Пробоотборник для персонального отбора аэрозоля воздуха Российский патент 2023 года по МПК G01N1/22 G01N1/24 

Изобретение относится к персональным приборам для отбора проб аэрозолей и может быть использовано для оценки условий труда в различных отраслях промышленности.

Изобретение предназначено для персонифицированной оценки пылевого и химического факторов в зоне дыхания человека. Помимо требований высокой эффективности улавливания аэрозоля и возможности работы в условиях высоких концентраций такие приборы должны обладать малыми геометрическими размерами и весом, так как все снаряжение, обеспечивающее работу прибора, переносится непосредственно исполнителем.

Известен пробоотборник прибора SKC, IOM Inhalable Samplers and Cassettes, Plastic, содержащий корпус c зажимом для установки на воротник пользователя и выходным отверстием, цилиндр с частичной резьбой, установленный на опорной плите. Газоотводная трубка соединена с внутренней частью корпуса. Уплотнительное кольцо из синтетического каучука расположено на цилиндре и герметично входит в зацепление в собранном состоянии с фильтрующей кассетой. Кассета содержит кольцевую нижнюю часть, сообщающуюся с внутренней частью цилиндра, фильтр предпочтительно выполнен на тонкой металлической решетчатой опоре. Пробоотборник также содержит тонкую шайбу из ПТФЭ и верхнюю часть кассеты. Нижняя и верхняя части кассеты соединены любым подходящим способом, при этом верхняя часть кассеты захватывает шайбу и фильтр в нижней части с помощью фрикционной посадки или с помощью механизма байонетного замка, или любым другим подходящим способом. Верхняя часть кассеты имеет верхнюю цилиндрическую часть, которая действует как отверстие для входа в кассету фильтра. Цилиндр из ПТФЭ установлен на нижнем плече верхней части кассеты и передает давление от резьбового колпачка, который входит в зацепление с резьбой на цилиндре. Колпачок имеет центральное отверстие, в которое в собранном состоянии помещается около 1,5 мм пенопластовой вставки. Когда колпачок привинчивается к корпусу пробоотборника, верхняя часть кассеты вдавливается в уплотнительное зацепление с шайбой, а нижняя часть кассеты запрессовывается в уплотнительное зацепление с уплотнительным кольцом и корпусом пробоотборника (https://www.skcinc.com/products/iom-inhalable-samplers-and-cassettes-plastic).

Однако данное приспособление имеет ряд недостатков:

1. диаметр используемых дисковых фильтров составляет 25 мм, что накладывает ряд ограничений при работе в условиях высокого содержания аэрозоля в воздухе рабочей зоны, а также приводит к ограничениям по типу используемого фильтрующего элемента. Согласно ГОСТ Р ИСО 13137-2016 перепад давления не должен превышать 4,0-6,25 кПа в зависимости от объемной скорости пробоотбора, в связи с чем использование высоко эффективных фильтров с малой пористостью при таких размерах невозможно;

2. скорость пробоотбора ограничена 2 л/мин (для соблюдения характеристик отбираемой фракции аэрозоля), что не позволят гибко подстраиваться под условия среды для обеспечения наиболее точных результатов;

3. ввиду устройства кассеты, фильтры из некоторых материалов (например, АФА, трековые мембраны из поликарбоната и т.д.) могут проворачиваться и повреждаться при установке в корпус пробоотборника;

4. отверстие отвода отфильтрованных газов находится на нижней кромке корпуса, что может приводить к неравномерному распределению аэрозоля по поверхности фильтра, что может помешать применению некоторых методов элементного анализа, например, рентгенофлуоресцентного анализа.

Предлагаемое изобретение лишено данных недостатков:

1. используются фильтры диаметром 45-47 мм, что увеличивает площадь рабочей поверхности тем самым увеличивая верхний предел загрузки фильтра, позволяя проводить отбор более длительное время при высоких концентрациях аэрозоля. Кроме того, позволяет использовать высокоэффективные фильтрующие элементы с малой пористостью соблюдая нормативные документы;

2. в предлагаемом устройстве предусмотрены сменные кассеты с площадью поперечного сечения всасывающего отверстия в диапазоне от 1 до 10 см² для моделирования линейной скорости потока воздуха. Набор моделирующих конус-крышек позволяет проводить отбор проб аэрозоля в широком диапазоне скоростей (от 1 до 10 л/мин).

3. устройство кассет позволяет исключить проворачивание и повреждение фильтра при установке кассеты в корпусе за счет дополнительных упоров на основании кассеты;

4. распределение аэрозоля по поверхности фильтра происходит более равномерно.

Также известен пробоотборник CIS или GSP, представляющий собой многофракционный пробоотборник, который одновременно собирает вдыхаемую и респирабельную фракции. Он имеет коническое входное отверстие диаметром 8 мм. Входное отверстие соединено с кассетой, в которой находится 37-миллимитровый фильтр. Пробоотборник CIS использует два типа пенопластовых вставок в качестве селективной среды по размеру. Вдыхаемые частицы проходят через пенопласт и собираются на фильтре (например, фильтре из стекловолокна). Сумма масс, собранных на пенопластах и фильтре, дает данные о вдыхаемой фракции. Пробоотборник работает с расходом 3,5 л/мин (https://www.nickelconsortia.eu/assets/files/library/Guidances/IOM%20Report%201_inhalation%20and%20respirably%20monitoring%20guidance%20for%20Ni_March%202012.pdf или https://hse.isi-be.eu/sampling-heads/).

Однако данное приспособление имеет ряд недостатков:

1. Моделирующий конус является частью корпуса, а не кассеты. Частицы остаются на поверхности конуса, не достигая фильтра, что сказывается на точности результатов при дальнейшем исследовании.

2. диаметр используемых дисковых фильтров составляет 37 мм, что накладывает ряд ограничений при работе в условиях высокого содержания аэрозоля в воздухе рабочей зоны. Так же приводит к ограничениям по типу используемого фильтрующего элемента. Согласно ГОСТ Р ИСО 13137-2016 перепад давления не должен превышать 4,0-6,25 кПа в зависимости от объемной скорости пробоотбора, в связи с чем использование высоко эффективных фильтров с малой пористостью при таких размерах невозможно;

3. скорость пробоотбора ограничена 3,5 л/мин (для соблюдения характеристик отбираемой фракции аэрозоля), что не позволят гибко подстраиваться под условия среды для обеспечения наиболее точных результатов;

4. ввиду устройства кассеты, фильтры из некоторых материалов (например, АФА, трековые мембраны из поликарбоната и т.д.) могут проворачиваться и повреждаться при установке в корпус пробоотборника;

5. отверстие отвода отфильтрованных газов находится на нижней кромке корпуса, что может приводить к неравномерному распределению аэрозоля по поверхности фильтра, что может помешать применению некоторых методов элементного анализа, например, рентгенофлуоресцентного анализа.

Предлагаемое изобретение лишено данных недостатков:

1. моделирующий конус реализован в рамках кассеты, что позволяет избежать потерь частиц аэрозоля;

2. используются фильтры диаметром 45-47 мм, что увеличивает площадь рабочей поверхности тем самым увеличивая верхний предел загрузки фильтра, позволяя проводить отбор более длительное время при высоких концентрациях аэрозоля;

3. в предлагаемом устройстве предусмотрены сменные кассеты с площадью поперечного сечения всасывающего отверстия в диапазоне от 1 до 10 см² для регулирование линейной скорости потока воздуха. Набор моделирующих конус-крышек позволяет проводить отбор проб аэрозоля в широком диапазоне скоростей (от 1 до 10 л/мин);

4. устройство кассет позволяет исключить проворачивание и повреждение фильтра при установке кассеты в корпусе за счет дополнительных упоров на основании кассеты;

5. распределение аэрозоля по поверхности фильтра происходит более равномерно.

Таким образом, заявляемое изобретение обладает большей универсальностью применения и эффективностью использования по сравнению с аналогом и прототипом. С использованием заявляемого пробоотборника возможно работать при большем диапазоне концентраций аэрозоли - от маленьких до больших, увеличивая и уменьшая объемную скорость пробоотбора, подбирая подходящую конус-крышку. В то же время имея верхнюю границу выше еще и за счет большей площади фильтрующего элемента.

3. устройство кассет позволяет исключить проворачивание и повреждение фильтра при установке кассеты в корпусе за счет дополнительных упоров на основании кассеты.

Заявляемый технический результат достигается тем, что пробоотборник для персонального отбора аэрозоля воздуха содержит цилиндрический корпус с внутренним кольцевым пазом, снабженный средством для крепления к одежде пользователя и штуцером для подсоединения шланга аспиратора, в корпус установлена сменная кассета c фильтром, состоящая из разъемных между собой основания и конуса-крышки с отверстием для забора воздуха, между основанием кассеты и корпусом в паз последнего герметично установлено первое уплотнительное кольцо, сверху конуса-крышки установлена зажимная гайка, зафиксированная резьбовым соединением на корпусе и имеющая два внутренних кольцевых паза для второго и третьего уплотнительных колец, второе уплотнительное кольцо упирается в основание кассеты, а третье - в кромку резьбы корпуса, согласно изобретению на основании кассеты выполнены упоры, в соединении с боковыми пазами основания кассеты препятствующие проворачиванию основания и конуса-крышки относительно друг друга, отверстие отвода отфильтрованных газов штуцера расположено в средней части цилиндрического корпуса, а внутренняя поверхность основания выполнена ступенчатой.

Диаметр фильтра составляет 45-47 мм.

Площадь поперечного сечения всасывающего отверстия кассеты составляет от 1 до 10 см².

Корпус и кассета выполнены из термостойкого, ударопрочного, токопроводящего материала, например, полимера, металла или сплава.

Уплотнительные кольца выполнены из синтетического каучука.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, где:

Фиг. 1 представляет собой разрез сбоку в собранном виде пробоотборника для персонального отбора аэрозоля воздуха согласно изобретению;

Фиг. 2 представляет собой общий вид пробоотборника в сборе (в аксонометрии, сбоку, спереди);

Фиг. 3 представляет собой общий вид пробоотборника в разборе (в аксонометрии).

Изобретение представляет собой пробоотборник для персонального отбора аэрозоля воздуха (пробоотборный фильтродержатель) 1, в котором находится сменная кассета 2 с фильтром 3, состоящая из двух частей - конус-крышки 4 и основания 5, для сбора вдыхаемых частиц, переносимых по воздуху (Фиг. 1-3).

Основание 5 кассеты 2 выполнено цилиндрическим. Внутренняя поверхность основания выполнена ступенчатой за счет параллельных, вертикально ориентированных выемок с профилем, обеспечивающим установку фильтров с диаметрами 45, 46, 47 мм, с тем, чтобы обеспечить возможность установки в данное основание фильтра диаметром от 45 до 47 мм. Данная конфигурация основания позволяет обеспечить как герметичность установки фильтра так и использование фильтров в данном диапазоне диаметров.

Пробоотборник 1 содержит цилиндрический корпус 6 с внутренним кольцевым пазом 7. Корпус 6 снабжен средством 8 для крепления к одежде пользователя и штуцером 9 для подсоединения шланга аспиратора. В корпус 6 установлена сменная (многоразовая) кассета 2 c фильтром 3, состоящая из разъемных между собой основания 5 и конуса-крышки 4 с отверстием 10 для забора воздуха. Между основанием 5 кассеты 2 и корпусом 6 в паз 7 герметично установлено первое уплотнительное кольцо 11. Сверху конуса-крышки 4 установлена зажимная гайка 12, зафиксированная резьбовым соединением на корпусе 6 и имеющая два внутренних кольцевых паза 13, 14 для второго 15 и третьего 16 уплотнительных колец. Второе уплотнительное кольцо 15 упирается в основание 5 кассеты 2, а третье (16) - в кромку резьбы корпуса 6.

На основании 5 кассеты 2 выполнены упоры 17, в соединении с боковыми пазами 18 основания 5 кассеты 2 препятствующие проворачиванию основания 5 и конуса-крышки 4 относительно друг друга. Отверстие отвода отфильтрованных газов штуцера 9 для подсоединения шланга аспиратора расположено в средней части цилиндрического корпуса 6 с тем, чтобы обеспечить более равномерное распределение аэрозоля по поверхности фильтра, что позволяет использовать методы элементного анализа этого требующие, например рентгенофлуоресцентный анализ.

Для соблюдения условий отбора аэрозоля предлагаются 10 вариантов конус-крышек с площадью поперечного сечения всасывающего отверстия от 1 до 10 см² для пробоотбора со скоростями от 1 до 10 л/мин. Чем больше диаметр фильтра (площадь фильтрующей поверхности), тем больше предельная загрузка фильтра, что позволяет применять пробоотборник в условиях высоких концентраций аэрозоля.

Фильтр 3 помещается в основание 5 кассеты 2 и закрывается сверху конус-крышкой 4 кассеты 2. В паз 7 в корпусе 6 устанавливается первое уплотнительное кольцо 11. Кассета 2 с фильтром 3, установленная в корпус 6 пробоотборника 1 опирается на первое уплотнительное кольцо 11. Зажимная гайка 12 также имеет два паза 13, 14 для второго 15 и третьего 16 уплотнительных колец. При установке зажимной гайки 12 второе уплотнительное кольцо 15 упирается в стенку корпуса 6 пробоотборника 1, в то время, как третье 16 уплотнительное кольцо упирается в основание 5 кассеты 2. Зажимная гайка 12 фиксируется на корпусе 6 резьбовым соединением. В результате образуется герметичное соединение корпуса 6 пробоотборника 1 и кассеты 2. В корпусе 6 расположен штуцер 9 для подсоединения шланга насоса (аспиратора). Отверстие отвода отфильтрованных газов штуцера 9 для подсоединения шланга аспиратора расположено в средней части цилиндрического корпуса 6. У аналога и прототипа отверстие отвода отфильтрованных газов находится на нижней кромке корпуса, что может приводить к неравномерному распределению аэрозоля по поверхности фильтра, что может помешать применению некоторых методов элементного анализа, например, рентгенофлуоресцентного анализа.

Кассета 2 выполнена из термостойкого (рабочая температура не менее 80°С), ударопрочного полимера, пластмассы, в предпочтительном варианте с добавлением антистатических присадок. Зажимная гайка 12 и корпус 6 пробоотборника 1 выполнены из термостойких (рабочая температура не менее 80°С), ударопрочных материалов, например, полимеры, пластмассы, металлы и их сплавы. Уплотнительные кольца 11, 15, 16 выполнены из синтетического каучука.

Заявляемый пробоотборник для персонального отбора аэрозоля воздуха работает следующим образом.

Для применения предлагаемого изобретения в первую очередь необходимо определить условия пробоотбора. При выборе конуса-крышки 4 для отбора проб аэрозоля руководствуются условиями отбора. Соотношение объемной скорости отбора (л/мин) и площади поперечного сечения всасывающего отверстия конуса-крышки 4 (мм²) для отбора аэрозоля - 1:1 (данный критерии может быть изменен в соответствии с методикой анализа).

Предварительно первое 11, второе 15 и третье 16 уплотнительные кольца вставляются в пазы 7, 13, 14 соответственно. Фильтр 3 (тип определяется методикой анализа и нормативными документами) помещается в основание 5 кассеты 2 и закрывается сверху конусом-крышкой 4. Для гравиметрического анализа общей пыли кассета 2 в сборе взвешивается как единый блок.

Кассета 2 транспортируется к месту проведения отбора воздуха отдельно от корпуса 6. Перед проведением отбора корпус 6 пробоотборника 1 крепится к одежде пользователя при помощи средства 8 как можно ближе к зоне дыхания. К штуцеру 9 подсоединяется шланг аспиратора. Другим концом шланг (на чертеже не показан) подсоединяется к персональному насосу (аспиратору), также располагаемому на одежде пользователя (например, на ремне). После чего во внутрь устанавливается кассета 2 с фильтром 3 и фиксируется зажимной гайкой 12. Далее осуществляется отбор аэрозоля.

По окончанию отбора пробы аэрозоля кассета 2 извлекается или заменяется другой подготовленной кассетой. Кассета 2 с пробой аэрозоля транспортируется для дальнейшего анализа гравиметрическим и/или химическим методами.

Таким образом, заявляемое изобретение обладает широкой универсальностью применения и эффективностью использования по сравнению с аналогом и прототипом, позволяя осуществлять достоверный отбор пробы аэрозоля воздуха и использовать заявляемый пробоотборник при широком диапазоне концентраций аэрозоли.

Изобретение относится к персональным приборам для отбора проб аэрозолей и может быть использовано для оценки условий труда в различных отраслях промышленности. Пробоотборник для персонального отбора аэрозоля воздуха содержит цилиндрический корпус с внутренним кольцевым пазом, снабженный средством для крепления к одежде пользователя и штуцером для подсоединения шланга аспиратора, в корпус установлена сменная кассета c фильтром, состоящая из разъемных между собой основания и конуса-крышки с отверстием для забора воздуха, между основанием кассеты и корпусом в паз последнего герметично установлено первое уплотнительное кольцо, сверху конуса-крышки установлена зажимная гайка, зафиксированная резьбовым соединением на корпусе и имеющая два внутренних кольцевых паза для второго и третьего уплотнительных колец, второе уплотнительное кольцо упирается в основание кассеты, а третье - в кромку резьбы корпуса, на основании кассеты выполнены упоры, в соединении с боковыми пазами основания кассеты препятствующие проворачиванию основания и конуса-крышки относительно друг друга, отверстие отвода отфильтрованных газов штуцера расположено в средней части цилиндрического корпуса, а внутренняя поверхность основания выполнена ступенчатой. Технический результат - повышение универсальности применения и эффективности использования. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пробоотборник для персонального отбора аэрозоля воздуха, содержащий цилиндрический корпус с внутренним кольцевым пазом, снабженный средством для крепления к одежде пользователя и штуцером для подсоединения шланга аспиратора, в корпус установлена сменная кассета c фильтром, состоящая из разъемных между собой основания и конуса-крышки с отверстием для забора воздуха, между основанием кассеты и корпусом в паз последнего герметично установлено первое уплотнительное кольцо, сверху конуса-крышки установлена зажимная гайка, зафиксированная резьбовым соединением на корпусе и имеющая два внутренних кольцевых паза для второго и третьего уплотнительных колец, второе уплотнительное кольцо упирается в основание кассеты, а третье - в кромку резьбы корпуса, отличающийся тем, что на основании кассеты выполнены упоры, в соединении с боковыми пазами основания кассеты препятствующие проворачиванию основания и конуса-крышки относительно друг друга, отверстие отвода отфильтрованных газов штуцера расположено в средней части цилиндрического корпуса, а внутренняя поверхность основания выполнена ступенчатой.

2. Пробоотборник для персонального отбора аэрозоля воздуха по п. 1, отличающийся тем, что диаметр фильтра составляет 45-47 мм.

3. Пробоотборник для персонального отбора аэрозоля воздуха по п. 1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения всасывающего отверстия кассеты составляет от 1 до 10 см².

4. Пробоотборник для персонального отбора аэрозоля воздуха по п. 1, отличающийся тем, что корпус и кассета выполнены из термостойкого, ударопрочного, токопроводящего материала, например полимера, металла или сплава.

5. Пробоотборник для персонального отбора аэрозоля воздуха по п. 1, отличающийся тем, что уплотнительные кольца выполнены из синтетического каучука.