Пробоотборная подложка для аэрозолей Советский патент 1984 года по МПК G01N15/02 

1

Изобретение относится к научным исследованиям по физике облаков и загрязнению атмосферы, а точнее к методам отбора проб (естественного и искусственного) аэрозолей с целью изучения начальной стадии льдообразования в облаках и туманах, и может быть использовано для изучения облако- и осадкообразования и процессов самоочищения атмосферы от загрязняющих веществ.

Под льдообразующей активностью понимают отношение концентрации льдообразую1дих ядер к общей концентрации аэрозольных частиц в атмосфере. Поэтому для ее точного определения необходимо знание обоих параметров.

Известна пробоотборная подложка, анализ частиц на которой производят путем их активации в термодиффузионной камере 1J .

В качестве подложек используют мембранный миллипоровый фильтр. На фильтр осаждается большое количество аэрозольных,частиц с широким спектром размеров (на 5 порядков величины). В них на одно льдообразующее ядро приходится 10 ядер конденсации. Поэтому для уверенного определения концентрации льдообразующих ядер необходимо увеличить объем исследуемой пробы, но при этом возрастает и число ядер конденсации, которые поглощают водяной пар в камере, и его станосится уже недостаточно для активации всех льдообразующих ядер, имеющих более низкую конденсационную активность. В то же время для уверенного определения счетной концентрации аэрозольных частиц необходимо иметь высо кую плотность аэрозольного осадка, чтобы сумма площадей вертикальных проекций, частиц бьша равна 10% площади подложки.

К недостаткам фильтров также относится низкая теплопроводность, что важно для их обработки в камере, кроме того, мелкие частицы проникают внутрь пор и вьтадают из анализа.

Наиболее близка к изобретению пробоотборная подложка для аэрозолей, выполненная в виде диска с эксцентричJJO расположенным относительно егр оси вращения цилиндрическим плунжером покрытых гидрофобным веществом, причем плунжер снабжен покровной армирующей сеткой 2J .

117Z

Недостатками известной пдложки являются ограниченные фугкциональные возможности и невысокая точность анализа, которые обусловлены одинаковой концент15ацией частиц на всех участках подложки, что не позволяет использовать осаокденную пробу для исследования дисперсности частиц и их льдообразующей активности с высокой точностью, так как для решения первой задачи концентрация частиц должна быть на порядок выше, чем при решении второй задачи.

Кроме того, известное решение не позволяет учитывать искажение спектра аэрозольных частиц при их осаждении на подложку, а также проводить исследование распределения частиц по размерам под оптическим и электронным микроскопами по одной пробе.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности анализа.

Поставленная цель достигается тем, что в пробоотборной подложке для аэрозолей, выполненной в виде диска с эксцентрично расположенным относительно его оси вращения цилиндрическим плунжером, покрытых гидрофобным веществом, причем плунжер снабжен покровной армирующей сеткой, плунжер выполнен полым, покровная армирующая сетка выполнена с центральным отверстием, а половина площади армирующек сетки и отверстия дополнительно покрыты слоем вязкой смазки.

На фиг. 1 схематически изображена конструкция подложки, разрез; на фиг. 2- то же, вид сверху.

Подложка включает металлический диск 1 с отверстием для оси 2. В теле диска на середине его радиуса выполнено отверстие 3, в которое вставляется оправкагплунжер 4 в виде полого цилиндра. На торце плунжера 4 установлена электролитическая, сетка 5 с отверстием 6 в ее центре. Плужер 4 устанавливается так, чтобы сетка 5 располагалась заподлицо с поверхностью диска 1. Поверхности диска и сетки покрываются гидрофобным веществом (раствором пластика) 7. Поверх ее вязкой смазкой 8 покрывается половина сетки и центрального отверстия в ней для равноправного сопоставления аэрозольных проб, осажденных на различные участки подложки (.смазки с разными механическими и адгезионными свойствами. Сравнение условий осаждения аэрозольных частиц на различные участки подложки с разными смазками необходимо проводить по наибольшему числу проб с обоих сравниваемь1х участков. Оно максимально при разделении поверхности плунжера на две равные части. Осаждение аэрозольной пробы на подложку и ее обработка производятся следующим образом. : Диск 1 устанавливают так, чтобы сопло ймпактора располагалось непосредственно над плунжером 4. Внача ле с экспозицией 10-30 с (она зависит от степени загрязненности атмосф ры) производят локальное осаждение аэрозоля на гидрофобное вещество 7 и вязкую смазку 8 на оправке-плунжере при неподвижном диске 1 с целью получения плотного осадка для определения дисперсности частиц, а затем производят осаждение пробы на всю поверхность диска при .его вращении с экспозицией 2-6 мин (например, один оборот диска осуществляется за время экспозиции 3 мин) для определения концентрации льдообразующих ядер, при этом число частиц осажденньк на единицу поверхности диска на порядок меньше, чем на такой же площади плунжера. После завершения пробоотбора плун жер 4 вынимают и исследуют спектр и концентрацию частиц на нем, а диск 1 без плунжера устанавливают в термо диффузионную камеру и изучают эффективность льдообразования. В области отверстия 6 частицы изучают под опти ческим микроскопом, а иг периферийно области сетки 5 высекаются образцы для исследования в электронном микро скопе. При заборе аэрозольной пробы в импакторе частицы могут сдуваться с гидрофобного вещества 7, но в вязкую смазку 8 они внедряются полность и задерживаются в ней. Вязкая смазка 8 делается толстой и мягкой, и части цы при ударе о нее не развиваются, сохраняя свой спектр таким, каким он бьш в атмосфере. Поэтому определени дисперсности частиц проводят отдельно на гидрофобном веществе 7 и вязко смазке 8, отношение полученных результатбв дает коэффициент искажения спектра. Его необходимо установить для выяснения истинной концентрации льдообразующих адер в атмосфере. Таким образом, использование комбинированной смазки на диске дает возможность изучать как льдообразующие свойства, так и дисперсность частиц, а также установить истинную концентрацию льдообразующих ядер в атмосфере. Наличие отверстия 6 в сетке 5 позволяет исследовать одну и ту же пробу как под оптическим, так и электронным микроскопами. Под действием электронного пучка в электронном микроскопе гидрофобном вещество 7 легко разрывается, поэтому сетка 5 является здесь армирующей. Поскольку в оптическом микроскопе обзорное поле большое и в него попадает сразу несколько ячеек сетки, а ячейки имеют квадратную форму со стороной 20 мкм и промежутки между ячейками (толщина плетения) составляют 10 мкм, то часть частиц располагается на светлом поле, а другая часть - на темном, что затрудняет их наблюдение и обсчет (тем более, что разрешающая способность микроскопа в отраженном свете ниже, чем в проходящем). Поэтому исследование частиц под оптическим микроскопом желательно проводить на большой площади в проходящем свете, что и обеспечивается осаждением частиц на гиброфобном веществе 7 и вязкой смазке В над отверстием 6 в сетке 5. Использование предлагаемой подложки с полым плунжером А в диске 1 позволяет проводить анализ льдообразующих свойств и дисперсности частиц параллельно, но при этом плунжер может быть установлен на препаратоводитель оптического микроскопа без отделения от него пленки с частицами. Осаждение частиц на плунжер, а затем на вращающийся диск, позволяет осаждать на плунжере частицы с гораздо большей концентрацией, чем на диске. При этом выполняются оба условия определения льдообразующей активности: концентрация частиц определяется с большой точностью по большому количеству частиц на плунжере, а малое количество ядер конценсации на поверхности диска не позволяет проявиться объемному эффекту. Предлагаемая конструкция подложки дает возможность изучать одну и ту

же пробу под оптическим и электронным микроскопоми, повысив при этом в 2 - 3 раз точность анализа и не ухудшив методы исследования Д1 дообразу101цих свойств часгиц.

Использование предлагаемого решения позволяет, кроме того, обходить-, ся при исследованиях одним прибором вместо двух-трех, как в известных, и в 2-5 раз сократить время полёта летательного аппарата при заборе аэрозоля.

ПРОБООТБОРНАЯ ПОДЛОЖКА ДЛЯ АЭРОЗОЛЕЙ, выполненная в виде диска с эксцентрично расположенным относительно его оси вращения цилиндрическим плунжером, покрытых гидрофобным веществом, причем плунжер снабжен покровной армирующей сеткой, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности анализа, плунжер выполнен полым, покровная армирующая сетка выполнена с центральным отверстием, а половина площади армирующей сетки и отверстия дополнительно покрыты слоем вязкой смазки. (Л 5 I х : VI