Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля

 

Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля используют для: исследований свойств наноаэрозолей в стендовых условиях; мониторинга состояния воздушной среды на предприятиях наноиндустрин; изучения распространения наноаэрозолей в пространстве (и в замкнутом, и в открытом); исследований по оценке влияния наночастиц различных материалов на окружающий животный и растительный мир; исследований, связанных с использованием наноаэрозолей в медицинских целях. В заявляемом устройстве проба аэрозоля разделяется в различных блоках (или как пишут в специальной литературе - каскадах) устройства по фракциям. Анализ проб этих фракций позволяет рассчитать дисперсный состав аэрозоля, а также долю наноаэрозоля в полидисперсном аэрозоле. Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля выполнен в виде четырех блоков, включающих: фракционную насадку, задерживающую частицы диаметром более 10 мкм - первый блок; микроциклон, отбирающий пробу аэрозоля по фракции 1÷10 мкм - второй блок; фильтр-патрон, отбирающим пробу аэрозоля по фракции 0,1÷1,0 мкм - третий блок; вакуумную емкость, выполненную герметичной со штуцером для подключения к вакуумному насосу, и пластиковый пакет, вставленный в эту емкость, в который отбирают наноаэрозоль с диаметром частиц менее 0,1 мкм - четвертый блок,

Заявляемое техническое решение относится к устройствам для контроля загрязнения окружающей среды. Данное устройство позволяет осуществлять контроль содержания наночастиц и способствует безопасному обращению с наноматериалами на объектах наноиндустрии.

Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля используют для:

- исследований свойств наноаэрозолей в стендовых условиях;

- мониторинга состояния воздушной среды на предприятиях наноиндустрии;

- изучения распространения наноаэрозолей в пространстве (замкнутом, открытом);

- исследований по оценке влияния наночастиц различных материалов на окружающий животный и растительный мир;

- исследований, связанных с использованием наноаэрозолей в медицинских целях.

В патенте США на изобретение 7544938, (51) МПК G01N 23/05; G01N 23/02 описаны метод и устройство для статистического определения количества наночастиц в исследуемой пробе воздуха. Устройство включает в себя подложку, имеющую электростатический заряд одного знака, и средство воздействия на последовательно образуемые заряженные противоположно капли жидкости, для перемещения их к выше указанной подложке.

Общие признаки данного технического решения и заявляемого решения - сбор наночастиц с целью последующего анализа этих наночастиц.

Недостаток данного решения заключается в том, что данное устройство предназначено для исследований наноаэрозолей с помощью микроскопического метода, а использование других методов контроля связано с необходимостью доработки аппаратуры.

В заявке на патент РФ 2007140231 (51) МПК G01J 3/00 (2006.01) Конвенционный приоритет: 19.07.2007 US 11/780,055 «СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ С ПОМОЩЬЮ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИОНИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОЙ ДЕСОРБЦИЕЙ ПРИ СОДЕЙСТВИИ ЭЛЕКТРОРАСПЫЛЕНИЯ».

Масс-спектрометрическая система, позволяющая получать визуальный профиль и включающая в себя масс-спектрометр для анализа ионизированных определяемых веществ, содержащая:

приемный блок масс-спектрометра;

средство воздействия на последовательно образуемые заряженные капли жидкости, для перемещения их к приемному блоку масс-спектрометра по траектории перемещения;

средство для сканирования образца лазерным лучом, имеющим энергию излучения, достаточную для того, чтобы привести к десорбции определяемых веществ, содержащихся в указанном образце, и полету их по множеству траекторий полета соответственно; и средство для позиционирования указанного лазерного луча таким образом, чтобы указанное множество траекторий полета пересекало указанную траекторию перемещения с тем, чтобы множество указанных определяемых веществ, двигающихся по указанному множеству траекторий полета, соответственно захватывалось множеством указанных заряженных капель жидкости, в результате чего образовывалось бы множество соответствующих ионизированных определяемых веществ.

Недостаток данного устройства - его сложность.

Известен аэрозольный измерительный пробоотборник, запатентованный в качестве изобретения РФ - 2212026, МПК G01N 1/22. Данный аэрозольный измерительный пробоотборник содержит корпус воронкообразной формы, в широкой части которого закреплена перфорированная перемычка с установленным на ее поверхности фильтром, и насадку, герметично соединенную с корпусом. При этом перемычка выполнена в виде мембраны из упругого газонепроницаемого материала с перфорацией в центральной части, а насадка снабжена детектором, чувствительная поверхность которого соприкасается с фильтром и перекрывает зону перфорации мембраны.

Достоинство данного технического решения заключается в том, что при выполнении измерений с использованием этого пробоотборника выполняется прямое измерение концентрации наноаэрозоля, а недостаток - аэрозольный измерительный пробоотборник задерживает все частицы, проходящие через него, как наночастицы, так и частицы большего размера, не разделяя их. Применение данного прибора - для работы с радиоактивными материалами.

Наиболее близким по своему функциональному назначению является техническое решение, запатентованное в качестве изобретения РФ под 2357222 МПК G01N 1/22, B82B 1/00 «Способ контроля загрязнения воздуха наноразмерными частицами и устройство для его осуществления».

Данное устройство аспирационного типа обеспечивает достоверное измерение концентраций наноаэрозоля в районах предприятий, используемых нанотехнологии путем химического анализа.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, а также то, что в нем используются только химические методы анализа.

Технический результат, возникающий вследствие использования патентуемого решения.

В заявляемом устройстве проба аэрозоля разделяется по фракциям в различных блоках устройства.

Анализ проб этих фракций позволяет рассчитать дисперсный состав аэрозоля, а также долю наноаэрозоля в полидисперсном аэрозоле и решить задачу количественного определения параметров наноаэрозоля на модельной системе, а также в воздухе рабочей зоны.

Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля представляет собой устройство в составе испытательного оборудования - испытательного стенда, служащего для контроля содержания наночастиц в воздухе рабочей зоны для объектов наноиндустрии и позволяет проводить изучение свойств наноаэрозолей (определение концентраций - счетной, массовой, биологической) в стендовых условиях.

Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля состоит из следующих блоков и связей межу ними:

- фракционирующей (или, что то же самое, фракционной) насадки, задерживающей частицы диаметром более 10 мкм - первый блок;

- трубки соединительной между микроциклоном, например микроциклоном МЦ-2 и фильтр-патроном;

- микроциклона, отбирающий пробу аэрозоля по фракции (1÷10) мкм - второй блок;

- фильтр-патрона с фильтром Петрянова, отбирающим пробу аэрозоля по фракции (0,1÷1,0) мкм - третий блок;

- разъемной вакуумной емкости с вставленным в нее герметичным пластиковым пакетом, в который отбирают наноаэрозоль (диаметр частиц менее 0,1 мкм) - четвертый блок,

- запорного устройства на пластиковом пакете в виде крана;

- трубки соединительной между фильтр-патроном и краном;

- штуцера для подключения к вакуумному насосу.

На Фиг.1 представлено изображение аспирационного пробоотборника наноаэрозоля, где:

1 - фракционная насадка;

2 - микроциклон;

3 - собирающая жидкость;

4 - трубка соединительная между микроциклоном и фильтр-патроном;

5 - фильтр-патрон с фильтром Петрянова;

6 - емкость вакуумная разборная;

7 - крепежные элементы;

8 - герметичный пластиковый пакет, в который отбирают наноаэрозоль;

9 - кран на герметичном пластиковом пакете;

10 - трубка соединительная между фильтр-патроном и краном на герметичном пластиковом пакете;

11 - штуцер для подключения к вакуумному насосу, который на изображении не показан;

Описание работы аспирационного пробоотборника наноаэрозоля.

Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля представляет устройство в составе испытательного оборудования (испытательного стенда), служащего для контроля содержания наночастиц в воздухе рабочей зоны для объектов наноиндустрии (изучения свойств наноаэрозолей в стендовых условиях).

Принцип действия основан на четырехстадийном последовательном выделении из полидисперсного аэрозоля его наиболее мелкой фракции - нанофракции, или наноаэрозоля. Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля начинает работать после подачи вакуума в вакуумную емкость 6 через штуцер 11.

На фракционирующей насадке 1 задерживаются все частицы более 10 мкм.

Далее оставшаяся часть полидисперсного аэрозоля проходит через микроциклон 2, в котором в объеме собирающей жидкости 3 задерживаются частицы размером (1÷10) мкм.

Далее оставшаяся часть аэрозоля через трубку соединительную 4 между микроциклоном 2 и фильтр-патроном 5 поступает в этот фильтр-патрон 5. В состав этого фильтр-патрона 5 может входить фильтр Петрянова, или другой фильтр, задерживающий частицы (0,1÷1,0)мкм.

Через трубку соединительную 10 между фильтр-патроном 5 и краном 9 на герметичном пластиковом пакете 8 проба, состоящая из наноаэрозоля, в течение фиксированного времени собирается в герметичном пластиковом пакете 8. После этого кран 9 перекрывают - отбор пробы завершен.

После завершения отбора пробы аспирацнонный пробоотборник наноаэрозоля разбирают, а пробы, собранные в нем передают на лабораторный анализ. Отдельно анализируют пробу аэрозоля, отобранную в собирающую жидкость 3 микроциклона 2, пробу, отобранную на фильтре-патроне Петрянова 5 и пробу наночастиц в герметичном пластиковом пакете 8.

Наноаэрозоль, отобранный в герметичный пластиковый пакет 8, с помощью метода ускоренной коагуляции наночастиц в насыщенном паре или других методов, переводят в жидкую фазу. Полученную таким образом пробу подвергают далее микроскопическому, флуориметрическому, спектральному и др. видам анализа.

Заявляемое техническое решение реализовано в виде устройства со следующими метрологическими характеристиками, приведенными в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Основные метрологические характеристики
Наименование характеристики Диапазон, значение
Диапазон измеряемых значений счетной концентрации наноаэрозоля, частиц·л-1 2·102÷2·104
Диапазон измеряемых значений массовой концентрации наноаэрозоля, пг·л-1 2·102÷2·104
Диапазон измеряемых значений биологической концентрации, у.е.л -15·10 3÷5·105
Относительная погрешность измерения счетной концентрации наноаэрозоля,%30
Относительная погрешность измерения массовой концентрации наноаэрозоля,%50
Относительная погрешность измерения биологической концентрации наноаэрозоля, % 50
Основные технические характеристики
Таблица 2
Габаритные размеры, мм (длина×ширина×высота) 200×300×300
Количество пробоотбирающих каскадов 4
Объемная скорость отбора проб, л·мин-1 7,0
Объем пробы наноаэрозоля, л 3,5
Объем сорбнрующей жидкости для создания высокодисперсного аэрозоля в пакете, см3 1÷5

1. Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля выполнен в виде четырех блоков, включающих:

фракционирующую насадку, предназначенную для задержания частиц диаметром более 10 мкм - первый блок;

микроциклон, предназначенный для отбора пробы аэрозоля по фракции 1-10 мкм - второй блок;

фильтр-патрон, предназначенный для отбора пробы аэрозоля по фракции 0,1-1,0 мкм - третий блок;

герметичную вакуумную емкость, имеющую штуцер для подключения к вакуумному насосу и запираемый пластиковый пакет, в который отбирают наноаэрозоль, вставленный в эту вакуумную емкость - четвертый блок, при этом фракционирующая насадка установлена на микроциклон, а между микроциклоном и фильтр-патроном, а также между фильтр-патроном и запираемым пластиковым пакетом краном установлены соединительные трубки.

2. Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля по п.1, отличающийся тем, что внутри фильтр-патрона установлен фильтр Петрянова.

3. Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля по п.1, отличающийся тем, что вакуумная емкость выполнена разъемной.

4. Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля по п.1, отличающийся тем, что пластиковый пакет оснащен краном.

5. Аспирационный пробоотборник наноаэрозоля по п.1, отличающийся тем, что в качестве микроциклона используется микроциклон МЦ-2.



 

Похожие патенты:
Наверх