СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ В ВОЗДУХЕ, ВДЫХАЕМОМ ЧЕЛОВЕКОМ
METHOD FOR DETERMINING QUANTITY OF HARMFUL IMPURITIES IN AIR, INHALED BY HUMAN

Изобретение относится к производственной сфере народного хозяйства, в частности к области гигиены труда и производственной санитарии, и может быть использовано для количественной оценки вредных примесей в воздухе, вдыхаемом человеком.
В истории исследований, посвященных гигиене труда, известны два метода аспирации аэрозоля вредных примесей в воздухе при определении количества, вдыхаемого человеком: метод физиологической аспирации, использующий для засасывания воздуха дыхательный аппарат человека, и метод технической аспирации, в котором в качестве побудителя вакуума применяются устройства различного принципа действия (вакуумные бачки, электроаспираторы, аппараты искусственного дыхания и др.).
Метод физиологической аспирации в своих работах применяли Арнольдов В., Леманн К.Б. и Бурштейн А.И. Так А.И. Бурштейном (Бурштейн А.И. Методы исследования запыленности и задымленности воздуха [Текст] / А.И. Бурштейн - К.: Госмедиздат УССР, 1954. - 330 с.), был сконструирован прибор, конигравиметр, представляющий собой фильтродержатель, герметично вставленный в носовые отверстия человека. Следует отметить, что рассматриваемый метод представляет ценность по соображениям максимальной приближенности отбора проб аэрозоля по антропологическим и физиологическим параметрам к человеку. Однако методу физиологической аспирации присущи следующие недостатки:
- большое расстояние от заборного отверстия фильтродержателя до головы человека;
- невозможность применения плотных фильтров для улавливания тонкодисперсного аэрозоля в связи с неизбежным нарушением режима дыхания человека;
- нестабильность дыхания человека при проведении отбора проб;
- возможность нанесения вреда здоровью человека.
Метод технической аспирации вредных примесей в воздухе рабочей зоны как внутри помещений, так и вне их, лишен указанных недостатков. Известно множество приборов для санитарно-гигиенического анализа воздуха на производстве от портативных (носимых на человеке) до стационарных постов контроля (Зарипов Ш.Х. Математическое модели пробоотбора дисперсных воздушных загрязнений // Доклад на международной научной конференции по рациональным проблемам гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды 2-4 октября 2012 г., г. Казань). Все они отличаются друг от друга формой пробоотборника и устройством побудителя вакуума, а следовательно, при прочих равных условиях, обладают различными коэффициентами аспирации, отличающимися от коэффициентов аспирации аэрозоля человеком (Грин X., Лейн В. Аэрозоли - пыли, дымы и туманы [Текст]: [пер. с англ. под ред. Н.А. Фукса]. - Л.: Химия, 1969. - 428 с.; Фукс Н.А. Механика аэрозолей [Текст] / Н.А. Фукс. - М.: изд-во АН СССР, 1955. - 351 с.). В связи с этим для достоверной количественной оценки вдыхаемого человеком аэрозоля вредных примесей с помощью указанных пробоотборных приборов необходимо дополнительно определять дисперсный состав примесей и скорость воздушного потока, что является их существенным недостатком.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является «Способ и устройство отбора проб воздуха для последующего анализа газообразных и аэрозольных примесей», патент RU 2298776. Сущность данного способа заключается в анализе вредных примесей в воздухе в точке контроля, путем аспирации через пробоотборные средства, которые используют для отбора суммарного количества аэрозольного облака (пробоотборник с фильтром АФА 20), для определения его фракционно-дисперсного состава (импактор) и отбора его паровой составляющей (трубка, заполненная сорбирующим пары веществом). При этом отбор проб производится в стационарном (непрерывном) режиме аспирации с постоянной объемной скоростью до 150 л/мин. Полученные в ходе лабораторного анализа проб результаты по концентрации аэрозоля вредных примесей в воздухе и его фракционно-дисперсному составу позволяют оценить расчетным методом количество вредных примесей в воздухе, вдыхаемом человеком.
Недостатками данного способа как способа, с помощью которого возможно определять количество вредных примесей, вдыхаемых человеком из воздуха, являются:
- необходимость использования трех средств отбора проб в одной точке контроля;
- большое количество анализируемых проб;
- сложность расчета количества вредных примесей в воздухе, вдыхаемом человеком, в связи с зависимостью коэффициентов аспирации человека от скорости воздушного потока, дисперсности примесей в воздухе и минутного объема дыхания.
Задача предлагаемого способа заключается в уменьшении объема анализируемых проб при определении количества вредных примесей в воздухе, вдыхаемом человеком, выполняющим работу физической нагрузки средней степени тяжести, исключая учет фракционно-дисперсного состава аэрозоля.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения количества вредных примесей в воздухе, вдыхаемом человеком, включающем количественный анализ вредных примесей в воздухе путем аспирации через пробоотборные средства, количественную оценку вредных примесей в воздухе, вдыхаемом человеком в точке контроля, осуществляют с применением одного средства пробоотбора путем фильтрации воздуха в режиме прерывистой аспирации с длительностью непрерывной фильтрации 2,5 с и паузами 3,0 с через пробоотборную трубку с диаметром входного отверстия 1 см, закрепленную на боковой поверхности цилиндра диаметром и высотой 10 см, с минутным объемом отбора проб 3,85 л/мин.
Сущность предлагаемого способа определения количества вредных примесей в воздухе, вдыхаемом человеком, заключается в отборе проб аэрозоля вредных примесей путем прерывистой аспирации через фильтр пробоотборника, моделирующего аэродинамическое обтекание аэрозолем головы человека. Отбор проб проводят в прерывистом режиме, близком к режиму дыхания человека.
На фиг. 1 представлен пробоотборник, представляющий собой пробоотборную трубку 1 с диаметром входного отверстия 1 см, закрепленную входным отверстием вниз на боковой поверхности цилиндра 2 высотой 10 см и диаметром 10 см.
ч
п
ч
п
Для приведенного на фиг. 1 проботборника проведены исследования аспирации монодисперсного аэрозоля с аэродинамическим диаметром частиц от 3,5 до 80,0 мкм и скорости воздушного потока от 1 до 4 м/с. При этом аспирация аэрозоля осуществлялась в непрерывном режиме с объемной скоростью от 5 до 30 л/мин и в прерывистом режиме с минутным объемом аспирируемого воздуха 3,85±0,05 (л/мин). Результаты исследований зависимости степени моделирования дыхания человека, выполняющего работу физической нагрузки средней степени тяжести, т.е. отношения коэффициента аспирации человека к коэффициенту аспирации пробоотборника А/А, от режима пробоотбора представлены в таблице 1. Очевидно, что чем ближе среднее значение А/А к единице и коэффициент вариации данного параметра во всем диапазоне проведенных исследований наименьший, тем лучше данный режим аспирации моделирует дыхание человека.
Согласно представленным в таблице 1 данным прерывистый режим аспирации проб воздуха наиболее полно моделирует дыхание человека.
В предлагаемом способе отбор проб аэрозоля вредных примесей осуществляют в следующем режиме:
- режим аспирации - прерывистый;
- минутный объем аспирируемого воздуха - 3,85±0,05 (л/мин);
- время непрерывной фильтрации - 2,5 с;
- время паузы - 3,0 с.
ч
Количество вредных примесей m в воздухе, вдыхаемом человеком, выполняющим работу физической нагрузки средней степени тяжести, для аэрозоля с аэродинамическим диаметром частиц от 3,5 до 80,0 мкм и скорости воздушного потока от 1 до 4 м/с определяют по формуле
ч
ф
m=6,9 m,
ф
где m - масса вредных примесей в фильтре пробоотборника;
ч
п
6,9 - коэффициент, определенный из минутного объема дыхания человека, выполняющего работу физической нагрузки средней степени тяжести, и минутного объема аспирируемого через пробоотборник воздуха с учетом усредненного параметра А/А.
Заявленный способ позволяет определять количество вредных примесей в воздухе, вдыхаемом человеком, выполняющим работу физической нагрузки средней степени тяжести, по массе вредных примесей в одной пробе без необходимости определения фракционно-дисперсного состава аэрозоля, измерения скорости воздушного потока и учета коэффициентов аспирации для человека и пробоотборного средства.
На фиг. 2 представлена схема устройства, позволяющего реализовать предлагаемый способ. Решение заключается в аспирации воздуха через фильтр пробоотборника 3, представленного на фиг. 1, с помощью побудителя вакуума 5 любого типа, обладающего максимальной объемной скоростью прососа воздуха через фильтр не менее 10 л/мин. Прерывистый режим аспирации воздуха обеспечивается запорным устройством 4 и системой управления 6. В качестве запорного устройства может быть применен электромагнитный воздушный клапан. Условное проходное отверстие воздушного клапана должно обеспечивать расход воздуха через клапан и фильтр пробоотборника с объемной скоростью не менее 10 л/мин. Система управления представляет собой генератор прямоугольных импульсов сверхнизкой частоты порядка 0,2 Гц с устройством передачи управляющих сигналов к электромагнитной катушке запорного клапана. Генератор прямоугольных импульсов сверхнизкой частоты может быть создан по типовым схемам на логических элементах, счетчиках и таймерах, а также возможно использование циклических электронных реле времени и программируемых логических контроллеров.
Предполагаемый положительный эффект заявляемого способа заключается в достоверном определении количества вредных примесей в воздухе, вдыхаемом человеком, по результату анализа пробы одного пробоотборного средства в точке контроля без учета фракционно-дисперсного состава аэрозоля вредных примесей.