Способ отбора проб из газового потока Советский патент 1985 года по МПК G01N1/22 

4

Л

. ф- -°- -гозЛ« Г° /ДШ11: V -- ..

потоп

..i .-

v-vv.:-|::- j4 .:P,-;.,f.:.. ...

01

.««. . 1 .,-..-. л,

ю о

. . - %

. Р

Н насосу

t

Г-; . . .1

Nj

. % I

.. .а

/О - . .:.-§ ру

. : ... ...В i

Изобретение относится к исследованию дисперсных систем с применением электронной микроскопии и может быть использовано для определения размера частиц, их формы, распределения по размерам и т.д. в лабораторных, производственных и полевых условиях.

Известен способ отбора проб из газового потока, содержащего во взвешенном состоянии дисперсныечасти1|ы заключающийся в осаждении этих частиц на подложку под действие термофорестической силы Cl3.

Газовый поток, содержащий частицы пропускают между двумя пластинами термопреципитатора: горячей и холодной. За счет температурного градиента возникает термофорестическая сила под действием которой частицы пеуемещаются к холодной пластине и в момент касания прилипают к ней.

Поскольку малые частицы (D 1 мкм находятся в газовой фазе в постоянном броуновском движении и отсдеживают движение потоков газа, то для их осаждения требуется значительйая термоЛорестическая сила, что достигается увеличением температурного градиента за счет уменьшения зазора мелвду пластинами термопреципитатора (Ь 5 100 мкм) и повьпдения температуры верхней пластины (до 200-300°С).

Однако даже в таких условиях

необходимо длительное воздействие, этой силы на частицы дли их перемещения на холодную подложку, что приводит к ограничению объемной скорости газового потока и длительному времени для получения одной пробы дцсперсных частиц, необходимой для исследования в электронном микроскопе. Обычно скорости газово Го потока в известных термопреципитаторах составляют единицы кубических сантиметров на секунду, а время отбора одной пробы - от десятков часов до нескольких суток.для малых

размеров и концентраций аэрозоля.

; Таким образом, данный способ харак.теризуется недостаточной производительностью, а йаличие высоких температур не позволяет отбирать лёколетучие частицы (например, водяно туман, масляньй туман и т.п.).

Целью изобретения - повышение производительности способа и обеспечение возможности отбора легколетчих частиц.

Указанная цель достигается тем, что согласно, способу отбора проб из газового потока, включающему осаждению частиц на подложку, осаждение ; проводят в вакууме при 10-10 ммрт.ст. и скорости газового потока и частиц на входе в вакуумный объем, определяемой по формуле

см/с

где . Р - давление в вакуумном

обьеме;

f - плотность частиц, г/см R - средний размер частиц,мкм, Известно, что при разряжении газа инерционнность частиц-начинает . возрастать, что увеличивает их длину свободного пробега до остановки в газе. Экспериментально установлена зависимость между давлением и скоростью частиц в рабочем объеме, при которой происходит осаждение частиц размером R 50 А. Указанные предеы давлений охватывают диапазон, на нижнем пределе которого ( Юмм рт.ст.) могут осаждаться частицы А, на верхнем (10 мм рт.ст.) - 1-5 мкм, т.е. весь диапазон размеров высокоисперсных частиц. : .

На чертеже изображена схема установки для реализации предлагаемого способа.

Установка состоит из рабочего объема - вакуумной камеры 1, в кото- рой расположена подложка 2 - электрон, но-микроскопическая сеточка с отт-вестиями. Через капилляр 3 камера сообщается с формвакуумным насосом, а через капилляр 4 подается в камеру газовьй поток. Необходимое давление в камере 1 регулируется размерами капилляра 3, а Скорость частиц и газового потока на входе в камеру (на срезе выходного конца капилляра 4) размерами капилляра 4.

Примеры реализации способа.

Пример 1. Исследовались части цы размером от 10 А до 5 мкм. Дав-, ление в рабочем объеме УбОммрт.ст.скорость газового потока и частиц на выходе капилляра 4-100 м/с.

Плотная газовая среда не дает возможности частицам уйти с линии тока и они вместе с газовым потоком проходят через отверстия вокруг электронно-микроскопической сеточки, не попадая на нее.

31

П РИМ е р 2. Отбиралась проба частиц размером мкм. Давление в рабочем объеме 10 мм PT.CT.J скорость частиц и газового потока на выходе капилляра 4-120 м/с. В этих условиях частицы отклоняются от линии тока и по инерции достигают электронно-микроскопической сеточки и оседают на нее, а газовьй поток проходит через отверстия сеточки.

Необходимая площаДь образца (5) 1 время отбора 0,1 мин.

П р и м е р 3. Проба частиц размером R 0,5 мкм. Давление в рабочем объеме 1 мм рт.ст., скорость частиц 80 м/с. Необходимая площадь образца (5) 0,5 время отбора 0,5 мин.

П р и м е р 4. Проба частиц размером 20. А. Давление в рабочем объеме 10 мм PT.CT.J скорость частиц в рабочем объеме 140 м/с, площадь образца (5) 0,1 время отбора пробы 5 мин.

При более низких давлениях ( рт.ст.) резко падает производительность метода, так как ско45267 . 4

рость прокачки газа через капилляр необходимо уменьшить на порядок для поддержания низкого давления. Кроме того, при низких давлениях 5 аэрозольные частицы не успевают тор,мозиться около электронно-микроскрпической сеточки и пробивают ее насквозь.

Проведенные эксперименты показывают, что время отбора одной пробы предлагаемым способом при площади образца см составляет всего 0,1-5 мин. При этом расход газового потока равенл2 -10 см/с. 5 Характерные расходы в известных термопреципитаторах 1-1,5 см/с, площадь образца не менее 1 см . Чтобы получить достаточнук) информацию о частицах R/-50 А, нужно осадить 0 на такую поверхность 10 частиц, для чего потребуется 20-50 ч.

Таким образом, производительность предлагаемого способа по сравнению с известным увеличивается в сотни 51раз. Кроме того, нет необходимости в высоких температурах, что позволяет .использовать его для осаждения лег колетучих частиц.

СПОСОБ ОТБОРА ПРОБ ИЗ ГАЗОВОГО ПОТОКА, включаюпщй осаждение частиц на подложку, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности способа и обестечения возможности отбора легколетучих частиц, осаждение проводят в вакууме при 10-10 мм рт.ст. и скорости газового потока и частиц на входе в вакуумный объем, определяемой по формуле с/и/с где Р - давление в вакуумном объеме-, Р - плотность частиц, г/см; S R - средний размер частиц,мкм.