Лекція 7. Технічні засоби контролю стану повітряного середовища (2 год)

3. Прилади і засоби відбору проб повітря, пилу, аерозолів

Відбір проб повітря є найбільш важкою операцією, адже це вимагає застосування спеціальних приладів (іноді досить складної конструкції), поглинального розчину, а також різного призначення технічних засобів (насоси, витратоміри повітря, інше).

Використовують два методи відбору проб повітря: аспіраційний і відбір проб у різні ємності. Для відбору проб повітря найчастіше застосовують аспіраційний метод, що являє собою протягування забрудненого повітря на місці визначення через спеціальний поглинальний розчин або тверду речовину. Ці речовини здатні поглинати забруднення, зокрема, протягування через рідину називається барботуванням. Ці поглиначі завжди знаходяться, в так званому, поглинальному посуді різної форми, конструкції, зокрема рідинні поглинальні склянки мають U-подібну форму. Через системи трубок цей посуд під’єднується спочатку до приладу, що вимірює витрату повітря (л/с або м³/с), а потім до збуджувача повітря (насоса), який протягує це повітря.

Останнім часом застосовують так звані аспіратори, які працюючи від джерела живлення, одночасно являють собою і насос та витратомір повітря. Аспірація через рідину найбільш поширений спосіб. Швидкість такого пробовідбору до 30-50 л/хв.. Цей метод відрізняється відносною простотою і економічністю, а також можливістю послідуючого дослідження невідомого компоненту в лабораторних умовах. Але є і недоліки:

- низький коефіцієнт концентрування забруднень в поглинальному розчині;

- неможливість отримання представницької проби при наявності в повітрі одночасно кількох забруднюючих речовин.

Крім того, при відборі проб великих об’ємів повітря для аналізу слідів супертоксикантів суттєво зростає систематична похибка, яка пов’язана із випаровуванням поглинального розчину або в результаті втрати забруднюючих речовин внаслідок великих швидкостей аспірації. Для зниження цих похибок застосовують спеціальні розчинники. Оскільки в повітрі промислових районів міститься кілька сотень різних сполук та ще й у різних агрегатних станах, то універсального пробовідбору не існує.

Електроаспіратор. Цей прилад призначений для протягування повітря через поглинальні речовини (для аспірації). Прилад складається з електричного насоса, що втягує повітря, чотирьох реометрів, які являють собою скляні трубки – ротаметри, які розградуйовані на швидкість повітря, всередині мають легкі поплавки, які здатні підніматися під тиском протягуючого повітря на певну висоту. Перші два призначені для вимірювання швидкості повітря в межах від 1 до 20 л/хв., а інші два – в межах від 0,1 до 1 л/хв. У нижній частині ротаметри сполучені із штуцерами, що виходять на передню панель приладу, до яких приєднуються гумовими трубками поглинальні прилади. Одночасно можна поєднати чотири прилади, а отже, відбирати чотири проби повітря одночасно. У верхній частині ротаметрів є вентилі, якими можна регулювати швидкість відбору проб повітря.

Принцип дії приладу полягає в тому, що обертання ротора насоса створює розрідження, внаслідок чого засмоктується повітря через нижні штуцери.

Реометри. Служать для визначення обсягу повітря, відібраного для аналізу. Вони бувають рідинні і сухі. Рідинні реометри (на рис.) слугують для встановлення швидкості руху повітря при відборі проб. Це U–подібні скляні трубки з двома розширеннями в лівій частині трубки внизу і в правій частині зверху. Її верхні коліна сполучені з горизонтальною трубкою, яка має посередині перегородку з отвором, яка називається діафрагмою. U–подібна трубка заповнюється до відмітки «0» на шкалі приладу очищеним газом, густиною 0,82-0,83 г/см³ , або підфарбованою дистильованою водою. Швидкість протягнутого повітря реєструється рівнем рідини в правій частині трубки, на якій є шкала. Повітря, проходячи по горизонтальній трубці, зустрічає на своєму шляху перешкоду у вигляді діафрагми. У результаті цього в лівому коліні трубки створюється підвищений тиск. За діафрагмою повітря має більш низький тиск, тому в лівому коліні рівень газу знижується, а в правому – підвищується. Зі зміною швидкості руху повітря буде змінюватися різниця рівнів газу в обох колінах. Реометр прикріплюють до штатива зі шкалою, калібрування якої здійснюється за допомогою газових годинників і аспіратора. Оцінки на шкалі показують швидкість руху повітря в літрах за хвилину.

Пилосос. Часто для відбору проб повітря використовують пилосос. З його середини видаляють внутрішній мішок для збору пилу і на всмоктуючий отвір вставляють гумову трубку з прорізаним отвором для встановлення трубки, на яку надівається гумовий шланг з реометром. До реометра під’єднується з іншого боку поглинальний прилад. Швидкість протягування повітря можна регулювати затискачем, який встановлюється на шланг. Найчастіше пилосос застосовують для відбору проб повітря на вміст пилу.

Автомобільний аспіратор конструкції Качора. Автомобільний аспіратор встановлюється на виносному штативі з навітряної сторони на висоті 1,5 м від поверхні землі. Насадка аспіратора обов’язково повинна бути направлена в бік набігаючого потоку повітря. Якщо в якості повітряного насоса брати двигун автомобіля, необхідно виключити попадання вихлопних газів на фільтр або інший поглинальний пристрій.

Відбір проб повітря в посудини Використання цього способу зумовлено значною агресивністю хімічних речовин, які вловлюють з повітря поглинальні пристрої. Проби повітря відбирають у посудини в тих випадках, коли метод аналізу дозволяє обмежитися невеликими обсягами.

Відбір проб повітря обмінним способом. Метод застосовується в тих випадках, коли обумовлена речовина не може бути введена в зіткнення з рідиною. При цьому через бутиль або газову піпетку продувають зі швидкістю не менш 2 л/хв 10-кратний об'єм досліджуваного повітря.

Вакуумний спосіб відбору проб є швидким і зручним. Використовують товстостінні бутилі, що закриваються герметично каучуковою пробкою, у яку вставляють скляну трубку, постачену краном, чи закриту гумову трубку з затискачем. Для створення розрідження застосовують насос. У посудинах, призначених для відбору проб, створюється розрідження, рівне 600-700 мм рт. ст., що встановлюється за манометром або вакуумметром. У місці відбору проби посудину відкривають: у силу різниці тисків він заповнюється повітрям, яке необхідно дослідити. Після відбору проб посудини герметично закривають.

Відбір проб повітря в гумові камери. Проби повітря можна відбирати у футбольні камери, гумові мішки і т.д. Варто враховувати, що в цих випадках відібране для дослідження повітря не повинне довгостроково зберігатися, тому що через стінки гумових камер може проходити вуглекислий газ, який спотворює склад відібраного повітря.

Технічні засоби контролю забруднень (ТЗКЗ) атмосфери також традиційно поділяють за ступенем їх автоматизації на:  автоматичні газоаналізатори і (або) сигналізатори і неавтоматизовані прилади (ручні експресні газоаналізатори тощо). Більшість неавтоматичних газоаналізаторів працюють на основі індикаторних трубок, напівкількісних експрес-тестів, індикаторних білетів, проб, папірців, плівок. Ці засоби більш доступні для громадського користування, адже вони дешеві і прості. Професійно вони використовуються для польового контролю «на місці» для попередніх виявлень забруднення довкілля. Поступово неавтоматичні газоаналізатори витісняються автоматичними.

Аналізатори повітря в основному орієнтовані на контроль оксиду Сульфуру, оксиду Нітрогену, Меркурію, Озону, а також гідрогенсульфуру, амоніаку, вуглеводнів, пилу тощо. Крім цього, в дану групу входять засоби, які фіксують метеопараметри (температуру повітря, швидкість і напрям вітру, тиск, вологість).

Універсальний газоаналізатор УГ-2. призначений для вимірювання концентрацій шкідливих газів (парів) у повітрі робочої зони виробничих приміщень. Принцип вимірювання – колористичний. Він ґрунтується на тому, що через спеціально виготовлені індикаторні трубки протягують певні об’єми забрудненого повітря, газів або парів. Висота забарвленого індикаторного порошку прирівнюється з еталоном, за яким визначається концентрація забруднюючих речовин у мг/м³. Газоаналізатор універсальний призначений для експрес-аналізу повітря, в якому присутні гази СО, СО2, NО2, Н2S, Сl2, СН4, С2Н5ОН, і органічні похідні бензену (толуол, ксилол).

Також використовують Автоматичні газоаналізатори різних моделей: ГМК-3, ГКП-1, 667ФФ, 645ХЛ, 652ХЛ, 623НН, «Оkоmeter», проте вони здебільшого орієнтовані на визначення концентрації одної сполуки (SO₂, NO_x, вуглеводнів, озону і т.п.)