Устройство для отбора проб газа из полостей в грунте

Область техники.
Полезная модель относится к области естественных наук и наук о Земле, а именно к способам извлечение проб газа из биогенных и техногенных полостей в почве и рыхлом грунте в рамках биологических или экологических полевых изысканий.
Уровень техники.
Из уровня техники известны различные устройства для отбора проб газа из полостей грунта (http://lantor,ru/catalog2/1180.htm, RU 131872).
В качестве прототипа полезной модели может быть приведен пробоотборник для газа и жидкости AMS Retract-A-Tip (AMS Inc., USA; https://envcoglobal.com/catalog/soil/soil-gas-sampling/reusable-soil-gas-samplers/ams-retract-tip), предназначенный для отбора проб газа на глубине до 25 см. Однако приведенный прототип может быть использован только совместно с оборудованием предоставляющим доступ в полости почвы, а также является композитным (сборным), что увеличивает вероятность поломки в процессе эксплуатации. Полезная модель, в свою очередь, имеет прочный монолитный стальной корпус, позволяющий использовать данное устройство как для получения доступа к биогенным полостям (до 30 см глубины), так и непосредственно для отбора проб газа. Дополнительное оборудование (молоток или кувалда) необходимы только для работы с грунтами высокой плотности, и могут быть легко заменены на подручные средства, использование которых позволяет конструкция полезной модели. Полезная модель, как и ее прототип, совместима с популярными механическими и электронными системами подачи проб газа (насосы и контейнеры).
Раскрытие полезной модели.
Задача полезной модели - создание методики простого и быстрого отбора проб газа из полостей неглубокого залегания в почве и грунте.
Технический результат модели - снижение контаминации газа внутренних полостей почвы и грунта при пробоотборе, а также увеличение потенциального количества проб в сериях, вследствие сокращения трудозатрат.
Задача решается тем, что устройство для отбора проб газа из полостей в грунте содержит пробоотборник и фильтр, при этом корпус проботборника выполнен в виде металлического полого стержня с глухим заостренным концом для введения его в грунт, и открытым концом, при этом в корпусе выполнены газозаборные продольные прорези, а на открытом конце корпуса герметично установлена одним своим концом силиконовая трубка, другой конец которой выполнен с возможностью соединения со средством подачи газа, при этом в стенке силиконовой трубки выполнено отверстие, в котором герметично установлен упомянутый фильтр, выполненный с возможностью соединения с пробозаборной емкостью.
В частном случае осуществления полезной модели открытый конец стержня, соединенный с трубкой, может быть выполнен расширенным, а сам стержень может быть выполнен стальным.
Обтекаемая форма и заостренный конец корпуса в виде стержня позволяют избежать дополнительных нарушений грунта, что препятствует поступлению атмосферного воздуха в полости почвы или грунта, снижая контаминацию.
Газозаборные прорези, расположенные в полостях, соосных с конструкцией полезной модели, т.е. выполненные продольными, предотвращают загрязнение пробоотбоника, так как самоочищаются в процессе прохождения через толщу грунта.
Силиконовая трубка, являясь основным средством подачи газа при пробоотборе, позволяет использовать полезную модель совместно с различными популярными механическими и электрическими средствами подачи газа (газовыми контейнерами, насосами и шприцами), а также является износостойкой в процессе эксплуатации.
Фильтр, например, мембранный фильтр, устанавливаемый на конец силиконовой трубки, соединенный с пробоотборным контейнером, эффективно улавливает возможные природные загрязнения газовой пробы (частицы пыли или ила, микроорганизмы), способствуя высокой чистоте природной пробы газа, а также является легко заменяемым элементом.
Расширенный открытый конец стержня дополнительно позволяет использовать легкодоступное (не специальное) дополнительное оборудование (молоток или кувалда) или же другие подручные средства для прохождения через плотные или вязкие грунты.
Краткое описание чертежей.
Фигура 1 - вид сбоку полезной модели, с увеличенными фрагментами.
Фигура 2 - отображает пример применения полезной модели.
Осуществление полезной модели.
Заявленная полезная модель реализована в двух экземплярах в рамках подготовки к проведению полевых почвенно-экологических изысканий на базе ФГБУН ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН.
Корпус изделия изготовлен из заостренного полого стального стержня 1, в качестве газопроводной трубки 2 использована трубка внешним диаметром 4 мм и внутренним диаметром 1,5 мм. В качестве фильтра 3 был использован стандартный микрофильтр, используемый в системах медицинских капельниц. Продольные газоотводные прорези 4 в корпусе стержня 1 выполнены с использованием ручной микродрели и алмазного диска. Герметизация внутреннего пространства (зазор) между стальным стержнем 1 и силиконовой трубкой 2 осуществлена посредством заполнения зазора силиконовым герметиком с целью исключения контакта газовой почвенной пробы с атмосферным воздухом.
Корпус пластикового фильтра 3 позволяет присоединять к изделию оборудование для отбора и хранения газовых проб, в частности, медицинских шприцев объемом 50 мл с Т-образным вентилем.
Перед полевой работой полезная модель не требует специальной подготовки. Стальной стержень 1 в полевых условиях располагается под любым удобным для пользователя углом к поверхности почвы или грунта над исследуемой полостью. Это не сказывается на качестве отбора проб.
Вначале усилиями человека, при помощи рук или ног, заостренный стержень 1 вводится в толщу почвы или грунта на необходимую глубину (так, чтобы газозаборные отверстия вышли из толщи почвы или грунта в исследуемую полость (Фигура 2). Таким образом, максимальная рабочая глубина с использованием данного изделия составляет порядка 60-65 см. При необходимости (например, в случае повышенной плотности или твердости почвы или грунта), с целью введения изделия в почву или грунт, можно использовать простые инструменты (например, молоток или кувалду), а также подручные средства (тяжелую палку, камень и тд).
Отбор проб газа производился при соединении трубки 2 с медицинским шприцем пластиковым, объемом 20 мл (Шприцы с соединением Луер / Luer), совмещенным с трехканальным краном (Кран трехходовой запорный СК-FLEX (СК-ФЛЕКС)), то есть при помощи оборудования, используемого в инфузионной терапии. Все соединения, используемые для присоединения газоотборного оборудования к конструкции полезной модели, таким образом, стандартизированы (тип соединения Луер/Luer).
Также возможно использование различных фильтрующих мембран, представленных на рынке (5.0 мкм, 3.0 мкм, 2.0 мкм, 1.2 мкм и 0.2 мкм). Более тонкая мембрана замедляет ток газа, однако способствует лучшей очистке газовой пробы. Однако мембрана 5.0 мкм медленнее забивается, и может быть использована при отборе большего числа проб.
Вместо шприца, для отбора и хранения проб газа можно использовать специальные пакеты (например https://www.chemical.ru/catalog/equipment/ustroystva_dlya_otbora_prob_vozduha/probootbornye_pakety_dlya_gazov/), а также любые другие насосы и оборудование, совместимое с соединением типа Луер/Luer Слип.