СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ФИЛЬТРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ПО β,β'-ДИХЛОРДИЭТИЛСУЛЬФИДУ В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕГО ИМИТАТОРА - МЕТИЛОВОГО ЭФИРА САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2012 года по МПК G01N15/08 G01N33/00 

Изобретение относится к области исследования защитных свойств пакетов фильтрующих материалов средств индивидуальной защиты кожи (СИЗК) на основе активированных углеродсодержащих сорбентов (АУС) в динамических условиях, при воздействии паров β,β'-дихлордиэтилсульфида (ДДС), путем использования его имитатора - метилового эфира салициловой кислоты (МЭСК), моделирующего проникающую способность иприта.

Использование имитатора обусловлено тем, что в связи с вступлением в силу «Конвенции о запрещении химического оружия …» сокращено количество токсичных химикатов (ТХ), предназначенных для проведения исследований и испытаний по оценке защитных свойств СИЗК. Проведение этих испытаний является дорогостоящим, связано с риском для здоровья персонала, принимающего в них участие, а также сопряжено с возможным загрязнением окружающей природной среды ТХ.

В сложившейся обстановке кардинальным путем решения этих проблем является использование нетоксичных имитаторов ТХ, в частности, в методиках по оценке защитных свойств СИЗК фильтрующего типа (ФТ).

Известно, что в качестве имитатора ДДС для оценки защитной эффективности перспективных образцов фильтрующих защитных материалов (ФЗМ) и изделий из них в ряде стран используют метиловый эфир салициловой кислоты (МЭСК) [1, 2].

Известно, что количественный анализ паров МЭСК, прошедших непосредственно через материалы СИЗК ФТ, а также по местам сочленений и негерметичности конструкции изделия проводят с помощью прибора MIRA 1А - инфракрасного детектора [3].

Однако данный метод требует сложного аппаратурного оформления и дорогостоящих реактивов.

Известно, что количественный анализ ДДС, прошедшего через пакет ФЗМ СИЗК, определяют колориметрическим методом по ГОСТ [4].

В ходе проведения предварительных испытаний по использованию колориметрического метода для оценки защитных свойств фильтрующих материалов по парам имитатора выявлено, что данный метод малопригоден в силу низкой чувствительности по МЭСК, поэтому рассматриваемый метод признан нами малопригодным для достижения целей работы.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются способы, позволяющие определять проникание пара МЭСК через защитную фильтрующую одежду в целом с помощью пассивных адсорбционных пробоотборников (дозиметров).

Пленочные адсорбционные дозиметры с сорбентом «Теnах», согласно данным работы [5], располагают на испытателях под защитной фильтрующей одеждой. По окончании опыта дозиметры анализируют, проводя экстракцию адсорбента этанолом с последующим определением количества адсорбата методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Пороговая чувствительность данного метода составляет 50 нг МЭСК.

Трубчатые адсорбционные дозиметры диаметром 6 мм и длиной 89 мм, располагают на манекенах под защитной фильтрующей одеждой. Пары МЭСК концентрируются в трубках с сорбентом Теnах. По окончании опыта дозиметры анализируют, проводя термическую десорбцию в сочетании с газохроматографическим анализом с эффективностью 95% [6].

Использование методов с применением пленочных и трубчатых дозиметров, практически невозможно для оценки пакетов материалов СИЗК ФТ. Использование таких дозиметров приведет к созданию искусственного воздушного зазора и существенному изменению площади фильтрации пакета материалов СИЗК, что изменит аэродинамику воздушного потока и тем самым повлияет на результаты испытаний.

Использование трубчатых дозиметров возможно только для оценки образцов СИЗК на манекенах в связи с необходимостью заглубления корпуса дозиметра.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке безопасного, экспрессного способа сравнительной оценки пакетов фильтрующих материалов СИЗК на основе активных углеродных сорбентов (АУС). позволяющего с использованием газожидкостной хроматографии проводить количественное определение МЭСК, проникшего за пакет ФЗМ.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в:

- использование МЭСК как наиболее близкого аналога ДДС по совокупности физико-химических свойств;

- оценке возможности использования МЭСК для определения проникающей способности ДДС через пакет ФЗМ СИЗК на основе АУС в динамических условиях с использованием современного аналитического оборудования;

- моделировании динамического массопереноса паров ДДС с использованием МЭСК, в лобовом секторе пакета ФСМ СИЗК, при нормальном ветровом напоре;

- повышении безопасности проводимых исследований по оценке защитных свойств пакетов ФЗМ СИЗК;

- возможности проведения исследований по оценке защитных свойств не только существующих, но и перспективных тканей защитной фильтрующей одежды на основе АУС с воздухопроницаемостью в интервале 30…80 дм³·м^-2·с^-1;

- возможности проведения исследований в условиях действия «Конвенции о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и его уничтожении».

Поставленная задача решена путем выполнения следующих этапов исследований по обоснованию выбора имитатора ДДС:

1. Проведение оценки возможности определения МЭСК с использованием газожидкостной хроматографии.

2. Проведение сравнительных исследований по определению количеств ДДС и МЭСК, проникающих за пакеты фильтрующих защитных материалов в динамических условиях.

3. Установление зависимости между основными показателями при проникании ДДС и его имитатора МЭСК через пакеты ФЗМ СИЗК на основе АУС.

4. Определение внешней действующей дозы паров ДДС по МЭСК, от которой защищает пакет ФЗМ СИЗК на основе АУС в динамических условиях.

Количественную оценку паров ДДС и МЭСК, проникших за образец пакета ФЗМ, проводили с использованием газожидкостной хроматографии на газовом хроматографе с пламенно-ионизационным детектором, методом калибровки. Чувствительность определения МЭСК при этом составляет до 1·10^-6 мг·мл^-1 [7].

Для подтверждения вышесказанного провели сравнительную оценку защитных свойств пакетов фильтрующих защитных материалов по ДДС и МЭСК с использованием способа предложенного в данной работе.

Сущность способа заключается в динамическом массопереносе паровоздушного потока МЭСК через пакет ФЗМ с объемной скоростью, равной его коэффициенту воздухопроницаемости через образец площадью 22 см², при стандартном градиенте давления по толщине пакета - 49 Па, с последующим аналитическим определением количества МЭСК, проникающего во времени за образец пакета ФЗМ на основе АУС.

Время защитного действия по парам имитатора условно привязано к критериальному значению для паров ДДС и соответствует количеству МЭСК, проникшему через пакет ФЗМ, на основе АУС, за время его защитного действия от паров ДДС.

Объектами исследования являлись два пакета ФЗМ с различными вариантами химзащитного слоя, при этом в обоих пакетах в качестве покровного слоя используется ткань «Винилискожа-Т» с дискретным полимерным покрытием, а в качестве гигиенического слоя бязь.

Пакет №1:

- огнезащитный слой - ткань «Винилискожа-Т»;

- химзащитный слой - на основе угленаполненной бумаги;

- гигиенический слой - бязь.

Пакет №2:

- огнезащитный слой - ткань «Винилискожа-Т»;

- химзащитный слой - на основе сетчатой активной углеродной ткани;

- гигиенический слой - бязь.

Образцы испытываемых материалов вырезают по шаблону и закрепляют в динамическом приборе (см. фиг.1).

Динамический прибор изготовлен из нержавеющей стали и состоит из: штуцера отбора проб из-под пакета ФЗМ (1); нижней части корпуса (2); прижимных винтов (3); штуцера отбора проб воздействующей концентрации (4); штуцера подвода паровоздушной смеси (5); верхней части корпуса (6); испытуемого пакета ФЗМ (8).

Лабораторная установка для оценки защитных свойств пакетов фильтрующих материалов по парам метилового эфира салициловой кислоты (см. фиг.2) включает: гигростат (9) для увлажнения воздуха подводимого в систему до заданных значений относительной влажности; психрометр (10) для контроля влажности воздушного потока, испаритель с веществом (11); регулировочный кран (12) для регулировки концентрации паровоздушной смеси; смеситель (13) для создания паровоздушной смеси заданной концентрации; динамический прибор (14); двухходовой кран (15) для отбора воздействующей концентрации паров МЭСК; двухходовой кран (16) для отбора паров МЭСК за пакетом ФЗМ; склянка Дрекселя с бензолом (17) для отбора проб воздействующей концентрации паров; склянка Дрекселя с бензолом (18) для отбора проб концентрации паров, проникших за пакет ФЗМ; аспиратор (19).

Установку подключают к аспиратору, устанавливают температуру в термостате (26±1)°С, концентрацию паров МЭСК в паровоздушном потоке (0,05±0,01) мг·л^-1, относительную влажность воздушного потока (65±5)%.

Объемная скорость воздушного потока создается равной скорости воздушного потока, проникающего через данный пакет ФЗМ площадью 22 см при градиенте давления 49 Па, согласно ГОСТ [8].

Пары МЭСК, проникшие за образец пакета ФЗМ, улавливают в дрексель с бензолом. Через интервал времени 2-5 минут дрексель (10) заменяют новым, в зависимости от защитных свойств пакета ФЗМ. Из снятых дрекселей в виалы для автоматического пробоотборника газожидкостного хроматографа берут пробы в объеме 1 мл для определения концентрации МЭСК в растворе.

Концентрацию β,β'-дихлордиэтилсульфида и МЭСК в экстракте определяют по заранее построенному калибровочному графику.

Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице.

Таблица Сравнительные значения критериальной величины ДДС к имитатопу Испытываемый материал Критериальное количество ДДС мг·см^-2 Минимальное количество МЭСК, проникшее за пакет ФЗМ за ВЗД ДДС, мг·см^-2 Пакет №1 0,0025 0,0015 Пакет №2   0,0015

Анализ данной таблицы показывает, что количество паров МЭСК, соотнесенное с критериальным значением для паров ДДС согласно данным таблицы, составляет 1,5·10^-3 мг·см^-2, что соответствует количеству МЭСК, проникшему через пакеты ФЗМ, на основе АУС, за время его защитного действия от паров ДДС.

За время защитного действия принимается минимальное значение ВЗД по шести параллельным точечным пробам пакетов ФЗМ.

Таким образом, на основании результатов экспериментальных исследований, проникания паров ДДС и МЭСК в динамических условиях установлено, что для получения выходных кривых ДДС по выходным кривым МЭСК в области ВЗД от ДДС в интервале 0…15 минут необходимо использовать коэффициент пересчета, полученный по формуле

где К - коэффициент пересчета количества МЭСК к количеству ДДС, проникшего через пакет ФЗМ в области времени его времени защитного действия по ДДС;

Q_ДДС - критериальное количество паров ДДС, проникшее через пакет ФЗМ за время защитного действия, мг·см^-2;

Q_МЭСЛ - количество паров МЭСК, проникшее через пакет ФЗМ за время защитного действия по парам ДДС, мг·см^-2

Таким образом, коэффициент пересчета для пакетов ФЗМ на основе АУС с воздухопроницаемостью в интервале 30…80 дм·м^-2·с^-1 составляет 1,7.

Внешнюю воздействующую дозу паров ДДС, от которой защищает пакет ФЗМ, рассчитывают по формуле:

где [Ct_ДДС] - внешняя воздействующая доза паров ДДС, мг·л^-1·мин;

С - внешняя воздействующая концентрация паров МЭСК, мг·л^-1;

t_ВЗД - минимальное время защитного действия по парам МЭСК, мин;

По окончании испытаний динамический прибор размонтируют, образцы ФЗМ помещают в сборник твердых отходов, посуду и коммуникации промывают ацетоном или этиловым спиртом.

Таким образом, разработанное техническое решение позволяет применять метиловый эфир салициловой кислоты в качестве малотоксичного имитатора β,β'-дихлордиэтилсульфида при сравнительной оценке защитных свойств СИЗК фильтрующего типа на основе активированных углеродных сорбентов с воздухопроницаемостью в интервале 30…80 дм³·м^-2·с^-1.

Главным преимуществом предполагаемого способа является то, что:

вместо β,β'-дихлордиэтилсульфида, отнесенного к I классу опасности, используют малотоксичное вещество - МЭСК, отнесенное к IV классу опасности;

способ позволяет оценивать защитные свойства пакетов ФЗМ на основе АУС при наиболее критичных, динамических условиях проникания паров ДДС, обусловленных воздействием нормального ветрового потока;

способ позволяет проводить сравнительную оценку защитных свойств не только существующих, но и перспективных образцов тканей СИЗК ФТ на основе АУС;

способ позволяет сократить время, затрачиваемое на сравнительную оценку защитных свойств пакетов ФЗМ, за счет наиболее жестких условий реального функционирования СИЗК ФТ по назначению;

количественное определение массовой концентрации метилового эфира салициловой кислоты, проникающего за образец материала, проводят на газовом хроматографе с пламенно-ионизационным детектором методом абсолютной калибровки с чувствительностью определения до 1·10^-6 мг·мл^-1 и относительной погрешностью, не превышающей 15%.

Список используемой литературы

Изобретение относится к области исследования защитных свойств пакетов фильтрующих материалов средств индивидуальной защиты кожи (СИЗК) на основе активированных углеродсодержащих сорбентов (АУС) в динамических условиях. Способ осуществляют путем использования моделирующего проникающую способность иприта имитатора - метилового эфира салициловой кислоты (МЭСК) в воздушном потоке при температуре 26±1°С, концентрации паров МЭСК в воздушном потоке 0,05±0,01 мг/л, относительной влажности 65±5% и градиенте давления по толщине пакета площадью 22 см², равном 49 Па, с последующим аналитическим определением минимального количества проникшего через пакет МЭСК и минимального времени защитного действия, расчет внешней воздействующей дозы паров ДДС, от которой защищает пакет фильтрующего защитного материала из заданного соотношения. Достигается повышение безопасности, надежности и информативности оценки. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ сравнительной оценки защитных свойств пакетов фильтрующих материалов средств индивидуальной защиты кожи (СИЗК) на основе активированных углеродсодержащих сорбентов (АУС) в динамических условиях при воздействии паров β,β'-дихлордиэтилсульфида (ДДС) путем использования моделирующего проникающую способность иприта имитатора - метилового эфира салициловой кислоты (МЭСК) в воздушном потоке при температуре 26±1°С, концентрации паров МЭСК в воздушном потоке 0,05±0,01 мг/л, относительной влажности 65±5% и градиенте давления по толщине пакета площадью 22 см², равном 49 Па, с последующим аналитическим определением минимального количества проникшего через пакет МЭСК и минимального времени защитного действия, расчет внешней воздействующей дозы паров ДДС, от которой защищает пакет фильтрующего защитного материала, определяется по формуле
Ct_ДДС=С·t_ВЗД,
где Ct_ДДС - внешняя воздействующая концентрация паров ДДС, мг/л·мин;
С - внешняя воздействующая концентрация паров МЭСК, мг/л;
t_ВЗД - минимальное время защитного действия по парам МЭСК, мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что МЭСК представляет собой малотоксичное вещество, отнесенное к III классу опасности.