Миниаспиратор для определения различных аналитов в воздухе
MINIASPIRATOR FOR DETERMINATION OF DIFFERENT ANALYTES IN AIR

Изобретение относится к системам контроля воздуха с использованием химических способов, преимущественно с использованием индикаторных трубок (ИТ), заполненных химическим индикатором, размещаемых в едином с побудителем расхода воздуха корпусе, и может быть использовано при исследованиях воздуха на рабочих местах, при контроле за выбросами химических производств в окружающую среду.
Перед авторами стояла задача - разработать такого типа миниаспиратор для определения различных аналитов в воздухе, позволяющий оперативно исследовать газовую смесь в широком диапазоне концентраций с использованием ИТ, заполненных различным индикаторным составом.
При просмотре научно-технической и патентной информации были выявлены аналоги.
Известно устройство для определения вредных веществ в воздухе, содержащий побудитель расхода воздуха, обеспечивающий процесс концентрирования вредных веществ на твердых носителях [Пат. RU 2539867, 2015, Бюл. №17, G01N 31/22].
Недостатком данного устройства является сложность изготовления и относительно большие габаритные размеры.
th
Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является автоматический насос  X-act 5000, предназначенный для работы с фирменными трубками  для измерений концентраций вредных веществ в воздухе по заданию блока программного управления, который задает время пропускания через ИТ необходимый объем анализируемой среды. Концентрацию вредных веществ в воздухе определяют по длине окрашенной зоны индикаторной трубки ( & CMS-Handbook. 16 Ed.: Soil, water, and air investigations as well as technical gas analysis, , 2011 P. 27-30. - прототип).
Недостатками данного прибора являются относительно низкая транспортабельность из-за большой массы прибора 1.6 кг (без учета блока питания), применяется только с ИТ фирмы , что ограничивает его применение.
Технический результат изобретения - повышение оперативности с одновременным расширением арсенала технических средств определения различных аналитов в воздухе.
Указанный технический результат достигается тем, что в миниаспираторе для определения различных аналитов в воздухе, содержащем установленный в корпусе блок энергопитания насоса, штуцер для установки индикаторной трубки и штуцер выхлопа прошедшего через индикаторную трубку воздуха, согласно изобретению, корпус выполнен в виде минимально допустимого размера жесткого короба со съемной крышкой, в качестве насоса использован размещенный в корпусе вакуумный микронасос, подключенный к блоку энергопитания через нормально открытый контакт, дополнительно содержит задатчик отрезка времени прокачки воздуха через индикаторную трубку, планшет с базой градуировочных графиков для определения различных аналитов в воздухе, футляр для индикаторных трубок, резак для вскрытия индикаторных трубок, при этом на наружной стороне съемной крышки выполнены прорези для тумблера переключения нормально открытого контакта цепи питания вакуумного микронасоса, индикатора работы вакуумного микронасоса, тумблера задатчика отрезка времени прокачки, и углубление для размещения планшета.
На фиг. 1а представлен общий внешний вид миниаспиратора для определения различных аналитов в воздухе;
фиг. 1б - торцевая задняя стенка корпуса;
фиг. 2 - блок-схема миниаспиратора для определения различных аналитов в воздухе (внутри корпуса);
фиг. 3 - планшет с базой градуировочных графиков для определения различных аналитов в воздухе;
фиг. 4 - один из градуировочных графиков зависимости длины окрашенной зоны ИТ от массовой концентрации аналита в воздухе (определение 1,1-диметилгидразина в воздухе).
Миниаспиратор для определения различных аналитов в воздухе содержит (фиг. 1) жесткий корпус 1, представляющий собой короб, из ударопрочного пластика с минимально допустимыми габаритными размерами не более 100×70×50 мм и массой не более 0,3 кг, которые зависят от функциональных узлов, размещенных в корпусе 1. Корпус 1 имеет съемную крышку 2 (соединены между собой любым известным способом с возможностью удерживания крышки 2 в вертикальном положении), в которой выполнена прорезь для тумблера 3 задатчика 18 (фиг. 2) отрезка времени прокачки. Шильдик 4 с названием миниаспиратора закреплен на лицевой панели крышки 2. По центру крышки 2 имеется углубление 5 для планшета с градуировочными графиками, отверстие с резиновым уплотнением (штуцер) 6 для установки ИТ, прорезь для светового сигнализатора 7 (синий светодиод) работы микронасоса 16 (фиг. 2).
На передней торцевой стенке корпуса 1 выполнены прорези для тумблера 8 переключения нормально-открытого контакта цепи питания миниаспиратора и для светового сигнализатора 9 (желтый светодиод), фиксирующего подачу питания на задатчик 18 отрезка времени прокачки воздуха и на микронасос 16 (фиг. 2).
На правой боковой стенке корпуса 1 выполнен штуцер 10 выхлопа прошедшего через ИТ воздуха (фиг. 1).
На задней стенке корпуса 1 (фиг. 1б) жестко закреплен резак 11 для вскрытия запаянных концов ИТ, представляющий собой тонкую металлическую пластину, в центре которой имеется отверстие с диаметром не менее 3 мм; прорези под разъем 12 (фиг. 2) microUSB (http://www.chipdip.ru/catalog/popular-usb-razyom; дата обращения 05.04.19 г.) для зарядки блока 17 энергопитания (стандартного аккумулятора) и для световых сигнализаторов 13 - красный и зеленый светодиоды, дающие информацию о зарядке или ее отсутствии. На этой же стенке корпуса 1 закреплен футляр 14 в виде сумки с застежкой для ИТ. Корпус 1 имеет четыре антивибрационные ножки 15 (вариант - резиновые).
В корпусе 1 размещены функциональные узлы (фиг. 2): вакуумный микронасос 16, блок энергопитания 17 (аккумулятор). Зарядка аккумулятора осуществляется с помощью сетевого зарядного устройства (не показано) от стандартного источника напряжения электрической сети 220 В ± 10% через разъем 12. Перед началом работы миниаспиратора (до переключения тумблера 8) задают отрезок времени прокачки воздуха через ИТ тумблером 3 (эквивалент задатчика времени работы бытовых электрических приборов - микроволновая печь, стиральная машинка и т.д.) на крышке 2 задатчика 18 (фиг. 2), размещенного в корпусе 1. Для поддержания постоянства величины напряжения в цепи питания миниаспиратор содержит стабилизатор 19 напряжения. Выставив время прокачки воздуха через ИТ тумблером 3, включают тумблер 8 (загорается сигнализатор 9 (желтый светодиод) на передней стенке корпуса 1 и сигнализатора 7 (синий светодиод) на крышке 2 - включение микронасоса 16) и начинается прокачка анализируемого воздуха через ИТ.
Все комплектующие узлы миниаспиратора выполнены на серийно выпускаемых элементах. Так, в качестве вакуумного микронасоса 16 использован (как вариант) мембранный газоотборный микронасос модели NMP-05B фирмы KNF для перекачки газовых сред со скоростью откачки 0,3 л/мин (http://vacpumps.ru/knf-nmp-05; инструкция по эксплуатации, дата обращения 05.04.19 г.).
В качестве блока энергопитания 17 использован (как вариант) литий-ионный аккумулятор с емкостью не менее 3400 мА*ч и напряжением 3,6 В, типоразмера 18650 (http://www.chipdip.ru/product/robiton-18650-3400; дата обращения 05.04.19 г.).
Задатчик 18 отрезка времени прокачки воздуха, находящийся внутри корпуса 1, с тумблером 3 на крышке 2, имеет шкалы ограниченные секторами I (от 0 до 10 мин) и сектором II (от 10 до 30 мин) (не показано) (фиг. 1а), и реализован (как вариант) на микроконтроллере модели Attiny13 фирмы ATMEL (http://www.getchip/net/posts/attiny13-nebolshojj-razmer-khoroshijj-potencial/; дата обращения 05.04.19 г.).
В качестве стабилизатора 19 (как вариант) использован электрический модуль XL6009 (http://www.chipdip.ru/product/x16009-dc-dc-module; дата обращения 05.04.19 г.), подключенный к микронасосу 16.
Планшет (фиг. 3) представляет собой сброшюрованный набор графических зависимостей длины окрашенной зоны ИТ от массовой концентрации конкретного определяемого аналита в воздухе (фиг. 4). Градуировочные зависимости градуировочных графиков экспериментально получены для наиболее востребованных ИТ, используемых в экспресс-контроле воздуха на рабочих местах, при контроле за выбросами химических производств в окружающую среду.
Миниаспиратор используется следующим образом.
конц.
3
Пример. Перед началом работы миниаспиратора проводят внешний осмотр (фиг. 1а, б), с целью определения его целостности. На съемную крышку 2 закрепляют в углубление для планшета (фиг. 3) необходимый градуировочный график, соответствующий определяемому аналиту на обследуемом объекте, например, определение 1,1-диметилгидразина в воздухе. Берут из футляра 14 ИТ, которая содержит диоксид кремния с размером частиц 100÷500 мкм и индикатор - тетрагидро-12-молибдосиликат калия [Пат. RU 2677329, 2019, Бюл. №2, G01N 31/22 (2018.08)], вскрывают при помощи резака 11, устанавливают ИТ в штуцер 6. Помещают миниаспиратор на твердофазную поверхность. Задают отрезок времени прокачки тумблером 3 в положение I (10 мин). Включают тумблер 8 в положение «|» (включено). Загорается сигнализатор 7 работы микронасоса 16. По сигнализатору 9 оценивают работоспособность электрической цепи. После окончания работы миниаспиратора, переключают тумблер 8 в положение «о» (выключено), со штуцера 6 снимают ИТ и сразу измеряют длину окрашенной зоны по миллиметровой шкале - нанесена на наружную поверхность ИТ и выполнена в натуральную величину (на фиг. 1б не показана) (h=2 мм). По градуировочному графику определяют содержание в воздухе 1,1-диметилгидразина для чего по оси ординат проводят прямую линию до графической зависимости и опускают перпендикулярную линию на ось абсцисс (С=0.4 мг/м). Если при прокачке окрашенная зона небольшая - менее 2 мм, то задают более длительный отрезок времени прокачки тумблером 3 в положение II (20 мин). Для потверждения своих результатов использовали индикаторные трубки ИТМ-8М и аспиратор сильфонный АМ-0059 (ЗАО «НПФ «Сервэк», Россия) внесенные в реестр средств измерения.
Таким образом, за счет совокупности существенных признаков функциональных узлов миниаспиратора для определения различных аналитов в воздухе, таких как: вакуумный микронасос, блок энергопитания, задатчик отрезка времени прокачки воздуха, стабилизатор напряжения, позволяет проводить анализ с помощью индикаторных трубок во вне лабораторных и полевых условиях в любом загазованном месте без необходимости длительного нахождения оператора. Кроме того, миниаспиратор позволяет использовать индикаторные трубки различных производителей и по градуировочным графикам определять концентрацию аналита в воздухе.