ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ИМПАКТОР

Изобретение относится к индивидуальным устройствам для дисперсного анализа аэрозолей, поступающих в организм человека с вдыхаемым воздухом, и может быть использовано в промышленности и в экологии, для санитарно-гигиенической оценки воздушной среды, а также для оценки эффективности работы пылеулавливающего оборудования и средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Известен компактный каскадный импактор (UK 955934), имеющий прямоугольную форму сопел, расположенных параллельно и формируемых специальными элементами конструкции импактора. К достоинствам этой конструкции относится форма камер, препятствующая возникновению большого количества турбулентных завихрений, вносящих существенный вклад в погрешность определения характеристик аэрозоля. К недостаткам рассматриваемого устройства следует отнести его сложность и вертикальное расположение коллекторных панелей, поскольку такое расположение может приводить к осыпанию частиц, осевших на них, вследствие перемещения импактора, находящегося на подвижном человеке. Это непременно приведет к увеличению погрешности определения характеристик аэрозоля, особенно для больших скоростей прокачки воздушного потока через импактор.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является персональный спектрометр вдыхаемой пыли (US № 4740220). К достоинствам устройства можно отнести высокое разрешение по всему спектру размеров частиц вдыхаемого аэрозоля, которое достигается за счет 9-ти разделительных каскадов, а также горизонтальное расположение коллекторов. К недостаткам этого устройства относятся: небольшая объемная скорость прокачки воздуха (2 л/мин), значительно отличающаяся от скорости дыхания человека (20 л/мин), сложная форма коллекторных пластин, не позволяющая непосредственно их использовать для радиометрического анализа на стандартных приборах, а также то, что внутренние камеры импактора имеют цилиндрическую форму, а это способствует образованию турбулентных завихрений, приводящих к увеличению погрешности определения характеристик аэрозоля. Кроме того, к технологическим недостаткам устройства можно отнести высокую сложность конструкции.

Целью изобретения является создание индивидуального импактора, который может использоваться в комплекте с автономным воздухопрокачивающим устройством, для отбора проб аэрозоля непосредственно в зоне дыхания человека. При этом конструкция должна быть простой в изготовлении, удобной в использовании, обладать внутренними камерами с улучшенными аэродинамическими свойствами и позволять проводить анализ активности проб аэрозоля с использованием стандартных радиометрических приборов (стандарт ИСО 7708:1995). Кроме того, для максимального приближения к условиям поглощения радиоактивных аэрозолей человеком объемная скорость прокачки воздуха в предлагаемом устройстве выбрана в соответствии с "Нормами радиационной безопасности" (НРБ-99) СП 2.6.1.758-99, п.8.2.

Для достижения поставленной цели предлагается индивидуальный импактор, обладающий достоинствами описанных выше устройств, но не имеющий их недостатков. Предлагаемый индивидуальный импактор состоит из корпуса 1, коллекторных пластин 2, 3, 4, пакета фильтров 5 и фиксирующей съемной панели 6, закрепленной болтами 7.

Специальная форма внутренних камер уменьшает количество турбулентных завихрений, вносящих существенный вклад в погрешность определения характеристик радиоактивного аэрозоля. Специальная форма внутренних камер формируется корпусом 1 и коллекторными пластинами 2, 3, 4. В первой камере, образованной верхней частью корпуса 1 и коллекторной пластиной 2, сделаны внутренние закругленные поверхности, вдоль которых протекает воздушный поток и устремляется вниз к сопельным прямоугольным отверстиям, образованным коллекторной пластиной 2 и боковой поверхностью корпуса 1. Вторая камера образована корпусом 1, коллекторными пластинами 3 (сверху) и 4 (снизу). Она также имеет внутренние закругленные поверхности после разгонного сопла коллекторной пластины 3, наличие которых минимизирует размеры зон застоя воздушного потока. Коллекторные пластины имеют плоскую прямоугольную форму, причем коллекторная пластина 3 имеет посередине прямоугольное щелевое отверстие (разгонное сопло). Коллекторные пластины обладают специальной формой. Специальная форма коллекторных пластин заключается в двух особенностях их конструкции. С одной стороны, габариты пластин не превышают габаритов держателя стандартных радиометрических приборов, а это позволяет использовать их для проведения радиометрического анализа на этих приборах, с другой стороны, различная толщина коллекторных пластин позволяет создавать приемлемые условия для формирования ламинарного воздушного потока при переходе его из одной внутренней камеры в другую. Наилучших результатов удается достигнуть, когда для коллекторных пластин выполняется условие Н≤а, где Н - ширина щели между коллекторной пластиной и корпусом, а - толщина коллекторной пластины. После коллекторных пластин устанавливается фильтр (или пакет фильтров), наклонное расположение которого способствует равномерному распределению осаждаемых частиц по всей поверхности фильтра. Перетекание воздушного потока из прямоугольных сопельных отверстий, образованных корпусом 1 и коллекторной пластиной 4, в круглое выходное отверстие в нижней части корпуса 1 через фильтр (или пакет фильтров) приводит к переходу формы поперечного сечения воздушного потока от прямоугольной к круглой. При этом наклонное расположение фильтра, в отличие от горизонтального, способствует равномерности перехода. В частном случае выполнение фильтра в виде пакета фильтров позволяет за счет уменьшения количества коллекторных пластин (по сравнению с прототипом) не только минимизировать габаритные размеры импактора, но и добиться снижения аэродинамического сопротивления устройства, что дает возможность использовать менее мощные, а следовательно, более легкие автономные воздухопрокачивающие устройства, беспрепятственно закрепляемые на одежде человека. При этом индивидуальный импактор может использоваться для эффективной санитарно-гигиенической и экологической оценки воздушной среды, а также для оценки эффективности работы пылеулавливающего оборудования и средств индивидуальной защиты органов дыхания человека.

На фиг.1 изображен индивидуальный импактор, вид спереди; на фиг.2 - индивидуальный импактор, вид сбоку; фиг.3 - схема компоновки индивидуального импактора; на фиг.4 - функция распределения активности по аэродинамическим диаметрам; на фиг.5 - гистограмма распределения активности радионуклида по аэродинамическим диаметрам аэрозольных частиц.

При подготовке к работе индивидуальный импактор собирают согласно схеме на фиг.3, предварительно нанеся на поверхности коллекторных пластин 2, 3, 4 вязкое вещество (масло ЦИАТИМ-221, ГОСТ 9433-80). В корпус 1 устанавливают коллекторные пластины и пакет фильтров. Коллекторные пластины 2 и 4 фиксируются внутри корпуса 1 при помощи параллельных пазов на внутренней стороне задней стенки корпуса 1 и на внутренней стороне фиксирующей съемной панели 6, а коллекторная пластина 3 фиксируется внутри корпуса 1 при помощи параллельных пазов на внутренних сторонах боковых стенок корпуса 1. Затем к корпусу 1 присоединяют съемную панель 6 при помощи крепежных винтов 7. Импактор закрепляют на спецодежде человека, присоединяют к импактору воздухопрокачивающее устройство со стабилизированным расходом и производят пробоотбор.

Устройство работает следующим образом: воздух, содержащий аэрозольные частицы, прокачивается через импактор при помощи побудителя расхода воздуха. Воздушный поток поступает через входное сопло в верхней части корпуса 1 внутрь импактора, где он разделяется на две части и резко изменяет свое направление, за счет этого в силу инерции более массивные частицы не успевают изменить направление своего движения и осаждаются в вязком веществе, покрывающем коллекторную пластину 2, далее потоки поступают в следующую камеру, где они вновь изменяют направление и соединяются в один, при этом некоторая доля частиц оседает на поверхности коллекторной пластины 3. Затем поток поступает во вторую камеру и еще раз резко изменяет направление, разделяясь на две части, при этом частицы аэрозоля оседают на поверхности коллекторной пластины 4. Далее воздушный поток, разделяясь, огибает коллекторную пластину 4 с двух сторон. После коллекторной пластины 4 происходит объединение воздушных потоков в один, который направляется к пакету фильтров 5, оставшиеся в воздушном потоке аэрозольные частицы оседают на пакете фильтров 5, после чего воздушный поток выходит через отверстие в нижней части корпуса 1.

По окончании пробоотбора разбирают импактор и вынимают коллекторные пластины, не нарушая смазанных поверхностей; измерение активности частиц, осевших на пластинах и фильтрах, производят на стандартных радиометрических приборах. При этом фиксируют результаты измерения активности и определяют параметры функции распределения активности по аэродинамическим диаметрам частиц для определения АМАД (активностный медианный аэродинамический диаметр) и β_g (стандартное геометрическое отклонение).

Пример 1

Для измерения дисперсного состава аэрозоля, основными характеристиками которого являются АМАД и β_g, действуют следующим образом: собирают импактор в соответствии со схемой на фиг.3, предварительно нанеся на поверхности коллекторных пластин 2, 3, 4 вязкое вещество (масло ЦИАТИМ-221, ГОСТ 9433-80); устанавливают пластины и пакет фильтров в корпус 1 и присоединяют к нему съемную панель 6 при помощи крепежных винтов 7; присоединяют к импактору автономный побудитель стабилизированного расхода; пробоотбор производят в течение рабочего дня; затем, по окончании отбора, разбирают импактор и вынимают коллекторные пластины, не нарушая смазанных поверхностей; измерение активности частиц, осевших на пластинах и фильтрах, производят в соответствии с методикой проведения измерений для используемого радиометра УРФ-1. Результаты измерения активности и значения функции распределения активности по аэродинамическим диаметрам частиц заносят в таблицу 1 для каждой коллекторной пластины и фильтра. По данным таблицы 1 строят график в вероятностно-логарифмическом масштабе (фиг.4).

Через полученные точки можно провести прямую линию, рассматриваемое распределение является логарифмически нормальным. В данном случае значение АМАД соответствует диаметру D₅₀, при котором f(D₅₀)=50%, a β_g - это отношение диаметров D₈₄/D₅₀. Таким образом, по графику (фиг.4) АМАД=2,6 мкм, β_g=2,4.

Пример 2

Для измерения дисперсного состава аэрозоля, не подчиняющегося логарифмически нормальному распределению частиц по размерам, действуют следующим образом: собирают импактор в соответствии со схемой на фиг.3, предварительно нанеся на поверхности коллекторных пластин 2, 3, 4 вязкое вещество (ЦИАТИМ-221, ГОСТ 9433-80). Устанавливают коллекторные пластины и пакет фильтров в корпус 1 и присоединяют к нему съемную панель 6 при помощи крепежных винтов 7. Присоединяют к импактору автономный побудитель стабилизированного расхода; пробоотбор производят в течение рабочего дня; затем по окончании отбора разбирают импактор и вынимают коллекторные пластины, не нарушая смазанных поверхностей. Измерение активности частиц, осевших на коллекторных пластинах и фильтрах, производят в соответствии с методикой проведения измерений для используемого радиометра УРФ-1. Результаты измерения активности и значения функции распределения активности по аэродинамическим диаметрам частиц заносят в таблицу 2 для каждой коллекторной пластины и фильтра.

Таблица 2 № каскада импактора 1 2 3 Пакет фильтров 4 5 6 А, Бк 42,1 24,9 19,9 8,6 9,5 3,0 D, мкм 8 4 2 1,2 0,8 - ΔD, мкм 42 4 2 0,8 0,4 0,8 , мкм-1 0,009281 0,057639 0,09213 0,099537 0,219907 0,034722

По данным таблицы 2 в соответствии с общепринятой методикой (Девис Дж. Статистика и анализ данных. М., Мир, 1977) строят гистограмму плотности распределения активности радионуклида по аэродинамическим диаметрам аэрозольных частиц (фиг.5).