Отбор проб пыли.
При измерении концентрации пыли методами, основанными на предварительном ее осаждении, одной из главных стадий анализа является получение представительной пробы, т. е. идентичной по дисперсному и химическому составам и концентрации той пыли, из которой она была взята. Эффективность анализа находится в прямой зависимости от погрешностей пробоотбора. Более того, именно пробоотборное устройство обычно определяет стоимость измерительной аппаратуры.
Выделение частиц пыли из пыле-газовой смеси возможно методом фильтрации, путем использования центробежных, инерционных и электростатических сил и методом термодиффузии.
Метод фильтрации получил наиболее широкое распространение при определении концентрации как атмосферной пыли и пыли производственных помещений, так и пыли в отходящих промышленных газах. Этот метод основан на пропускании через фильтр определенного объема исследуемого воздуха при помощи аспирационного устройства. Метод обладает большой объемной представительностью набора пробы. К недостаткам метода следует отнести длительность пробоотбора.
В качестве фильтрующих материалов используют бумажные фильтры, фильтры из тонкого волокнистого материала, стеклянные пористые фильтры, стеклянную или минеральную вату. В отечественных пылемерах широко применяют аналитические аэрозольные фильтры (АФА), которые обладают высокой эффективностью и малым аэродинамическим сопротивлением. Эти фильтры полностью задерживают частицы размерами 0,1-0,2 мкм при объемной скорости протягивания воздуха до 6 м3/ч. Благодаря гидрофобности эти фильтры можно взвешивать без предварительной сушки. Фильтры, использующие тонковолокнистую стружку или пресс-порошок из фторопласта-4, отличаются высокой химической и термической стойкостью и прочностью.
Для отбора проб пыли применяют также фильтры из фольги, покрытой вазелином. Недостатками их является отекание и улетучивание вазелина. В некоторых случаях для исключения влияния влажности и электростатических эффектов, а также для увеличения точности взвешивания пробы применяют серебряные фильтры.
Выделение взвешенных частиц пыли с помощью центробежных сил осуществляется в циклоне. Циклон представляет собой цилиндрическую, заканчивающуюся снизу конусом осадительную камеру 1. Запыленный воздух тангенциально подается в верхнюю часть циклона, в результате чего поток воздуха закручивается. Вращающийся поток опускается по кольцевому пространству, образованному цилиндрической частью циклона и выходной трубкой 2, в конического часть циклона, затем, продолжая вращаться, выходит через выходную трубку. Под действием центробежных сил крупные частицы отбрасываются к стенкам камеры и опускаются в находящийся внизу сборник. Мелкие частицы остаются в воздушном потоке и выводятся через трубку. Циклоны находят очень широкое применение. Основное их преимущество – портативность.
Принцип метода инерционного осаждения частиц пыли основан на использовании кинетической энергии приобретаемой частицей при прохождении ее через сопло. Выделение взвешенных частиц под действием сил инерции осуществляется следующим образом. Запыленный воздух при помощи насоса 2 с большой скоростью прокачивается через сопло 1 и сталкивается с осадительной поверхностью, расположенной перпендикулярно потоку. Для фиксации частиц на поверхности ее смазывают липким составом, например вазелином. Прилипанию частиц к поверхности способствует также увлажнение воздуха в камере с целью конденсации влаги на пылевых частицах.
Выделение взвешенных частиц с помощью электростатических сил основано на способности заряженных частиц перемещаться в электрическом поле. Для зарядки частиц пыли используют коронный разряд, создаваемый при высоком напряжении. Электростатический осадитель состоит из иглообразного коронирующего 1 и осадительного 2 электродов. Осадительный электрод может находиться на коромысле аналитических весов, что позволяет непосредственно взвешивать пробу.
Для выделения взвешенных частиц можно использовать тепловую диффузию газов. Если частицы пыли находятся между теплой и холодной поверхностями, то они движутся к последней и осаждаются на ней. Сила, действующая на частицу в поле температурного градиента пропорциональна диаметру частицы и температурному градиенту, и уменьшается с ростом теплопроводности вещества частицы. Такой метод высоко эффективен для захвата частиц размерами 0,2 – 20 мкм (почти 100%). Для проведения пробоотбора требуются небольшие объемные скорости (максимальная – 0,42 м3/ч). Метод не избирателен к частицам различных размеров и поэтому дает наиболее достоверные результаты по сравнению с другими методам.
Методы выделения взвешенных частиц оценивают по размерам выделенных частиц. Так с помощью методов цетробежного и инерционного осаждения можно выделить только крупные частицы пыли размером более 1 мкм (центробежное осаждение) и более 0,5 мкм (инерционное осаждение), методом фильтрации можно выделить частицы размером до 0,1 мкм; методы термодиффузии и электростатического осаждения дают возможность выделить мелкие частицы размером до 0,01 мкм. Поскольку методы характеризуется различными интервалами размеров улавливаемых частиц то при исследовании пыли с широким спектром размеров частиц необходимо использовать не один, а два и более методов пылевыделения.
Бытовую пыль, состоящую из волокон ковров, постели, одежды, волос и т. п., отбирают фильтрованием. Перед определением компонентов пыль просеивают для удаления крупных составляющих, в частности волос и волокон пуха. Остаток дробят, после чего разлагают смесью азотной и хлорной кислот.
Для анализа транспортной пыли (синтетическая резина из шин, пыль тормозных прокладок, продукты износа полотна дороги, стройматериалы, почва, тяжелые масла и др.) пробоотбор лучше всего проводить с помощью щетки с жестким волосом и совка для мусора. Но так как последние стираются при отборе проб и загрязняют пробу, оборудование должно быть изготовлено из пластмассовых материалов, не содержащих тяжелых металлов. Неорганические частицы после обработки кислотами отделяют центрифугированием или фильтрованием и анализируют.
Пробоотбор индустриальной пыли, весьма разнообразной по составу, проводят как для взвесей в воздухе, пробу переводят в раствор различными методами.