УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ МИКРОБНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ Российский патент 2003 года по МПК G01N1/22 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к устройствам для отбора проб аэрозолей для последующего микробиологического анализа. Наличие нескольких пробоотборных каскадов позволяет контролировать как концентрацию, так и дисперсный состав микробных аэрозолей.

Устройство может быть использовано при проведении санитарно-эпидемиологического контроля воздуха в различных медицинских учреждениях, в том числе научно-исследовательских, в производственных помещениях пищевой, фармацевтической промышленности, на транспорте, в культурных учреждениях и т.п.

В рассматриваемых пробоотборных устройствах улавливание аэрозольных частиц осуществляется инерционным осаждением - импакцией, при этом используется кинетическая энергия частиц, приобретаемая ими при возрастании скорости воздушного потока в соплах.

Известно устройство - однокаскадный импактор, включающее кольцевой коллектор, многосопловую решетку и размещенную под ней стеклянную чашку Петри, заполняемую питательной средой, на поверхность которой импактируются микробные аэрозоли. Воздух просасывается вентилятором, размещенным в корпусе прибора. Возможности устройства, содержащего один пробоотборный каскад, ограничиваются определением концентрации аэрозолей (см. ж. Гигиена и Санитария 4, 1997, с. 60, 61).

Известно устройство, состоящее из 6 пробоотборных каскадов, в которых в качестве пробоотборного элемента для микробных аэрозолей используется плотная питательная среда, заполняющая чашку Петри. Воздух через каскады просасывается внешним источником разрежения (см. I. Bact, 1958, V76, 5, р. 303-313). При отборе пробы в последовательно установленных каскадах осуществляется инерционная сепарация частиц в широком диапазоне размеров. Многокаскадный импактор позволяет определить как концентрацию, так и дисперсный состав аэрозолей.

Конструкция устройства для отбора проб микробных аэрозолей описана также в Справочнике по пыле- и золоулавливанию, М., Энергоиздат, 1985, с. 17.

Все вышеперечисленные устройства, предназначенные для отбора проб микробных аэрозолей, содержат один или несколько пробоотборных каскадов, в состав каждого из них входит кольцевой разъемный коллектор с кольцевой проточкой в сторону осевого отверстия, в качестве входного патрубка коллектора служит ограниченная внутренней стенкой коллектора верхняя часть осевого отверстия, перекрытая многосопловой решеткой, под которой по центру кольцевого коллектора размещается чашка Петри, преимущественно стеклянная, заполняемая плотной питательной средой, на поверхности которой и производится инерционное осаждение аэрозолей, а в качестве выходного патрубка служит нижняя часть осевого отверстия, связанная с источником разрежения.

Общим недостатком вышеперечисленных устройств для отбора проб микробных аэрозолей является нестабильность расстояния между многосопловой решеткой и поверхностью осаждения аэрозолей.

В подавляющем большинстве случаев в этих устройствах используются стеклянные чашки Петри, в которые заливается питательная среда. Толщина дна эксплуатируемых стеклянных чашек колеблется от 2 до 4 (4,5) мм и, таким образом, при фиксации чашки по внешней поверхности дна, как это производится в вышеперечисленных устройствах, расстояние между сопловой решеткой и поверхностью питательной среды изменяется, что приводит к существенному изменению характеристик пробы - с уменьшением расстояния эффективность инерционного осаждения возрастает, с увеличением - уменьшается.

Недостатком существующих конструкций многокаскадных импакторов, предназначенных для отбора проб микробных аэрозолей, является то, что при решении частных задач контроля инфекций, например выделения в пробе респираторной фракции или отделения относительно крупных пылевых частиц, загрязняющих пробу, осаждение ненужных частиц, частиц, которые не будут использоваться в последующем анализе, производится на поверхность дорогостоящей питательной среды.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективного инерционного осаждения аэрозольных частиц, равномерного по всей поверхности плотной питательной среды в чашке Петри, что требует стабилизации заданного расстояния и параллельности между многосопловой решеткой и поверхностью питательной среды. В свою очередь, это обеспечивается стабилизацией указанных параметров между решеткой и внутренней поверхностью дна чашки.

В предложенной конструкции это достигается за счет того, что в устройстве для отбора проб микробных аэрозолей, включающем импактор, состоящий из одного или нескольких пробоотборных каскадов в виде разъемных кольцевых коллекторов с кольцевой проточкой в сторону осевого отверстия, в качестве входного патрубка импактора служит ограниченная внутренней стенкой коллектора верхняя часть осевого отверстия, перекрытая многосопловой решеткой, под которой, по центру кольцевого коллектора, размещается чашка Петри с плотной питательной средой, а в качестве выходного патрубка - нижняя часть осевого отверстия, связанная с источником разрежения, согласно изобретению, кольцевой коллектор снабжен установочным гнездом для чашки Петри, состоящим из закрепленных на коллекторе под чашкой опор - гибких консольных пружин или упругих резиновых втулок, установленных в кольцевой проточке коллектора, прилегающих к боковой стенке чашки, упругих пружинных или резиновых фиксаторов и установленных на многосопловой решетке штифтов, упирающихся во внутреннюю поверхность дна чашки Петри.

Помещенная в установочное гнездо чашка опирается на опоры: при соединении верхнего коллектора с нижним упорные штифты давят на дно чашки, которая опускается вместе с опорами и занимает такое положение, что поверхность осаждения аэрозольных частиц устанавливается на заданном расстоянии от многосопловой решетки параллельно ее поверхности, при этом чашка центрируется по осевому отверстию, через которое просасывается отбираемая проба, и фиксируется снизу опорами, сверху упорными штифтами.

Жесткость конструкции импактора обеспечивается выполнением разъема кольцевых коллекторов в виде резьбового соединения или соединением коллекторов замками патефонного типа, также соединяются кольцевой коллектор и входной патрубок вентилятора.

Для отделения из отбираемой пробы фракций аэрозолей с частицами определенных размеров, не нужных при проведении последующего анализа или затрудняющих его проведение, в импакторе, содержащем несколько пробоотборных каскадов, в чашке Петри, размещенной в первом по ходу воздушного потока кольцевом коллекторе, взамен питательной среды предусмотрена установка диска с закрепленным на нем тонковолокнистым материалом - тканью ФП, производимой объединением "Изотоп", с ворсистой поверхностью, содержащей волокна толщиной 1... 2,5 мкм. При помощи скобок ткань закрепляется на диске толщиной, равной толщине слоя питательной среды, взамен которой диск размещается в чашке Петри.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных примеров его реализации и прилагаемыми чертежами.

Фиг.1 - общий вид устройства для отбора проб микробных аэрозолей с одним пробоотборным каскадом.

Фиг.2 - общий вид устройства для отбора проб микробных аэрозолей с несколькими пробоотборными каскадами.

Фиг.3 - установочное гнездо, сечение по А-А Фиг.1.

Пример выполнения изобретения 1.

Устройство для отбора проб микробных аэрозолей включает импактор, выполненный из разъемного кольцевого коллектора 1 с кольцевой проточкой 2 в сторону осевого отверстия 3. В качестве входного патрубка 4 импактора служит ограниченная внутренней стенкой 5 коллектора 1 верхняя часть осевого отверстия, перекрытая многосопловой решеткой 6. В качестве выходного патрубка импактора служит нижняя часть 7 осевого отверстия, выполняющая также функции входного патрубка источника разрежения - центробежного вентилятора 8, установленного на оси микроэлектродвигателя 9, который управляется электронным блоком 10.

В кольцевом коллекторе размещено установочное гнездо для чашки Петри 11, выполненное в виде закрепленных под чашкой на нижней части 12 коллектора опор - гибких консольных пружин 13, плоских или круглых (стержневых), или упругих резиновых втулок 13 и установленных в кольцевой проточке коллектора 1, прилегающих к боковой стенке чашки, упругих пружинных или резиновых фиксаторов 14. Гнездо включает также установленные на многосопловой решетке 6 штифты 15, упирающиеся во внутреннюю поверхность дна чашки.

При соединении верхнего коллектора 1 с нижней частью 12 упорные штифты 15 давят на дно чашки Петри, помещенной в установочное гнездо. Чашка вместе с опорами опускается и занимает такое положение, что поверхность заполняющей ее плотной питательной среды 16, на которую импактируются аэрозольные частицы, устанавливается на заданном расстоянии от многосопловой решетки и параллельно ее поверхности, при этом чашка центрируется по осевому отверстию.

Воздух, насыщенный аэрозольными частицами, проходит по воздуховоду, образованному собранным кольцевым коллектором 1, 12, входным патрубком 4, соплами 17 многосопловой решетки, чашкой Петри, заполненной плотной питательной средой 16, выходным патрубком 7, затем отработанный воздух выбрасывается вентилятором 8 в окружающую среду.

Пример выполнения изобретения 2.

Устройство для отбора проб микробных аэрозолей включает несколько пробоотборных каскадов - кольцевых коллекторов, установленных друг над другом, например три - 1, 18, 19. Конструкция кольцевого коллектора в каждом каскаде аналогична конструкции кольцевого коллектора 1, описанной в примере выполнения изобретения 1.

В примере выполнения изобретения 2 количество пробоотборных каскадов увеличивается. В каждом последующем каскаде по ходу воздушного потока в многосопловой решетке 6 диаметр сопел 17 уменьшается при постоянном их количестве, соответственно возрастает скорость воздушного потока в соплах и на поверхность осаждения - плотную питательную среду, залитую в чашки Петри, осаждаются все более мелкие аэрозольные частицы. После осаждения частиц в последнем каскаде отработанный воздух выбрасывается вентилятором 8 в окружающую среду.

Пример выполнения изобретения 3.

Устройство для отбора проб микробных аэрозолей включает несколько пробоотборных каскадов - кольцевых коллекторов, установленных друг над другом, например три - 1, 18, 19. Конструкция кольцевого коллектора в каждом каскаде аналогична конструкции кольцевого коллектора 1, описанной в примере выполнения изобретения 1.

В устройствах для отбора проб микробных аэрозолей с числом каскадов два и более на первом каскаде по ходу воздушного потока в чашке Петри взамен питательной среды размещается диск 20, на котором при помощи скобок 21 закрепляется тонковолокнистая ткань ФП с ворсистой поверхностью 22, на которую производится инерционное осаждение аэрозольных частиц определенного размера (фракции), не нужных для использования в последующем микробиологическом анализе или затрудняющих его проведение.

После включения вентилятора в воздуховоде создается разрежение. Воздух из окружающей среды поступает в первый по ходу воздушного потока каскад, где на поверхность тонковолокнистой ткани 22, закрепленной на диске 20, осаждаются относительно крупные аэрозольные частицы, которые не будут использоваться в анализе. Затем, в последующих по ходу воздушного потока пробоотборных каскадах, на поверхность плотной питательной среды импактируются более мелкие частицы микробных аэрозолей и отработанный воздух выбрасывается вентилятором 8 в окружающую среду. Кроме этого, в устройстве разъем кольцевых коллекторов 1 выполнен в виде резьбового соединения 23 или соединением коллекторов замками патефонного типа, также соединяются кольцевой коллектор 1 и входной патрубок вентилятора 8.

В монографии, рассматривающей вопросы изучения аэрозолей, приводятся материалы многочисленных исследований влияния расстояния между поверхностью многосопловой решетки и поверхностью осаждения на эффективность импакции аэрозольных частиц (см. Грин X., Лейн В., Аэрозоли - пыли, дымы, туманы. Л., "Химия", 1969, с. 189-195).

Отмечается, что при уменьшении указанного расстояния эффективность импакции возрастает; вполне удовлетворительное согласование теоретических и экспериментальных данных установлено при расстоянии между сопловой решеткой и поверхностью осаждения, близком к диаметру сопловых отверстий в соответствующей решетке.

Эта величина расстояния вместе с требованием о параллельности решетки и поверхности осаждения и была принята в разработанных конструкциях.

Элементы устройства, стабилизирующие положение стеклянной чашки Петри относительно многосопловой решетки, отрабатывались на макетах. В технических испытаниях определена хорошая работоспособность выбранных конструкций.

Проверка эффективности осаждения аэрозольных частиц на различные поверхности проводилась с использованием сухих и жидких аэрозолей с размером частиц соответственно 2. ..3, 1... 15 мкм. Во всех случаях различие эффективности импакции аэрозольных частиц на поверхность плотной питательной среды и на тонковолокнистую ткань ФП оказалось несущественным.

Таким образом, результаты проведенных экспериментов определили соответствие предложенных технических решений функциональным требованиям.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к устройствам для отбора проб аэрозолей для последующего микробиологического исследования. Устройство включает импактор в виде одного или нескольких разъемных кольцевых коллекторов с кольцевой проточкой в сторону осевого отверстия. Входной патрубок импактора представлен верхней частью осевого отверстия, ограниченной внутренней стенкой коллектора. Патрубок перекрыт многосопловой решеткой. Нижняя часть осевого отверстия соединена с источником разрежения, управляемого электронным блоком. Под многосопловой решеткой установлен пробоотборный элемент - чашка Петри с плотной питательной средой. Кольцевой коллектор снабжен установочным гнездом для чашки Петри, состоящим из закрепленных на коллекторе под чашкой опор - гибких консольных пружин или упругих резиновых втулок и установленных в кольцевой проточке коллектора, прилегающих к боковой стенке чашки, упругих пружинных или резиновых фиксаторов. Гнездо включает установленные на многосопловой решетке штифты, упирающиеся во внутреннюю поверхность чашки Петри. Жесткость конструкции импактора обеспечивается выполнением разъема кольцевых коллекторов в виде резьбового соединения или соединением коллекторов замками патефонного типа. Устройство обеспечивает эффективное инерционное осаждение аэрозольных частиц по всей поверхности питательной среды в чашке Петри. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для отбора проб микробных аэрозолей, включающее импактор, состоящий из одного или нескольких пробоотборных каскадов в виде разъемных кольцевых коллекторов с кольцевой проточкой в сторону осевого отверстия, в качестве входного патрубка импактора служит ограниченная внутренней стенкой коллектора верхняя часть осевого отверстия, перекрытая многосопловой решеткой, под которой по центру кольцевого коллектора размещается чашка Петри с плотной питательной средой, а в качестве выходного патрубка - нижняя часть осевого отверстия, связанная с источником разрежения, отличающееся тем, что кольцевой коллектор снабжен установочным гнездом для чашки Петри, состоящим из закрепленных на коллекторе под чашкой опор - гибких консольных пружин или упругих резиновых втулок, установленных в кольцевой проточке коллектора, прилегающих к боковой стенке чашки, упругих пружинных или резиновых фиксаторов и установленных на многосопловой решетке штифтов, упирающихся на внутреннюю поверхность дна чашки Петри. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в импакторе, содержащем несколько пробоотборных каскадов, в чашке Петри, размещенной в первом по ходу воздушного потока кольцевом коллекторе, предусмотрена установка диска с закрепленным на нем тонковолокнистым материалом. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что разъем кольцевых коллекторов выполнен в виде резьбового соединения или соединением коллекторов замками патефонного типа.