CC BY
17
УДК 543.054
АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ПРОБОПОДГОТОВКИ ДЛЯ АНАЛИЗА ПРОБ НА НАЛИЧИЕ ОХВ
С.А. Гарелина
кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры механики и инженерной графики Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск E-mail: s.garelina@amchs.ru
К.П. Латышенко
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры механики и инженерной графики Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск E-mail: k.latyshenko@amchs.ru
A.A. Миронов
кандидат технических наук
И.А. Павлюченко
инженер АО «Мосводоканал»
Адрес: 141435, Московская обл., ул.Байкальская д.11
Аннотация. В статье разработан комплект автоматических устройств пробоподготовки, состоящий из унифицированных центробежных аппаратов и концентратора-выпаривателя. Приведена их конструкция и технические характеристики.
Ключевые слова: опасные химические вещества, автоматические устройства пробоподготовки, конструкция, технические характеристики.
Цитирование: Гарелина С.А., Латышенко К.П., Миронов A.A., Павлюченко И.А. Автоматические устройства пробоподготовки для анализа проб на наличие ОХВ // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2017. № 4 (35). С. 111-115.
По результатам оптимизации отдельных пробоподготовительных операций была выявлена возможность уменьшения времени обработки проб, совмещения и унификации указанных процессов и использования автоматических устройств для извлечения и концентрирования микропримесей в пробах. Блоки устройств должны быть легкосъёмными и взаимозаменяемыми и иметь возможность быть установленными на базовом унифицированном модуле, имеющем электропривод, электромеханические управляемые дозаторы и т.п. Составленный из отдельных 3-5 блоков автоматизированный модуль может служить приставкой к таким средствам измерений, как хроматограф, хромато-масс-спектрометр
и другие аналитические приборы при определённых видах анализа опасных химических веществ (далее - ОХВ) в пробах.
На основании универсальных алгоритмов и математического моделирования автоматического устройства пробоподготовки (далее - АУПП) разработана конструкция концентратора-выпаривателя. Благодаря малым габаритам и потребляемой электроэнергии, а также отсутствию стеклянных изделий и вакуумной системы с водопотреблением, концентратор-выпариватель можно использовать как в стационарных аналитических лабораториях, так и в полевых условиях [1].
На Рисунке 1 показана конструкция одно-модульного концентратора-выпаривателя.
201Г4(35)
Рисунок 1 Конструкция одномодульного концентратора-выпаривателя: 1 основание; 2 испарительная чаша; 3 нагреватель; 4 сменный сборник концентрата; 5 датчик уровня концентрата; 6 прижимной механизм; 7 тепловентелятор; 8 воздухораспределитель; 9 поддон; 10 сменная чаша; 11 прозрачный бюкс
Концентратор-выпариватель содержит се-парационный модуль, коаксиально закрепленный в корпусе, блок управления и термоета-тирования, при этом экстракционный и сена-рационный модули установлены в корпусе подвижно на опорах параллельно в вертикальной плоскости. Экстракционный модуль изготовлен в виде кольцевого штатива с гнёздами для сменных стаканов и снабжён сменным сборником экстракта и кольцевой камерой со сливным штуцером, сменные стаканы изготовлены с сенарационной крышкой, причём групповой электропривод обеспечивает вращательно-колебательное движение штатива в режиме экстракции и вращательное движение ротора в режиме сепарации.
Вращение жидкости нагретым воздухом облегчает условия её испарения и исключает осаждение микропримееей на внутренней поверхности испарительной чаши. Использование одновременно нескольких чаш (4 или 6) позволяет эффективно использовать нагре-
тый воздух от тепловентилятора без увеличения его мощности, что увеличивает производительность.
За счёт подогрева испарительной ёмкости и использования центробежных сил, накладываемых в камере испарения на нагретый воздушный ноток, обеспечивающий турбули-зацию над испаряемой поверхностью, удалось интенсифицировать процесс испарения. Фотодатчик с системой регулирования и сменный легкоеьёмный сборник концентрата позволяют в автоматическом режиме получить заданный объём концентрата с погрешностью не более 0,1%.
На Рисунке 2 показана конструкция двух-модульного экстрактора-сепаратора с параллельным размещением экстракционного и се-парационного блоков, вариант со сменными сборниками экстракта [2|.
На Рисунке 3 показан внешний вид автоматизированных устройств подготовки проб к анализу АУПП [3, 4].
Гарелина С.А., Латышснко К.П., Миронов А.А., Павлючснко И.А.
Рисунок 2 Конструкция двухмодульного экстрактора-сепаратора с параллельным размещением экстракционншх) и еепарационнш'о блоков: 1 корпус; 2 экстракционный модуль в виде подвижно закрепленншх) кольцевого штатива; 3 сенарационный модуль; 4 крышка
экстракционншх) модуля; 5 крышка сенарационншх) модуля; 6 сменный стакан; 7 еепарационная крышка; 8 ось; 9 подшипниковый узел; 10 колебательный механизм; 11 переключающая муфта; 12 полый вращающейся цилиндрический ротор; 13 вал; 14 подшипниковый узел; 15 невращающаяся кольцевая камера (коллектор); 16 сливной штуцер; 17 сменный сборник экстракта; 18 тепловентилятор
Рисунок 3 Внешний вид АУПП к анализу АУПП: а жидкостной экстрактор-сепаратор; б жидкостной экстрактор-сепаратор для твердых проб; в концентратор-выпариватель
2017'4(35)
Таблица 1 - Основные технические характеристики малогабаритных АУПП; *в скобках приведено наименование характеристики для концентратора-выпаривателя
Наименование характеристики * Жидкостной экстрактор-сепаратор Жидкостной экстрактор-сепаратор для твёрдых проб Концентратор-выпариватель
Габаритные размеры, не более, мм 270x240x370 310x280x350 300x210x340
Потребляемая мощность, не более, Вт 50 50 150 - 250
Напряжение питания, В 220 220 220
Время экстрагирования (выпаривания) рекомендуемое, использование таймера, мин 5 5 (3-5)
Температура экстрагирования (выпаривания), °С 20 - 24 20 - 24 (60)
Объём отбираемого экстракта (концентрата), мл 10 - 200 10 - 200 (0,1 - 0,5)
Объём обрабатываемых проб (экстрактов) 5 - 300 мл 10 - 200 мг (5 - 50 мл)
Коэффициент извлечения И (концентрирования I) до 95 % до 95 % (50 - 500 раз)
Число оборотов шнека, об/мин 0 - 1200 _ _
Число оборотов экстракционного стакана в режиме сепарации, об/мин до 250 до 250 _
Таблица 2 - Результаты сравнительной оценки пробоподготовки, проводимой с использованием предлагаемого алгоритма и разработанных АУПП, с прототипами и ручным способом
Наименование характеристики Ручной способ Существующие устройства Разработанные АУПП
Коэффициент извлечения И, % до 70 до 80 до 95
Время пробоподготовки ^ мин 10-15 5-7 3-5
Погрешность, % до 35 до 5 до 2
В настоящее время авторы работают над разработкой новых малогабаритных АУПП, реализующих алгоритм пробоподготовки проб грунта.
Выводы
1. Разработаны конструкция и изготовлены три типа АУПП.
2. Экспериментально определены технические характеристики АУПП.
3. В результате совершенствования и автоматизации пробоподготовки достигнуто уменьшение времени обработки пробы при стабилизации и повторяемости результатов с заданной погрешностью и возможностью использования разработанных АУПП в составе мобильных комплексов для мониторинга и контроля ЧС.
Литература
1. Патент РФ на изобретение № 2275243 «Концентратор-выпариватель» / С.Н. Гришин, Д.В. Сорвин, А.А.Миронов, В.А. Пашинин. Публикация патента: 27.07.2005
2. Патент РФ на изобретение № 2275225 «Экстрактор-сепаратор» / С.Н. Гришин, Д.В. Сорвин, A.A. Миронов, В.А. Пашинин. Публикация патента: 27.04.2006
Гарелина С.А., Латышенко К.П., Миронов A.A., Павлюченко И.А.
3. Проведение подготовки проб компонентов природной среды для определения опасных химических веществ / C.B. Новиков, A.A. Миронов / Сб. тр. н. конф. «Экологические проблемы при эксплуатации, хранении и утилизации В и ВТ» - М.: ЭЦ МО РФ, 2007. - С. 87.
4. Методические указания к лабораторной работе «Автономная машина подготовки проб АМПП» / В.А. Пашинин, A.A. Миронов и др. - М.: ВУ РХБЗ, 2000. - С. 89.
AUTOMATIC SAMPLE PREPARATION DEVICES FOR THE ANALYSIS OF SAMPLES FOR THE PRESENCE OF HAZARDOUS CHEMICAL
Svetlana GARELINA
Candidate of technical sciences, senior lecturer of the Department of Mechanics and Engineering Graphics, Faculty of Engineering, Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk E-mail: s.garelina@amchs.ru
Konstantin LATYSHENKO
Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Mechanics and Engineering Graphics, Faculty of Engineering, Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk E-mail: k.latvshenko@amchs.ru
Andrei MIRONOV
Candidate of Technical Sciences
Ivan PAVLYUCHENKO
Engineer of the JSC «Mosvodokanal» Address: 141435, Moscow Region
Abstract. It has been developed the set of automatic sample preparation devices for the analysis of samples consisting of unified centrifugal apparatuses and the concentrator-evaporator. Their design and technical characteristics are given.
Keywords: storage of data, model of data, measurements, facts.
Citation: Garelina S.A., Latyshenko K.P., Mironov A.A., Pavlyuchenko I.A. (2017) . [Automatic sample preparation devices for the analysis of samples for the presence of hazardous chemical]. Scientific and educational problems of civil protection, no. 4(35), pp.111-115 (in Russian).
