Методи добору проб повітря

Добір проб повітря здійснюється в основному двома методами – аспіраційним (протягання повітря через поглинальні середовища) і одномоментним добором у судини обмеженої ємності.

Аспіраційний метод застосовується при відсутності високочутливого методу визначення досліджуваної речовини у відносно невеликих обсягах повітря. При цьому зазначена речовина попередня концентрується (накопичується) у рідкому чи твердому поглинальному середовищах.

Принцип методу полягає в протяганні визначеного об’єму повітря через поглинальні прилади з поглинаючою рідиною. Для наступного аналізу досліджуваної речовини через поглинальний прилад необхідно протягнути достатню для застосовуваних методів кількість повітря. Розрахунок оптимальної кількості повітря (V₀), необхідного для аналізу, здійснюється за формулою А. Г. Атласова

V₀ = a-V/C_:K-V₁,

де С– гранично припустима концентрація обумовленої речовини, мг/л; а – чутливість методу, мкг чи в; V – загальний обсяг поглинального розчину, мол; Vi – узятий для аналізу об’єм поглинального розчину, мол; К – коефіцієнт, що виражає частину (1/2, 1/3) гранично припустимій концентрації, що підлягає визначенню.

Необхідність введення коефіцієнта К обумовлюється наявністю в повітрі виробничих приміщень одночасно декількох хімічних речовин. При цьому гігієнічна оцінка повітряного середовища повинна проводитися з урахуванням формули А. Г. Аверьянова

З,/ПДК, + З₂/ПДК₂ +... С, /ПДКп < 1.

З цієї формули виходить, що сума відносин фактичного змісту речовин (С_ь Сг, С_п) до їхній гранично припустимих концентрацій не повинна перевищувати 1.

Присутність у повітрі декількох речовин робить необхідним визначення концентрації, значно менше ГДК - Коефіцієнт К допомагає установити потрібну кількість повітря і повинен бути приблизно зворотньопропорційним числу речовин, що знаходяться в повітрі (наприклад, при наявності трьох речовин /(К = 1/3).

Для забезпечення точності обчислення результатів аналізу об’єм відібраного повітря приводиться до нормальних (t=20°C, Р–101,31 кПа (760 мм рт. ст.)) умовам за формулою

V₀ = V_t-273-P/[(273 + 0 -101,31],

де V₀ – об’єм повітря при нормальних умовах, л; Vt – об’єм повітря, взятий для аналізу при даній температурі (t) і атмосферному тиску (Р); 273 – коефіцієнт розширення газів.

Установка для добору проб повітря зазначеним методом складається з трьох (побудник руху повітря, вимірник об’єму протягненого повітря, поглинальні середовища, укладені в поглинальні судини) чи з двох (якщо аспіратор обладнаний пристроєм, що вимірює об’єм протягненого повітря) ланок. Як побудник руху повітря при доборі проб повітря застосовують водяники і електроаспіратори, ежектори й інші апарати.

«Методичними вказівками по визначенню шкідливих речовин у повітрі» рекомендовані для добору проб повітря наступні аспіраційні прилади.

1. При роботі в приміщеннях з вибухонебезпечними умовами:
а) електроаспіратори моделі 822 Ленінградського об'єднання «Червоногвардієць», постачені витратомірами повітря, розрахованими на швидкість 0–1 і 0–20 л/хв; б) переносна ротаційна установка ПРУ-4 (випускається експериментальними майс­тернями Ленінградського НИИГТ і ПЗ); в) електроаспіраційні пристрої (насоси, пилососи) у комплекті з різними типами вимірників об’єму повітря, що протягається. Калібрування і перевірка витратомірів на швидкість 0–1 л/хв. виробляються капілярними чи пінними реометрами, на 0–20 л/хв. – за допомогою газових лічильників ГСБ-400, ГКФ та ін.

2. При роботі в приміщеннях з невибухонебезпечними умовами:
а) водяники аспіратори різної ємності (1–10 л), калібровані з точністю від 0,03 до 0,15 л; б) автоматичний ежектор, рудничний аспіратор типу АЭРА; в) ежектори, що працюють на стисненому повітрі під тиском 151,96–202,62 кПа (1,5–2 атм.).

Водяной аспіратор являє собою дві скляні чи металеві бачки сулії однакової ємності, з'єднані між собою гумовою трубкою по типу сполучених посудин. Максимальна швидкість протягання повітря, що може забезпечити такий аспіратор складає 1,5–2 л/хв.

Як вимірники об’єму протягненого повітря найбільше часто застосовуються рідинні реометри Харківської майстерні по виробництву медичної апаратури, сухі реометри типу ЗМ Ленінградського НІІГТ і ПЗ, газолічильник барабанний ГСБ-400.

Поглинальні чи розчинні матеріали, що служать для уловлювання досліджуваних речовин, поміщають у поглинальні прилади з алонжами. Останні повинні створювати найкращий контакт повітря, що протягається, з поглинальними матеріалами. У практиці санітарно-промислової хімії найбільше часто застосовуються прилади Петри, Полежаєва, Зайцева, з мікропористою пластинкою й ін. (рис. 29, а, б, в, г).

При доборі проб повітря аспіраційним методом підключають одночасно два чи три однотипних поглинальних прилади, з'єднаних послідовно. Поглинач з мікропористою пластинкою може приєднуватися самостійно (в однині).

Уловлювання пилу, димів, туманів з повітря досягається за допомогою різних фільтруючих волокнистих матеріалів, поміщених у алонжі чи фільтроутримувачах. Такі матеріали використовуються як синтетичні фільтри типу АФА (аналітичні аерозольні фільтри), гігроскопічна і скляна вата.

Одномоментний добір проб повітря в судини обмеженої ємності виробляється при наявності високочутливого методу виявлення, а також при короткочасних технологічних процесах.

Добір проб повітря в судини обмеженої ємності (сулії, газові піпетки, гумові камери) здійснюється протяганням через судину 10-кратного об’єму досліджуваного повітря; вливанням рідини, який перед добором проби наповняють ємність; заповненням судини за рахунок попереднього створення в ньому негативного тиску (вакууму).

Перший спосіб полягає в тому, що сулію чи піпетку приєднують до аспіратора і протягають 10-кратний об’єм повітря. При цьому у відкритий кінець судини повинно входити повітря з досліджуваної зони.

Для другого способу застосовують судини, заповнені чи водою, у випадку великої розчинності досліджуваної речовини, насиченим розчином натрію хлориду. Надходження досліджуваного повітря відбувається у вільний кінець судини в момент виливання рідини.

 

Рис. 2 – Поглинальні прилади:

a – Петри; б – Полежаєва; у – Зайцева; м – з мікропористою пластинкою.

І, нарешті, вакуумний спосіб добору проб є найбільш швидким і зручним. Він передбачає використання товстостінних сулій чи газових піпеток ємністю 1–2 л. Газові піпетки повинні закриватися герметично по обидва боки за допомогою затисків чи кранів, а сулії – добре підігнаною гумовою пробкою з вмонтованими в неї двома скляними трубками. Розрідження в судинах створюється до 6,7–13,3 кПа (50– 100 мм рт. ст.) за допомогою вакуумного насоса Комовского. Вимір ступеня розрідження виробляється відкритим чи закритим ртутним манометром.

При використанні відкритого манометра об’єм повітря, відібраного в судину при нормальних умовах (V₀), визначають за формулою

V₀ = V·273·Р/[273 + t)·101,31],

де V – ємність судини, л; Р – атмосферний тиск, показаний відкритим манометром, кПа; t – температура повітря в момент добору проби, °С.

У випадку застосування закритого манометра розрахунок об’єму повітря (V₀), відібраного при нормальних умовах з урахуванням залишкового тиску в судині (р), здійснюється за формулою

V₀ = V·273· (Р -р)/[273 +t)·101,31],

де Р – атмосферний тиск при видаленні повітря із судини, кПа;

t – температура повітря в момент видалення повітря із судини, °С.

Газові піпетки чи сулії з місця добору проб доставляються в лабораторію, де приєднуються до поглинальних судин, і хід дослідження продовжується аспіраціоним методом. Щоб виключити підсмоктування повітря з приміщення, вільний кінець судини опускають у ємність з насиченим розчином натрію хлориду. При цьому, в міру пропущення досліджуваного повітря через поглинальні прилади, газова піпетка заповнюється зазначеним розчином. Після завершення кількісного аналізу концентрацію досліджуваної речовини (у мг/м³ чи мг/л) обчислюють за формулою

X =а·b·1000/з·V₀,

де а – кількість речовини, знайдена в аналізованому об’ємі рідини, мг; у – об’єм рідини у всій пробі, мол; з – об’єм рідини, узятої для аналізу, мол; V₀ – об’єм повітря, відібраний для аналізу і приведений до нормальних умов, л.

Проби повітря, відібрані в рідкі поглинальні середовища, аналізуються безпосередньо, а проби, відібрані на тверді чи сорбенти в судини з обмеженою ємністю, попередньо переводяться в розчини. Для дослідження повітря виробничих підприємств використовують різні методи, що дозволяють визначити незначні концентрації шкідливих паро- і газообразних речовин.