CC BY
6
В заключение приведем техническое описание подготовки к работе по методу «живых электродов». Два одинаковых электрода овальной формы (меньший диаметр — 4 см, больший — 6 см) приготовляются из толстого листового свинца и перегибаются по меньшему диаметру. К наружной части сгиба подпаиваются тонкие электрические провода, идущие от им-пульсаторов. Провода с электродами укрепляются на универсальном штативе.
Перед началом опыта кролика фиксируют в станке обычным способом. Затем протирают верхние трети ушей физиологическим раствором и обматывают марлей, также смоченной в таком растворе. Поверх марли каждое ухо зажимают свинцовым электродом, после чего с помощью универсального штатива подтягивают провода так, чтобы уши кролика находились в вертикальном положении, не провисая под тяжестью электродов. Поверх электрода и марлевой прокладки надевают резиновый колпачок (его удобно изготовить из большого пальца резиновой перчатки). Колпачок служит для предохранения прокладки от подсыхания и предохранения свинцовых электродов от возможных контактов. Закреплять колпачок удобно с помощью надрезанного вдоль кусочка резиновой трубки.
После этого приступают к определению порогов возбудимости по одной из возможных двигательных реакций (вздрагивание ушей или мускулатуры в области шеи, мигание). Исходные значения порога определяют с интервалом в 3—4 мин., до получения устойчивого фона: 5—6 близких по величине результатов. В ходе действия яда производят определения каждые 5 мин. Параллельно учитывают частоту дыхания кролика (визуально или на кимографе).
Пороги могут определяться при одной или нескольких длительностях импульсов. Последний вариант позволяет регистрировать изменение временной характеристики возбудительного процесса, что, однако, не приводило в наших опытах к существенному повышению чувствительности метода.
ЛИТЕРАТУРА
Люблина Е. И. В кн.: Сборник работ токсикологической лаборатории Ленин-градск. научно-исслед. ин-та гигиены труда и профессиональных заболеваний. Л., 1948, в. 5, с. 51. —С п е р а н с к и й С. В. В кн.: Промышленная токсикология и клиника профессиональных заболеваний химической этиологии. М., 1962, с. 63.— У ф л я н д Ю Н. Теория и практика хронаксиметрии. Л., 1938.
Поступила 30/XI 1971 г.
УДК в 15.47 1: [6 14.71$ + 613.6331-07
РЕГУЛИРУЕМЫЙ ОДНОКАСКАДНЫЙ ИМПАКЮР
Е. П. Вишневский (Ленинград)
Принцип работы. Среди множества известных методов определения дисперсного состава аэрозолей особое место занимают способы, основанные на инерционном осаждении частиц, которые позволяют получать надежные результаты с помощью достаточно простых средств. Для осаждения аэрозольных частиц при этом используется кинетическая энергия, приобретаемая ими в процессе движения совместно с потоком воздуха. Как показано на рис. 1, по выходе из канала частицы, обладая некоторой инерцией, смещаются с линий тока, стремясь сохранить прямолинейное движение, в результате чего они встречают на своем пути преграду и ударяются о нее.
Размер частиц, достигающих преграды, определяется плотностью, а также скоростью воздуха на выходе из канала (У0), диаметром последнего (Э) и отстоянием среза канала от преграды (Б).
Анализируя долю частиц, выведенных из потока данным образом при различных значениях D, V0 и S, можно определить дисперсный состав изучаемого аэрозоля.
Описание конструкции. Изложенный метод использован в конструкции большого числа известных инерционных осадителей, к которым относятся кониметры импакторы и импинжеры различного типа (К- Спурый и со-авт.). В отечественной практике применяют счетчики ударного действия ТВК-3, ОУЭНС-1, СН-2, а также пятикаскадные импакторы. Многокаскадные импакторы в последнее время получили наиболее широкое распространение, что обусловлено возможностью отбора аэрозольных частиц с различными интервалами размеров. Весьма удобным является также то, что фракционирование по 4—5 размерам производят с одной установки прибора. Однако серьезным недостатком многокаскадных импакторов является проскок частиц между каскадами, значительно влияющий на результаты исследований. Помимо того, при отсутствии достаточно чувствительных методов идентификации осаждаемых материалов определение относительно малых количеств, осаждаемых на последних ступенях, затруднено, поскольку общий объем пробы имеет ограничения по первым ступеням сепарации. При большом накоплении твердых частиц на подложке первых ступеней частицы начинают ударяться о ранее осевшие, отскакивают и уносятся на следующую ступень импактора, искажая результаты опыта. К недостаткам ряда известных конструкций многокаскадных импакторов следует отнести также подсосы воздуха через многочисленные уплотнения, что влияет на конечные результаты исследований.
В связи с изложенным при исследовании дисперсного состава аэрозолей в условиях, отмеченных определенной спецификой (низкие предельно допустимые концентрации, ограниченная чувствительность методов анализа, бимодельное и более сложные распределения), предпочтительным является использование однокаскадных инерционных осадителей (Kusnetz).
Нами разработан регулируемый однокаскадный импактор, схема ко-торог представлена на рис. 2. Круглое сечение сопл выбрано исходя из технологических соображений. При этом учитывалось, что, согласно исследованиям Ranz, с точки зрения способности производить фракционирование частиц ни щелевые, ни круглые сопла не имеют каких-либо преимуществ друг перед другом. Длина сопл рассчитана на выравнивание скоростей воздуха и взвешенных в нем частиц (Н. Е. Дейч).
Воздух под действием разрежения, создаваемого воздуходувкой, подключенной к импактору, входит в сопло, на конце которого предусмотрена конфузорная часть. По выходе из сопла на экране происходит осаждение достаточно крупных аэрозольных частиц. Воздух, содержащий более мелкие частицы, изменяет направление движения на 90° и через отверстие в приливе крышки выходит во внутреннюю полость корпуса, откуда удаляется вытяжной системой.
Расчет основных параметров. Регулируемыми параметрами импактора являются диаметр сопла (D), расстояние от среза его до поверхности экрана (S) и расход воздуха (Q). Выбор пределов регулирования произведен исходя из условия перекрытия всего интервала размеров частиц от 1 до 40 р.. Расчет выполнялся по методике Ranz Hofelt. Процесс инерционного взаимодействия характеризовался следующими параметрами:
Nd = (рДУ18iigDf'd,
*
I i
/
Рис. 1. Схема работы импактора.
Прямая линия — траектория частицы; пунктирная линия — линия тока воздуха.
Рис. 2. Конструктивная схема импактора.
1 — крышка; 2 — корпус; 3 — накидная гайка; 4 — латунный экран; 5 — гайка-барашек; 6 — гайка; 7 — контргайка; 8 — сменные сопла; 9 — прижимное кольцо; 10 — футорка; 11 — стаканчик.
Узе Л „А" Вариант//
где Nd — параметр инерции частиц; ре— плотность частиц; V0 — скорость двухфазного потока в сопле; \ig — кинематическая вязкость воздуха; D — диаметр сопла; d — диаметр частицы.
N« = 9pXD/pf^,
где Nst — поправка на отклонения от закона Стокса; ре — плотность воздуха
N =А 8 D '
где Ns — геометрический параметр.
Функциональная связь между параметрами определена Ranz и Hofelt и использовалась нами в виде полуэмпирических зависимостей (Davies и Ayl ward).
Усгпанойха экрана
при напылении г 3 4
4 " \ / /
.4aSop ша&/1оно6
3>
.пииор
]т
С помощью указанного метода нами выбраны следующие значения регулируемых величин:
D = 1,2, 1,5, 2, 3, 6 и 12 мм, S = 3, 4 и 6 мм, Q = 5, 10 и 20 л/мин.
Нижний предел диаметров сопл ограничен как по скорости истечения, так и по создаваемому при этом разрежению на выходе из сопла, которое может послужить причиной конденсации влаги на поверхности аэрозольных частиц (С. Л. Саркисов и соавт.). При высоких скоростях воздушного потока, согласно исследованиям Beadle, многие крупные частицы дробятся, что приводит к ложному увеличению количества частиц при подсчете. Верхний предел диаметров сопл также является ограниченным, поскольку при малых скоростях воздуха начинают ^превалировать гравитационные силы и эффект инерционного осаждения частиц перестает быть явно выраженным. Помимо того, с целью исключить возможность осаждения аэро-
74
31
зольных частиц на внутренних поверхностях корпуса импактора необходимо, чтобы соответствующее соотношение инерционных параметров в узле сопло-экран имело максимальное значение. Это учтено в конструкции описываемого прибора.
Расстояния S собирались исходя из практических возможностей достаточно точного их измерения по методу шаблонов. Увеличение соотношения S/D до значений, превышающих 2—2,5, как показывает расчет, не дает ощутимых изменений сепарируемого диаметра частиц.
Результаты расчета диаметра осаждаемых на экране с 50% эффективностью частиц, имеющих плотность, равную 1, при различных сочетаниях регулируемых параметров представлены в виде графиков на рис. 3. Следует указать, что, согласно специальным исследованиям Мегсег, эффективный отсекаемый диаметр (ЭОД) является наиболее надежной характеристикой фракционного состава аэрозоля, осаждаемого в импакторах, по сравнению, например, со среднегеометрическим диаметром (СГД).
Методика тарировки следующая. Фактическая характеристика импактора зависит от величины отклонений диаметра, перпендикулярности сопла относительно экрана и чистоты обработки поверхностей. В указанном выше интервале размеров наиболее приемлемым методом определения диаметра частиц, осевших на поверхности, является микроскопическое исследование. Так как [твердые частицы обычно имеют неправильную форму, калибровку следует производить по масляному аэрозолю, осаждаемому на стеклянных подложках, закрепляемых на экране. Учитывая растекание капель по поверхности стекла, нужно вводить соответствующие поправочные коэффициенты. В достаточной степени изучены краевые углы смачивания маслами стекол, покрытых стеаратом цинка (Н. А. Фукс). Однако зернистая структура стеарата цинка ухудшает видимость мелких капель. Значительная толщина покрытий заметно снижает светопрозрачность, а техника их нанесения не обеспечивает равномерности по толщине. За рубежом считают наиболее удачными покрытия жидкими органическими соединениями.
Весьма проста и эффективна методика микроскопического определения размера капель масляных туманов (3. М. Южный). Для покрытия стекол используют обычный технический диметилдихлорсилан (CH3)2SiCl2. Пленка, представляющая собой продукт полимеризации диметилдихлор-силана, является чрезвычайно тонкой и светопрозрачной. Диаметр капли по диаметру линзы, формируемой в процессе осаждения на покрытую пленкой поверхность, определяют с помощью формулы:
d' _ i / 4 sin3 а_
d ~ V 2 + cos3 а — 3cosa *
где d' — диаметр линзы; d — диаметр капли; a — краевой угол смачивания.
С достаточной для практических целей точностью отношение d'¡d для большинства масел может быть ринято равным 1,9.
По определяемому под микроскопом диаметру частиц, осаждаемых на подложке с 50% эффективностью при различных сочетаниях регулируемых параметров импактора, определяют соответствующие константы по формуле:
Рис. 3. Расчетная характеристика импактора.
1 — D= 1.2. S = 3; 2 — D = 1,S. S = 3; 3— D = 2, S = 4; 4 — D=3, S = 3; 5 — D = 6, S = 3; 6 — D = 6, S = 6; 7 — D —12, S = 6: 8 — D=12, S = 12.
А1 =Рм^м,,
где рм— плотность частиц калибровочного масляного аэрозоля; — диаметр осаждаемых на подложке частиц с 50% эффективностью.
По известным константам в процессе основных исследований производят пересчет на натуральный аэрозоль по формуле:
где р„ — плотность натурального аэрозоля.
Последнюю можно определить пикнометрическим (В. С. Раковский) или другими методами.
Более точная калибровка с учетом дисперсного состава исходного аэрозоля может быть выполнена по методу СоисЬшап с использованием 2 последовательно установленых импакторов.
Важным моментом методики работы с импактором является нанесение липких смазок на поверхность подложки. Этот вопрос подробно проанализировали РпсИагс! и соавт. Из доступных материалов следует считать приемлемым глицерин, а также 2% раствор пихтового бальзама в ксилоле. В качестве подложки можно использовать напыляемые пленки и аналитические аэрозольные фильтры АФА. Пленки напыляют обычным образом с помощью эжектора. Материалом для напыления служит раствор стирола в ацетоне.
На отобранную пробу напыляют второй слой пленки. Отобранные аэрозольные частицы оказываются как бы «замурованными» между 2 слоями тонкой пленки. Последняя отделяется от поверхности экрана за счет разницы коэффициентов температурного расширения материалов пленки и экрана путем его охлаждения. Пробы могут анализироваться как химическим, так и радиометрическим методом. При анализе фракционного состава аэрозоля долю дисперсной фазы крупнее определенного размера определяют по соотношению веса, активности или содержания иона исследуемого элемента путем сопоставления результатов анализа проб, собираемых на подложке импактора и абсолютном фильтре, устанавливаемом за ним. Полученные данные используют для построения интегральных кривых распределения.
При работе по описанному методу необходима предварительная откачка импактора. С этой целью перед началом работы входное отверстие сопла зажимают, после чего включают аспирационный прибор. Через 10 — 20 сек. после этого отверстие открывают и начинают отбор пробы. В противном случае вследствие малых скоростей в импакторе в момент включения возможно попадание крупных аэрозольных фракций на абсолютный фильтр, что существенным образом исказит получаемые результаты.
1. Разработанный прибор допускает широкую возможность исследования распределений веса, числа частиц, активности и различных химических элементов в аэрозольных системах с крупностью дисперсной фазы от 1 до 40 мк.
2. По сравнению с известными аналогичными разработками прибор наиболее полно охватывает весь диапазон исследуемых размеров частиц.
3. В отличие от многокаскадных импакторов точность метода повышается за счет исключения влияния проскоков между каскадами.
4. Прибор может быть использован при калибровке фотоэлектрических и других аэрозольных счетчиков, а также в системах селективного пробо-отбора с выделением вдыхаемых аэрозольных фракций.
Методы работы с импактором
Выводы
ЛИТЕРАТУРА
Дейч Н. Е. Газодинамика двухфазных сред, 1963. — Раковский В. С. Ме-таллокерамические твердые сплавы. М., 1945.— Ф у к с Н. А. Коллоидный ж., 1949, № 4, с. 280. — Ю ж н ы й 3. М. Там же, 1958, № 4, с. 507. —СпурыйК., Йех Ч., Седла ч е к Б. Аэрозоли. М., 1964. — Beadle D. G., J. Chem. Met Mining. Soc. South. Africa, 1959, v. 51, p. 265. — Couchman I. C„ Moseley H. M., Am. industr. Hyg. Ass. Quarterly. J., 1967, v. 28, p. 62. — D a v i e s C. N.. Aylward M., Proc. Physiol. Soc., 1951, № 648, p. 889. — К u s n e t z H., Air Sampling Instruments, 1962. — Mercer Т. Т., Am. industr. Hyg. Ass. Quarterly J., 1965, v. 26, p. 236. — P r i t-c h a r d W. I., S с h u m a n n С. E., QruberC. W., J. Air. Pollut. Control. Ass., 1967, v. 17, p. 305. — R a n z W. E. et al. Arch, industr. Hyg., 1942, v. 5, p. 462. — R a n z W. E., Hoiel t C., Industr. Eng. Chem., 1957, v. 2, p. 288.
Поступила 4/VIII 1971 r.
ОБЗОРЫ
УДК 614.72:661.9»
К ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ ОКИСЛОВ АЗОТА КАК АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ
Канд. биол. наук В. А. Попов Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Из многочисленных окислов азота имеют значение как атмосферные загрязнители лишь окись и двуокись азота. Основным источником их природного содержания в воздухе является разложение азотсодержащих веществ почвенными бактериями. При этом ежегодно во всем мире поступает в воздух около 50-107 т окиси азота, тогда как в результате деятельности человека — лишь 5-107 от окиси и двуокиси азота. Природное содержание двуокиси азота в атмосфере земли составляет 0,0018—0,009 мг/м3, окиси азота — в среднем 0,002 мг/м3; время жизни в атмосфере двуокиси азота должно составлять 3 дня, а окиси — 4 дня (Robinson и Robbins). Основным механизмом самоочищения атмосферы от окислов азота, по-видимому, служит фотохимическое окисление в присутствии углеводородов.
Сжигание топлива — главная причина загрязнения воздуха окислами азота. В 1968 г. сжигание угля, природного газа, нефти и бензина привело к выбросу в атмосферу США более 18 млн. от окислов азота при общем объеме их выброса с учетом других источников — 20,6 млн. от. Из 10 млн. от окислов азота, выделившихся от стационарных источников, 4 млн. от поступило от электростанций, 4,8 млн. от — от промышленных предприятий и остальные 1,2 млн. от — от местных котельных. Сжигание природного газа представлет собой наиболее крупный источник загрязнения. Доля транспорта в общем объеме выбросов составляет 8 млн. от, из них 7 млн. т приходится на автотранспорт. Поступление окислов азота в атмосферу от промышленных предприятий, не сжигающих топливо, мусоросжигательных заводов и некоторых других источников равно 2,5 млн. от в год. Удельный вес источников окислов азота, не относящихся к тем, которые сжигают топливо, весьма мал, что, однако, не исключает возможности интенсивного местного загрязнения атмосферного воздуха вблизи них; к
