УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ И АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Российский патент 2024 года по МПК G01N1/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области исследования материалов, а именно к получению образцов и подготовки образцов для исследования и может быть использовано для контроля и мониторинга концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах и в атмосферном воздухе.

Уровень техники

Известен фильтродержатель ИРА-20-1 (ИРА-10-1) (http://fgsiz.ru/product/product/index/product_id/144/?path=75), который предназначен для контроля и анализа загрязненности воздуха и производственных газов аэродисперсными примесями. Фильтродержатель выполнен в виде разъёмного корпуса, внутрь которого помещается аналитический аэрозольный фильтр АФА. Фильтродержатель может быть изготовлен из полистирола или металла. Фильтродержатель предусматривает использование уплотнительных прокладок из маслобензостойкой резины, установленным с обеих сторон фильтра.

Недостатком данного устройства является конструкция, которая рассчитана на рабочую поверхность фильтра 20 см² (10 см²). Диаметр площадки под фильтр 70 см (49 см). Устройство не предусматривает работу с фильтрами, площадь рабочей поверхности которых менее 10 см².

Известен способ и устройство отбора проб воздуха для последующего анализа газообразных или аэрозольных примесей (патент RU № 2298776, G01N1/22, опубл. 10.05.2007 г.). Устройство включает сменные воздухозаборные насадки с диаметром штуцеров 14 и 27 мм. Воздухозаборная насадка выполнена в виде разъёмного корпуса, внутрь которого помещается аналитический аэрозольный фильтр типа АФА. Диаметр площадки под фильтр составляет 70 мм.

Недостатком данного устройства является конструкция, которая рассчитана на рабочую поверхность фильтра 20 см². Устройство не предусматривает работу с фильтрами, площадь рабочей поверхности которых менее 20 см².

Известно устройство для отбора проб (ГОСТ Р ИСО 12884-2007 Воздух атмосферный. Определение общего содержания полициклических ароматических углеводородов (в газообразном состоянии и в виде твердых взвешенных частиц). Отбор проб на фильтр и сорбент с последующим анализом методом хромато-масс-спектрометрии, опубл. 01.10.2008 г.) (Национальный стандарт РФ ГОСТ Р ИСО 12884-2007). Устройство предназначено для отбора проб атмосферного воздуха и состоит из фильтродержателя, в который вставляется фильтр диаметром 102 мм, поддерживаемый сеткой из нержавеющей стали. Фильтродержатель прикрепляется к металлическому цилиндрическому корпусу ловушки, в который вставлен картридж внешним диаметром 64 мм, внутренним диаметром 58 мм, высотой 125 мм из боросиликатного стекла, заполненный сорбентом. Фильтродержатель снабжен уплотнительными прокладками из инертного материала (например, из политетрафторэтилена - ПТФЭ), установленным с обеих сторон фильтра. Картридж с сорбентом с обоих концов также снабжен пластичными уплотнительными прокладками из инертного материала (например, из силиконовой резины), обеспечивающими герметичность устройства.

Недостатком данного устройства является конструкция, которая рассчитана на рабочую поверхность фильтра большой площади. Устройство не предусматривает работу с фильтрами, площадь рабочей поверхности которых менее 5 см².

Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является фильтродержатель, используемый при отборе проб твердых фторидов (Руководящий документ 52.04.894-2020 «Массовая концентрация фторида водорода и твердых растворимых фторидов из одной пробы атмосферного воздуха. Методика измерений фотометрическим методом с использованием ксиленолового оранжевого. опубл. 2020 г.). Устройство содержит разъемный корпус, симметричный относительно центральной оси. Диаметр входного отверстия составляет 10 мм, диаметр выходного отверстия составляет 4 мм. Диаметр площадки под фильтр, который используется при отборе проб, составляет 12 мм. Фильтродержатель изготавливается из фторопласта.

Недостатком данного устройства является конструкция фильтродержателя, которая не позволяет использовать фильтровальный элемент маленького диаметра.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей изобретения является разработка пробоотборного устройства для отбора проб загрязняющих веществ промышленных выбросов и в атмосферном воздухе методом фильтрации с использованием фильтрующего элемента малой площади фильтрации для дальнейшего физико-химического анализа концентрации загрязняющих веществ, входящих в состав отобранной пробы, с использованием пиролитической приставки, которая подразумевает работу с образцами малого объема.

Техническим результатом является сокращение времени анализа проб и повышение точности измерений концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах и/или атмосферном воздухе.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для отбора проб промышленных выбросов и/или атмосферного воздуха, содержащем соединенные между собой посредством разъемного соединения корпус (3) и крышку (2) с входным отверстием (1), фильтровальный элемент (4), размещенный на площадке для фильтра (6), согласно заявляемому изобретению, корпус (3) содержит режущую кромку (5), внутренний диаметр которой соответствует диаметру площадки для фильтра (6), расположенной в центральной части корпуса (3), при этом устройство снабжено пробойником (10), содержащим режущую кромку (11) в нижней своей части и выполненным с возможностью пробивания фильтровального элемента (4) диаметром, равным диаметру рабочей поверхности фильтровального элемента (4), а нижняя часть корпуса (3) снабжена штуцером (7), внутренний диаметр которого соответствует диаметру рабочей поверхности фильтровального элемента (4), устройство снабжено выталкивателем (9), выполненным с возможностью извлечения рабочей поверхности фильтровального элемента (4) из корпуса (3).

В частном случае исполнения устройства выталкиватель (9) выполнен цилиндрической формы, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру штуцера (7), и содержит ручку (8), размещенную на конце верхней его части. Пробойник (10) выполнен цилиндрической формы и содержит внутри сквозное коническое отверстие. Устройство может быть выполнено из металла или полимерного материала. В качестве фильтровального элемента могут быть использованы аэрационные фильтры любого состава, например, фильтры типа АФА ВП или Whatman.

Конструкция устройства позволяет использовать фильтровальный элемент (4) диаметром не более 10 мм, при этом диаметр рабочей поверхности фильтровального элемента (4), которая затем используется для анализа, составляет не более 4 мм, что дает возможность уменьшить объем отобранной пробы и для извлечения загрязняющих веществ с поверхности фильтровального элемента (4) для последующего физико-химического анализа применять метод термодесорбции с использованием пиролитической приставки, а именно позволяет переносить экспонированную часть фильтровального элемента (4) в тигель для пиролитической приставки, диаметр которого равен 4 мм.

Устройство выполнено герметичным посредством размещения на его внешней поверхности в части соединения корпуса (3) и крышки (2) полимерных герметизирующих лент.

Благодаря наличию режущей кромки (5) в корпусе устройства, наличию пробойника (10) и выталкивателя (9) появляется возможность работы с фильтровальными элементами (4) малого диаметра, а также возможность бесконтактной работы по отношению к фильтровальному элементу (4), что уменьшает вероятность загрязнения пробы сторонними примесями.

Краткое описание чертежей

Устройство для отбора проб промышленных выбросов и/или атмосферного воздуха поясняется следующими фигурами: фиг.1 (a) – корпус пробоотборного устройства с крышкой, фиг 1 (б) – общий вид устройства, где:

1 – входное отверстие;

2 – крышка;

3 – корпус;

4 – фильтровальный элемент;

5 – режущая кромка корпуса;

6 – площадка для фильтра;

7 – штуцер;

8 – ручка выталкивателя;

9 – выталкиватель;

10 – пробойник;

11 – режущая кромка пробойника.

Осуществление изобретения

Устойство содержит корпус (3) и крышку (2). Корпус (3) устройства выполнен в виде соединенных друг с другом двух цилиндров разного диаметра, причем на верхнем основании цилиндра большего диаметра размещен усеченнный конус, циллиндр меньшего диаметра выполнен в виде штуцера (7), а вдоль оси корпуса (3) проходит сквозное отверстие переменного диаметра, при этом диаметр отверстия расширяется в конусообразной части корпуса (3). Крышка (2) имеет форму усеченного конуса, в нижней части которого выполнены последовательно вырезы цилиндрической и конической формы, вдоль оси крышки (2) проходит сквозное отверстие конической формы, сужающееся к нижней грани. Корпус (3) и крышка (2) соединены между собой при помощи разъемного (конического или резьбового) соединения. Вход газовоздушной смеси осуществляется через входное отверстие (1) крышки (2). Для фиксации фильтровального элемента (4), предназначенного для фильтрации взвешенных веществ, в цилиндрической центральной части корпуса (3) пробоотборного устройства предусмотрена площадка для фильтра (6). Крышка (2) фиксирует фильтровальный элемент (4) на площадке для фильтра (6). Корпус (3) содержит режущую кромку (5), образующуюся при пересечении внешней и внутренней поверхности (отверстия) усеченного конуса корпуса (3), диаметр которой соответствует диаметру площадки для фильтра (6), и штуцер (7), внутренний диаметр которого соответствует диаметру рабочей поверхности фильтровального элемента (4), причем диаметр фильтровального элемента (4) составляет не более 10 мм, а диаметр рабочей поверхности фильтровального элемента (4) составляет не более 4 мм. Герметичность устройства достигается за счет применения полимерных герметизирующих лент, которые фиксируются снаружи корпуса (3) в месте соединения частей корпуса (3) и крышки (2) и не входят в контакт с фильтрующим элементом (4). Устройство снабжено пробойником (10), имеющим цилиндрическую форму, в нижнем основании которого располагается усеченный конус, вдоль оси пробойника (10) проходит сквозное отверстие конической формы, сужающееся к нижнему основанию. Внешний диаметр пробойника (10) соответствует внутренниму диаметру корпуса (3), а диаметр режущей кромки пробойника (11) соответствует внутреннему диаметру штуцера (7). Устройство снабжено выталкивателем (9) цилиндрической формы, внешний диаметр которого соответствует внутреннему диаметру выходного штуцера (7). Выталкиватель (9) снабжен ручкой (8) шарообразной формы.

Устройство работает следующим образом

Используя режущую кромку корпуса (5) из аэрационных фильтров типа АФА или Whatman вырезается фильтровальный элемент (4), диаметр которого соответствует внутреннему диаметру режущей кромки корпуса (5) и диаметру прощадки для фильтров (6), при этом фильтровальный элемент (4) остается внутри корпуса (3). Крышкой (2) фильтровальный элемент (4) фиксируется на площадке для фильтра (6) корпуса (3).

Газовоздушная смесь поступает в пробоотборное устройство через входное отверстие (1) крышки (2). За время отбора проб взвешенные вещества, присутствующие в газовоздушной смеси, осаждаются на фильтровальном элементе (4), установленном на площадке для фильтра (6) корпуса (3) перед штуцером (7) и зафиксированном крышкой (2). Значение скорости отбора проб устанавливается постоянным с помощью аспирационного устройства, подсоединенного к штуцеру (7) корпуса (3). Значение скорости отбора проб может менятся в зависимости от скорости газопылевого потока и объекта исследования. После отбора проб на крышку (2) ставятся заглушки.

Для выполнения физико-химического анализа отобранных проб снимается крышка (2), фильтровальный элемент (4) остается внутри корпуса. (3). Пробойник (10) помещается в корпус (3) режущей кромкой пробойника (11) вниз таким образом, чтобы режущая кромка пробойника (11) соприкасалась с поверхностью фильтрующего элемента (4). Используя режущую кромку пробойника (11), вырезается рабочая поверхность фильтровального элемента (4), диаметр которого соответствует внутреннему диаметру штуцера (7) и внутренниму диаметру тигля пиролитической приставки, используемого для физико-химического анализа. Пробойник (10) удаляется из корпуса (3). Корпус (3) штуцером (7) устанавливается на тигель. С помощью выталкивателя (9) фильтровальный элемент (4) удаляется из пробоотборного устройства через штуцер (7) непосредственно в тигель путем продавливания фильтровального элемента (4) выталкивателем (9). В случае, если фильтровальный элемент (4) остается во внутреннем отверстии пробойника (10), то пробойник (10) устанавливается на тигль режущей кромкой пробойника (11) и фильтровальный элемент (4) извлекается путем продавливания фильтровального элемента (4) выталкивателем (9). Фильтровальный элемент (4), помещенный в тигель, устанавливается в пиролитическую приставку и подвергается физико-химическому анализу.

Конструкция пробоотборного устройства позволяет присоединять к штуцеру (7) сорбционные трубки и производит одновременный отбор не только загрязняющих веществ, сорбированных на поверхности взвешенных веществ, но и веществ, находящихся в составе пробы в газообразном состоянии, что приводит к уменьшению суммарного времени отбора проб.

Использование данного пробоотборного устройства позволяет повысить точность количественного определения содержания загрязняющих веществ в промышленных выбросах и атмосферном воздухе за счет исключения из процедуры физико-химического анализа стадий пробоподготовки, которые несут в себе неопределенность, связанную с извлечением анализируемых веществ при экстракции проб, установлением объема анализируемых экстрактов и аликвот, взятых для анализа.

Изобретение относится к области исследования материалов. Раскрыто устройство для отбора проб промышленных выбросов и/или атмосферного воздуха, содержащее соединенные между собой посредством разъемного соединения корпус (3) и крышку (2) с входным отверстием (1), фильтровальный элемент (4), размещенный на площадке для фильтра (6), при этом корпус (3) содержит режущую кромку (5), внутренний диаметр которой соответствует диаметру площадки для фильтра (6), расположенной в центральной части корпуса (3), при этом устройство снабжено пробойником (10), содержащим режущую кромку (11) в нижней своей части и выполненным с возможностью пробивания фильтровального элемента (4) диаметром, равным диаметру рабочей поверхности фильтровального элемента (4), а нижняя часть корпуса (3) снабжена штуцером (7), внутренний диаметр которого соответствует диаметру рабочей поверхности фильтровального элемента (4), устройство снабжено выталкивателем (9), выполненным с возможностью извлечения рабочей поверхности фильтровального элемента (4) из корпуса (3). Изобретение обеспечивает повышение точности количественного определения содержания загрязняющих веществ в промышленных выбросах и/или атмосферном воздухе за счет исключения из процедуры физико-химического анализа стадий пробоподготовки, а также позволяет применять фильтрующий элемент малой площади. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для отбора проб промышленных выбросов и/или атмосферного воздуха, содержащее соединенные между собой посредством разъемного соединения корпус (3) и крышку (2) с входным отверстием (1), фильтровальный элемент (4), размещенный на площадке для фильтра (6), отличающееся тем, что корпус (3) содержит режущую кромку (5), внутренний диаметр которой соответствует диаметру площадки для фильтра (6), расположенной в центральной части корпуса (3), при этом устройство снабжено пробойником (10), содержащим режущую кромку (11) в нижней своей части и выполненным с возможностью пробивания фильтровального элемента (4) диаметром, равным диаметру рабочей поверхности фильтровального элемента (4), а нижняя часть корпуса (3) снабжена штуцером (7), внутренний диаметр которого соответствует диаметру рабочей поверхности фильтровального элемента (4), устройство снабжено выталкивателем (9), выполненным с возможностью извлечения рабочей поверхности фильтровального элемента (4) из корпуса (3).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выталкиватель (9) выполнен цилиндрической формы, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру штуцера (7).

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что выталкиватель (9) содержит ручку (8), размещенную на конце верхней его части.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пробойник (10) выполнен цилиндрической формы и содержит внутри сквозное коническое отверстие.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено из металла или полимерного материала.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диаметр фильтровального элемента (4) составляет не более 10 мм, а диаметр рабочей поверхности фильтровального элемента (4) составляет не более 4 мм.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено герметичным посредством размещения на его внешней поверхности в части соединения корпуса (3) и крышки (2) полимерных герметизирующих лент.