Способ микробиологического анализа воздуха и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК C12Q3/00 C12M1/00 

« Изобретение относится к микробиологии, а именно к технике измере ния высоких концентраций и дисперсных микробных частиц, присутствующих в воздухе. Известны способ и устройство для микробиологического анализа воздуха основанные на инерционном принципе разделения частиц по размерам и осаждении их в жидкость, посевом определенного объема отработанной жидкости на твердую питательного сре ду с последующим термостатированием и подсчетом выpaD eнныx колоний микроорганизмов у . Основной недостаток способа в том, что он не позволяет измерять концентрацию и дисперсиьй .состав ми робных частиц, а позволяет определя только содержание клеток в размерных фракциях микробных частиц. Осно ной недостаток устройства для осуществления способа - в травмирующем действии на микроорганизмы при их осаждении в жидкость, что снижает точность анализа. Известен также способ микробиоло гического анализа воздуха, предусма ривающий отбор представительной про бы воздуха, инерционное осаждение микробных частиц на подложках с последу ощ№г подсчетом выросших коло НИИ 2. Известно также устройство для осуществления способа, включающее разъемные каскады, содержащие сопло вую решетку и подложку с питательно средой 2 . Известные способ и устройство позволяют анализировать высокие концентрации частиц,порядка 10 част/м, за счет сокращения объема воздуха, подаваемого на анализ, и обеспечения осаждения его на подложках. Однако известные способ и устройство являются недостаточно точными и неэффективными при анализ сильно загрязненного воздуха, напри мер, при концентрации микробных частиц порядка 10 част/м, так ка наблюдаются перегрузки ступеней импактора. Цель изобретения - повышение точности микробиологического анализ Поставленная цель достигается тем, гто согласно способу микробиол гического анализа воздуха, предусма ривс5ощему отбор представительной 132 пробы воздуха, инерционное осаждение микробных частиц на подложках с последующим подсчетом выросших колоний, осуществляют снижение концентрации микробных частиц в анализируемой пробе воздуха путем деления последней на два потока в заданном соотношении и стерилизации большого потока анализируемой пробы, при этом перед осаждением оба потока смешивают, а результат подсчета корректируют с учетом заданного значения соотношения деления потоков. Устройство для микробиологического анализа воздуха, включающее разъемные каскады, содержащие сопловую решетку, и подложку с питательной средой, оснащено неселективной насадкой, состоящей из цилиндрической камеры с входным каналом, внутри которой коаксиально размещены цилиндрические многосопловая решетка и подложка, при этом многосопловая решетка выполнена в виде перевернутого стакана с равномерно размещенными на боковой поверхности последнего соплами одинакового диаметра и единичным соплом в основании стакана. На фиг. 1 схематично изображено устройство для микробиологического анализа воздуха, общий вид; на фяг. 2 - графическая зависимость эффективности осаждения частиц от их размера 3 1(о5д); на фиг. 3 отклонение замеренного пылесодержания от истинного при различных соотношениях между скоростями газового потока в основном газоходе V. заборной трубки Vrf- . Устройство состоит из неселективной насадки 1 разбавления и размещенных под ней цилиндрических ступеней 2, установленных последовательно друг на друга и состоящих из сопловой решетки 3 и подложки 4. Насадка состоит из цилиндрической камеры 5 с входным каналом 6, в коаксиально размещены цилиндрическая многосопловая решетка и подложка. Цилиндрическая многосопловая решетка представляет собой перевернутьй стакан 7, на боковой поверхности которого размещены сопла 8 одинакового диаметра, а в основании стакана -единичное сопло 9 с диффузором 10. Подложка выполнена в полого цилиндра 11, размещенного коаксиально внутри стакана 7, 3 внутренняя полость которого связан с цилиндрическими ступенями 2 импа тора через канал 12. Наружная поверхность подложки покрыта липким материалом 13. Сечение единичного сопла 9 и об сечение всех сопел 8 определяются каждой насадки из условий обеспече ния разделения анализируемого пото воздуха на пропорциональные потоки с заданным коэффициентом пропорциональности К, который, при изменени расхода воздуха через устройство о 1 до 60 л/мин, остается без измене и связан с другими конструктивными параметрами устройства следующей зависимостью: где Dn - диаметр единичного сопла, мм; D. - диаметр сопел многосопло вой решетки, мм; К - коэффициент пропорциональности;N - число многосопловой реше ки насадки разбавления. Число и диаметрсопла 8 выбираю из соотношения dj, (1,73-10) ND, где «Jgo - медианный размер частиц, осажденных на липкой поверхности материала 13 который всегда меньше минимального размера анализируемых микробных частиц. Диаметр диффузора 10 единичного сопла 9 и диаметр входного канала камеры 3 выбирают такими, чтобы скорости газа на входе диффузора 1 и во входном канале 6 были одинаковыми. Внутренняя полость подложки является камерой смешения анализируемого воздуха, проходящего через единичное сопло 9, с анализкруемьтм воздухом, очищенным от микробных частиц за счет инерционного осажде их на липком материале 13. Камера выполнена цилиндрической, чтобы избежать образования внутри нее застойных зон. Входной канал 6 расположен соос относительно всех элементов- неселе 134 тивной насадки для равномерной подачи потока на многосопловую решетку. Подложка выполнена в виде полого цилиндра, чтобы два конструктивных элемента (подложка и камера смешения) разместились в одном узле Коэффициент К - заданное значение соотношения деления потоков - можно увеличить, если установить несколько неселективных насадок последовательно друг на друга. Пробу воздуха делят на два потока (большой и малый) таким образом, чтобы отношение суммы этих потоков к меньшему было пропорционально заданному коэффициенту К: .-, где К - коэффициент пропорциональности - заданное значение соотношения деленрш потоков; Qj иО,.- расход воздуха через единичное СОПЛО и сопловую решетку стакана соответственно, л/мии. Каждая ступень импактора имеет характеристику, представленную на фиг. 2 (график эффективности осаждения частиц Э на подложке в зависимости от размеров частиц (J и от изменения относительного расстояния между сопловой решеткой и подложкой е/DC): sotUso-e/Dc-), где Sjo 50%-ная эффективность осаждения частиц на подложке ; cigo размер частиц, отвечающий 50%-ной эффективности осаждения;DJJ - диаметр сопла. Из анализа фиг. 2 видно, что если азмер основного количества анализиуемых микробных частиц будет меньше границы разделения частиц на фракции ля данной ступени , то эффективость их осаждения будет значительно еньше 50%. Если размер основного оличества анализируемых микробных астиц будет больше значения J JQ , то ффективность их осаждения будет значительно больше 50%. Для правильно сконструированных мпакторов крутизна характеристики (тангенс угла наклона) не более 1,4. того достигают выбором отношения « Е/ЭС в пределах от 1 до 3/8. В данном случае В/D 1, а минимальный . размер анализируемых частиц не менее 1 мкм. Для рассматриваемого случая граница разделения частиц на улавливаемые и неулавливаемые на подложке равна 0,43 мкм. При прохождении через такую ступень частиц, равных 1 мкм, эффективность их осаждения будет около 100%. Значение коэффициента К выбирают в зависимости от значения анализируемой концентрации микробных частиц в воздухе. С ростом анализируемой концентрации значение коэффициента К должно быть больше. Если число сопел N; на той или иной ступени устройств превышает число выросших колоний n-(), то вероятность попадани нескольких микробных частиц в одно отверстие с последующим образованием одной колонии, ..видимой невооруженным глазом, будет незначительна . Например, N, 400, п 40, р. 41, п,с4 Р. Если число выросших колоний п соизмеримо с числом сопел в той или иной ступени N;, то в одно отверсти в сопловой решетке может попасть несколько микробных частиц (до 6), при этом вероятностное число микробных частиц, из которых выросло п;колоний, можно определить по формуле - i:.HkN:-nti 399, Например. .W; 400, у, Р- .2397, h « Р, . Если N; п, то обработать экспериментальные данные невозможно Соблюдение требования изокинетич ности является важным условием для правильного отбора проб. Чтобы проб была представительна, необходимо соблюсти равенство скоростей во входном канале б (к) и на входе в диаметр диффузора 10 единичного сопла 9 (gbVn V. Влияние на точность измерения от «клонения от условий изокинетичности представлено на фиг. 3 Диаметр входного канала 6 выбира ется таки, чтобы скорость газа в нем была 3-15 м/с. Входной диаметрJ диффузора 10 определяется из уравd 4,, 6 Q,rt - л/мин; (3 - мм; VK - м/с. Число и диаметр сопел 8 J опреяются из уравнения .1К«.1Л5), - динамическая вязкость Н с воздуха,---5-; QS - расход большего потока воздуха, л/минJ р - плотность частиц, SfKgp- число Стокса, соответствующее 50%-ной эффективности осаждения частиц; число сопел в стакане. Решая данное уравнение, получаем dso4 J3MO «NiDc. Минимальный размер диаметр сопел выбирают О,2-0,25.мм. Задаваясь чением Jg и D(. , определяют число ел Н;. Вероятностное число осажденных на ложке частиц PJ определяю по внению или находят из таблиц. Подсчет выращенных на подложках оний микроорганизмов определяют ле термостатирования подложек. По лу выращенных колоний п опредет вероятностное число осевших на дой подложке микробных частиц flf формуле p..M,fj.L,L,,,l ЧМ; N;H N;-2 И;-п;м, и - число Сопел в многосопловой решетке ступени импактора. Концентрацию микробных частиц С еделяют по уравнению ЮООХ Р,-С t маст/м С - время отбора пробы, мин; Q - расход воздуха через устройство, л/мин; R - общее число ступеней импактора; I К - коэффициент пропорциональности. В табл.. 1 выборочно приведены чения Р,; от in; для h; 400. 7 Ия табл. 1 видно, что с ун€ личеннем чийла осажденных на подложке частиц увеличивается вероятность того, что из 2-х и более частиц вырастет одна колония. Когда п; /N; 0,1, то nt F; При п 300 мож предположить, что под многими сопла на . подложке выросли колонии из дву и более числа микробных частиц. Чем больше число микробных частиц, из которых образовались колонии, тем больше ошибка при подсчете числа ча тиц, так как значение Р зависит от верхнего и нижнего пределов выбранного доверительного интервала. Кром того, наложение микробных частиц др на друга часто мешает им прорасти. Поэтому, чем ниже анализируемая концентрация (до 10 част/м), тем меньше ошибка в измерении. При п;/N 0,1, ошибка при измерении сведена к нулю. Перед началом отбора пробы воздуха устройство собирают в стерильн боксе, относят его к месту проведения анализа, подсоединяют к источнику разрежения и устанавливают выбранный расход воздуха (например 30 л/мин). Анализируемый объем возд ха попадает на входной канал 6, в котором его меньшая часть (например десятая) изокинетически отбирается единичным соплом 9 и попадает на внутреннюю полость стакана 7, а остальная, большая часть проходит через сопла 8. Число и диаметр сопе 8 подобраны таким образом, что за счет инерционных сил на липком материале 13 осаждаются частицы с размерами большими (например, 0,43 мкм). Значение dg для многосо ловой решетки каскада разбавления выбирается заведомо меньше минимального размера анализируемых микробных частиц (который равен или больше размера единичной клетки) для того, чтобы все микробные части цы, пройдя через сопла 8 стакана 7, осели на липком материале 13с эффективно.стью 100%, и большая часть потока очистилась бы от микробных частиц и стала бы стерильной 138 После отбора пробы подложки 4 извлекают ия устройства и устаиавли1вают в термостат для образования в местах осаждения микробных частиц видимых колоний микроорганизмов. Проводят сравнительные испктаиия предлагаемого и известного способов микробиологического анализа воздуха. Для реализации известного способа анализа воздуха используют известное устройство, а для реализации предлагаемого способа устройство, технические характеристики которого и приведены в табл. 2. В динамической камере объемом 1 м- распыляют культуру микроорганиз юв чудесной палочки с помощью барботажногск генератора аэрозолей. Концентрацию клеток чудесной палочки меняют в исходной взвеси из опыта к опыту для получения различной концентрации микробных частиц в динамической камере. Затем к камере подсоединяют два устройства (известное и предлагаемое) и одновременно отбирают пробу воздуха. Результаты сравнительных испытаний, приведенные в табл. 3, показывают, что при концентрации микробных частиц до 10 част/м результаты совпадают, а при концентрации их вьш1е 10 част/м измерить параметры с помощью известного устройства не удается. Таким образом, предлагаемое устройство для микробиологического анализа воздуха позволяет предварительно снизить исходную анализируемую концентрацию микробных частиц (например в 10 раз), что, с одной стороны, расширяет верхний предел измерения, а с другой, повышает точность анализа в 10 раз за счет уменьшения эффекта наложения отдельных микробных частиц друг на друга с последующим образованием одной колонии. Предлагаемое устройство может быть использовано для оценки эффективности систем фильтрации воздуха, индивидуальных средств защиты органов дыхания, изучения физического и биологического отмирания микробных частиц в камерах.

Т а б л и 1 а

Р;1 10 21 42 115 277 550 657

неселе.ктивная насадка разбавления.

Таблица 2 921 1198 1476 239

Измерить параметры дисперсного состава микробных частиц с помощью известного устройства не представляется возможным.

ТаблицаЗ

Фиг.Г

0.2 0.3 I 0.5 0,6

0.1

dso «

Фаг. 2

0,5

1,0

« ,ц Отношение 1,S2,00 скоростей VK/У

Фаг,.