Экспериментальное определение концентрации пыли в воздухе

Методы измерения концентрации пыли делят на две группы:

1. методы, с предварительным осаждением,

2. методы без предварительного осаждения пыли.

Основным преимуществом методов первой группы является возможность непосредственного измерения массовой концентрации пыли. К недостаткам относится длительность отбора пробы, низкая чувствительность, трудоемкость анализа.

Преимущества методов второй группы - возможность непосредственных измерений в самой пылевоздушной среде, непрерывность измерений, высокая чувствительность. Существенный недостаток - влияние изменений свойств пыли (особенно дисперсного состава) на получаемые результаты.

Счетный метод позволяет измерять количество частиц пыли в 1 см³ воздуха. Подсчитываются осажденные на предметном стекле из определенного объема воздуха (10-100 см³) частицы пыли с помощью специальных приборов-счетчиков (ТВК-3, СН-2 и др.) с последующим подсчетом числа осажденных частиц и определением их размеров под микроскопом. По тарировочным графикам определяют концентрацию данной пыли в воздухе.

Гравиметрический (весовой) метод измерения концентрации пыли заключается в выделении из пылегазового потока частиц пыли и определении их массы путем взвешивания. При этом оптимальная скорость отбора должна составлять 15 л/мин (приборы типа ППА, АЭР-4).

Фотометрический метод основан на предварительном осаждении частиц пыли на фильтре и определении оптической плотности пылевого осадка (приборы типа ФЭКП-3, ДПВ-1).

Люминесцентный метод основан на предварительном осаждении пыли на фильтре, обработанном флюоресцирующими растворами, и последующем измерении интенсивности флюоресценции. При этом измеряют интенсивность флюоресценции до и после осаждения пылевого осадка.

На предварительном осаждении пыли основаны и такие методы, как радиоизотопный (приборы типа ПРИЗ, ИЗВ-1, ИЗВ-3 и др.) и пьезоэлектрический.

Оптические, электрические и акустические методы - это методы измерения концентраций пыли без предварительного осаждения ее на фильтре. Они основаны на использовании различных физических явлений, протекание которых изменяется с изменением концентрации частиц в анализируемой воздушной среде. В оптических приборах используется эффект рассеяния частицами пыли света, либо ослабления светового пучка. При измерениях электрическими приборами концентрация пыли оценивается величиной снимаемого с частиц электростатического заряда. При аэродинамических методах запыленность определяется по изменению гидравлического сопротивления фильтра.

Особый интерес для измерения концентрации пыли в больших пространствах представляют оптические дистанционные методы анализа в видимой и ближней инфракрасной областях спектра с применением лазерных радаров-лидаров. Метод лазерного зондирования основан на свойстве частиц поглощать или рассеивать лазерное излучение.

В Российской Федерации в качестве стандартного метода определения концентрации пыли в воздухе принят весовой метод. Для определения концентрации пыли в воздухе весовым методом необходимо пропустить определенный объем воздуха через фильтр и произвести взвешивание этого фильтра до и после взятия пробы.

Для улавливания пыли из воздуха используют фильтры Петрянова: АФА-В10 или АФА-В-18 (аналитический аэрозольный влагостойкий, площадью 10 и 18 см²), изготовленные из перхлорвинилового фильтрующего материала (рис. 3.1). Широкое использование этих фильтров обусловлено тем, что они стойки к химически агрессивным средам, гидрофобны, имеют высокую пропускную способность и незначительную собственную массу.

Рис. 3.1. Фильтр АФА-В18

Продолжительность обработки взятой пробы при использовании этих фильтров составляет 1530 минут. Их можно применять при температуре до 60^о. Максимальная пропускная способность может составлять 100 литров в минуту. Расход воздуха, проходящего через фильтр, определяют по ротаметру.

Привес фильтра, поделенный на объем протянутого через него воздуха, дает концентрацию пыли в (мг/м³) по формуле

, (3.7)

где К  фактическая концентрация пыли в воздухе, мг/м³; m₁, m₂  масса фильтра до и после отбора пробы соответственно, мг; V_о  объем отфильтрованного воздуха, приведенных к нормальным условиям, м³:

, (3.8)

где В  барометрическое давление воздуха во время отбора пробы, мм. рт. ст. (измеряется по барометру или задаётся преподавателем);

t  температура воздуха во время отбора пробы, ^оС;

V₁  объем воздуха, протянутого через фильтр при заданных значениях В и t, м³;

, (3.9)

где: q  показания ротаметра во время отбора пробы (интенсивность протягивания воздуха через фильтр), л/мин;

τ  время отбора пробы, (принимается равным 15 мин).

С учетом выражений (3.8) и (3.9) формула (3.7) принимает вид:

. (3.10)