты анализа проб, усредненные по трем независимым отборам с 22 ч до 6 ч утра. При подаче отрицательного потенциала на электрод заметно увеличение количества всех элементов на сорбенте. Это, по-видимому, свидетельствует о том, что частицы имеют преимущественно положительный заряд.

Пример 3. Отбор проб некоторых органических веществ, для которых рекомендуется применять волокнистые фильтры.

Стандартные условия отбора проб на пирен-волокнистый фильтр при скорости фильтрации около 20 см/с. С помощью стандартной методики отбора была получена концентрация пирена 0,1 мкг/м3. В той же точке отбора с помощью предлагаемого устройства (при синхронном отборе) концентрация пирена составила 26 мкг/м3. Концентрация бенз(а)пирена в зависимости от технологических процессов и метеорологических условий получается в 2 - 5 раз выше, чем с применением стандартного способа.

Формула изобретения

1. Способ отбора проб атмосферных аэрозолей, при котором осуществляют принудительную фильтрацию атмосферного воздуха через волокнистый фильтр, отличающийся тем, что фильтрацию воздуха через волокнистый фильтр осуществляют со скоростью 0,005 0,05 м/с, после чего воздух дополнительно фильтруют через объемный сорбент, к которому подводят электрический потенциал.

2. Устройство для отбора проб атмосферных аэрозолей, содержащее фильтр, расходомер и побудитель расхода, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено объемным фильтром в виде заполненной сорбентом трубки с металлической сеткой, соединенной с источником электрического напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к цитологии
Изобретение относится к медицине, точнее к технике изготовления гистологических образцов различных тканей, и может быть использовано при дифференциальной диагностике патологических состояний организма

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрогистологическим методам исследования

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрогистологическим методам исследования

Изобретение относится к технике отбора проб сжатых газов и воздуха при контроле в них содержания примесей масла, влаги, окиси углерода, двуокиси углерода и других примесей преимущественно линейно-колористическим методом с использованием индикаторных трубок

Изобретение относится к анализу экологического состояния и мониторинга окружающей среды, в частности воздушного бассейна

Изобретение относится к медицине, а именно к анатомии, топографической анатомии, патологической анатомии и может быть использовано для изучения лимфоидных узелков в тотальных анатомических препаратах макромикроскопическом поле видения в норме, в возрастном аспекте, в эксперименте и патологии

Изобретение относится к способам и устройствам для получения пробы из атмосферы в герметично закрытом резервуаре, в частности из резервуара аварийной защиты реактора ядерной электростанции

Изобретение относится к технике отбора проб газов и воздуха при контроле в них содержания влаги, кислорода, азота, водорода, гелия, окиси углерода, двуокиси углерода и других газов, паров и примесей преимущественно линейно-колористическим методом с использованием ампулизированных индикаторных трубок

Изобретение относится к устройствам для отбора проб в газообразном и жидком состоянии, в частности, высоко разрешающего качественного и количественного микроанализа для газовой и жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии

Изобретение относится к медицине, а именно к изучению морфологии костной ткани
Наверх