Система для отбора проб из водосборного устройства
WATER COLLECTOR SAMPLING SYSTEM

Изобретение относится к устройствам отбора проб воды из батометров и может быть использована в газогеохимии, морской гидрохимии, гидробиологии, геоэкологии, особенно, где применяется метод, требующий обеспечить минимальный контакт пробы с атмосферным воздухом.
Существуют довольно много разнообразных решений для отбора жидкостей из водоемов, конструкция которых определяется решаемыми задачами (https://www.itera.spb.ru/o-kompanii/novosti/lineyka-oborudovaniya/batometr-dlya-otbora-prob-vody-chto-eto-princip-raboty). Наиболее известными и распространенными в практике экспедиционных гидрологических исследований являются водоотборные устройства (батометры) конструкции Нискина или Паталаса, в которых для отбора собранных проб из батометра предусмотрен кран (штуцер, заглушка), установленные в разных местах батометра и через которые путем присоединения переходника или шланга происходит забор требуемой пробы воды в емкость, как правило пустую, для последующего анализа, (https://gidromet.nt-rt.ru/images/manuals/batometr1.pdf).
Известна система для отбора проб воды из скважин, колодцев и подледных водоемов для последующего химического, микробиологического и геохимического анализов, в которой забор пробы осуществляется в течение всего времени погружения водозаборника, с последующим переливом пробы жидкости из него в бутыль, что также приводит к контакту отбираемой воды с атмосферным воздухом, находящимся в порожней бутылке (п. РФ №184551).
Известно устройство для отбора проб воды, в котором нижняя часть изготовлена в виде стакана, а верхняя часть в виде сужающейся горловины с отверстием для выхода воздуха, двумя боковыми отверстиями для заполнения пробы воды и отверстиями для крепления карабинов грузонесущего троса лебедки. После подъема на поверхность водозаборника, пробу воды также переводят через боковое отверстие в стеклянную тару и далее передают для исследования (п. РФ №154264).
Известно устройство для отбора проб воды, включающее узел пробоотбора в виде корпуса с грузом (п. РФ № 2105281). После его заполнения жидкостью также осуществляют переливание жидкости в другую емкость для дальнейшей транспортировки, что повышает риск контакта пробы с атмосферным воздухом.
.
Однако, несмотря на обилие устройств для отбора проб воды из водоема, остается нерешенным вопрос непосредственного извлечения пробы из батометра или других водоотборных устройств в емкость для последующего анализа. Как видно, извлечение пробы происходит при помощи просто перелива пробы из устройства в необходимую емкость или при помощи присоединения к устройству отводной трубки. Трубка опускается на донышко емкости, куда поступает проба методом вытеснения воздуха. Далее производится закупоривание емкости с отобранной пробой. Но во время закупоривания тоже происходит загрязнение пробы атмосферой, что зачатую приводит к появлению большого пузыря воздуха в емкости с пробой
Известные способы перелива пробы из батометра (водосборного устройства) в полной мере не предотвращают контакт с атмосферой, связаны с процедурами перелива, переноса емкостей, а также не позволяют закупорить крышку с пробой при полном отсутствии воздуха.
Наиболее близкое решение к заявляемому предложено в п. РФ № 202449 U1. Устройство состоит из двух емкостей, одна из которых выполнена в виде установленной на сосуде съемной крышки-цилиндра, снабженной пробкой с двумя трубками разной длины, при этом трубка меньшей длины не выходит за пределы нижней поверхности пробки, а внешний диаметр пробки равен внутреннему диаметру отверстия сосуда. Конструкция сосуда приводит к повышению точности анализа, однако последующий отбор пробы из сосуда также не предотвращает контакт пробы с атмосферой.
Таким образом, стоит проблема расширения ассортимента устройств отбора проб воды из водосборных устройств (батометров), удобных, надежных, исключающих контакт отобранной пробы с атмосферой.
Проблема решается системой для отбора пробы из водосборных устройств, выполненной в виде двух соосно установленных один в другом емкостей, оборудованных съемными крышками, при этом внешняя емкость выполнена с возможностью замены внутренней емкости, снабжена патрубком, расположенном на боковой поверхности выше уровня крышки внутренней емкости, и содержит переходной патрубок, к которому присоединена трубка, проходящая до основания внутренней емкости, при этом крышка внутренней емкости оборудована съемной сквозной иглой.
На чертеже изображена одна из возможных схема заявляемого устройства для проведения особо точных газохимических анализов, где 1 - емкость внешняя, 2 - внутренняя емкость, 3 - крышка емкости 1, 4 - трубка, 5 -патрубок емкости 1, 5.1 - мерная риска, 6 - крышка емкости 2, 7 - полая игла, 8 - переходной патрубок.
Работа устройства отбора пробы для газохроматографического анализа.
Внутренняя емкость «2» помещается в место установки емкости 1. Трубка 4 одним концом подсоединяется к нижней части переходного клапана 8, второй конец трубки «4» помещается на дно емкости «2», крышка «3» закрывается. Внутренняя емкость остается открытой через патрубок 5. К верхней части переходного патрубка «8» подается вода из водоотборного устройства. Поступая через трубку «4» на дно емкости «2», вода не смешивается с атмосферным воздухом. При заполнении емкости «2» поступающая вода затем наполняет емкость «1». Мерная риска «5.1» отмечает уровень воды, соответствующий двух объему внутренней емкости «2», что необходимо для устранения возможного доступа воздуха в пробу, установления равновесной температуры отбираемого образца воды для проведения дальнейшего газохроматографического, химического или микробиологического анализа ( ГОСТ Р 56237-2014 (ИСО 5667-5:2006) - пункт 7.1).
Вытесняемый поступающей водой воздух выводится из емкости «1» через патрубок «5». После наполнения емкости «2» водой его оставляют еще некоторое время в емкости «1», чтобы вода перетекала через края до тех пор, пока не достигнет мерной риски «5.1», равной, как минимум, двухкратному объему емкости «2».
При достижении необходимого уровня воды в емкости (риска 5.1), подача воды прекращается. Далее оператор отсоединяет крышку «3» и вынимает ее вместе с трубкой «4» из емкости «2», но уровень воды в емкости «1» остается выше уровня воды в емкости «2».
Затем оператор крышкой «6» с иглой «7» закрывает ею емкость «2», при этом верхняя часть иглы «7» должна находиться ниже уровня воды в емкости «1» во избежание попадания атмосферного воздуха в емкость «2», а вытесняемая крышкой «6» вода отводится через полость иглы «7». Далее игла «7» извлекается из крышки «6», а закупоренная емкость «2» вынимается из емкости «1».
В зависимости от цели работы, устройство может быть выполнено из любых подходящих для этой цели материалов. Например, стекла или пластика или металла (нержавеющей стали, меди, алюминия, латуни и других) или сочетания этих материалов, что в свою очередь будет определять и способ установки сменной емкости в устройство и крышки с емкостью. Так, при изготовлении емкости из металла или пластика, целесообразнее использовать резьбовое соединения для крышки (которая в таком случае может быть выполнена из металла либо пластика), а при изготовлении из стекла - применить эластичную силиконовую крышку. В случае исполнения емкости в металле либо стекле необходимо дополнительно предусмотреть амортизирующую накладку для места установки сменной емкости для предотвращения механических повреждений последней, если емкость выполнена в пластике, амортизирующая накладка может не использоваться, но также можно нижнюю часть внешней емкости изготовить формой соответствующей форме внутренней емкости, что также будет способствовать амортизации, при этом размеры и объем устройства должны соответствовать поставленной задаче и, соответственно, размерам и объему сменной емкости.
Трубка «4» может быть выполнена, например, в виде трубки из гибкого материала (например, силикон), внутренний диаметр которой соотносится с внешним диаметром трубок используемого водоотборного устройства. Внутренний диаметр трубки «4» должен быть равен внешнему диаметру для обеспечения плотного и герметичного соединения переходного патрубка 8 и выполнен из твердого химически неактивного материала, например, нержавеющая сталь, стекло.
При отборе проб с розетты для удобства и экономии времени устройства могут быть объединены в группу количественно соответствующую количеству батометров розетты, чему способствует также изготовление внутреннего диаметра переходного патрубка устройства равным внешнему диаметру выпускного клапана батометров розетты. Предложенное устройство позволяет проводить отбор проб воды с одинаковым результатом при минимальных временных и трудовых затратах, быстро и просто обеспечить наполнение внутренней емкости с двухкратным переливом и отобрать пробу воды без контакта с атмосферой.
Предложенное система отбора проб воды позволяет использовать его для любого водоотборного устройства, отличается универсальностью, простотой как использований, так и конструкции, а также полностью предотвращает контакт с атмосферой при переливе пробы из батометра (водосборного устройства) и позволяет закупорить крышку с пробой при полном отсутствии воздуха, что является необходимым условием для отбора проб воды для проведения газогеохимических, химических и микробиологических анализов.