Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

Гл. 4. Измерение и анализ пыли

Метод конденсации

Внганд [17] доказал, что этим методом опреде-

ляется главным образом содержание ядер конденсации,

а не частиц пыли. На нем основан счетчик пыли Айт-

кена [13], усовершенствованный Люделингом, Шольцем

и другими исследователями. Результаты, полученные

методом конденсации, тем точнее, чем меньше частицы.

Этим объясняются заниженные результаты измерения

содержания пыли в угольных погребах и помещениях

для измельчения угля (стр. 165).

Метод осаждения пыли под действием

воздушного потока

Метод состоит в том, что через аэрозоль пропу-

скают сильную струю воздуха, под действием которой

частицы аэрозоля ударяются о липкие пластинки и при-

липают к ним. Существующие приборы позволяют про-

изводить отбор проб быстро и в большом количестве.

Особенно большое значение имеют два таких прибо-

ра — пылемер Оуэнса и кониметр, которые получили

широкое распространение. Поэтому следует рассмо-

треть их более подробно и произвести сравнительную

оценку.

Пылемер Оуэнса [3, 75]

На верхнем конце цилиндра, внутренние стенки ко-

торого покрыты влажной фильтровальной бумагой

(увлажнительная трубка), находится крышка,имеющая

щель шириной 0,1 мм и длиной 10 мм. Через эту щель

увлажнительная трубка сообщается с камерой, соеди-

ненной с поршневым насосом, засасывающим 50 см

воздуха за один ход поршня. В камере против щели

установлено сменное покровное стеклышко.

При движении поршня воздух, увлажненный

в трубке до состояния насыщения, с большой скоростью

засасывается через щель. Влажные твердые частицы,

содержащиеся в воздушном потоке (пылинки и более

мелкие частицы, не считающиеся пылью), осаждаются

на стеклышке в виде тонкой полоски. Их можно

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

подсчитать с помощью микроокопа после испарения ка-

пелек воды. По мнению Купа [19], для определения об-

щего количества частиц в пылевой полоске под микро-

скопом, окуляр которого снабжен специальной сеткой,

достаточно подсчитать число частиц, содержащихся

в одном поперечном сечении полоски, и умножить по-

лучившуюся величину на константу микроскопа (на-

пример, у Купа она равнялась 847,5). Значения содер-

жания пылинок в полоске, определенные таким упро-

щенным способом, отличаются от истинных не более

чем на ±1,9%.

Эглоф [20] установил приведенную в табл. 6 зависи-

мость между числом видимых частиц и увеличением

микроскопа.

Таблица 6

Зависимость между увеличением микроскопа и числом частиц,

видимых в пылемере Оуэнса [20]

Увеличение микроскопа 100 250

500

1000 1500

2000

Результаты подсчета (на

1 см

) 65

102 ИЗ 122 124

125

Как показывает эта таблица, уже при тысячекрат-

ном увеличении можно увидеть почти все частицы. При

таком увеличении число подсчитанных пылинок близко

к предельному значению. Иногда удается увидеть ча-

стицы, диаметр которых составляет всего 1 • 10~

см.

Для определения концентрации пыли в исследуемом

воздухе надо разделить подсчитанное число пылинок на

объем прососанного воздуха, равный произведению

числа рабочих ходов поршня на объем воздуха, засо-

санного за один ход. Степень увлажнения фильтроваль-

ной бумаги и число ходов поршня, необходимые для

получения заметного пылевого налета на покровном

стеклышке, зависят от места взятия пробы. Часто тре-

буется свыше 30 ходов поршня и очень редко доста-

точно одного. Предполагается, что средняя ошибка, по-

лучающаяся при использовании метода Оуэнса, состав-

ляет ±4%.

Гл. 4. Измерение и анализ пыли

С целью более точного измерения количества просо-

санного воздуха по сравнению с пылемером Оуэнса

Иёттен [21] применил аспирационный способ.

На показания пылемера влияет величина проме-

жутка времени между двумя ходами поршня, так как,

во-первых, равномерное и достаточное увлажнение за-

сосанного воздуха не

совершается мгновенно

и, во-вторых, пылинки

постепенно отрывают-

ся от покровного стек-

лышка и падают вниз,

прилипая к сырым

стенкам камеры. Эти

процессы наглядно изо-

бражены на фиг. 6. Из

кривых видно, что чис-

ло уловленных частиц

максимально, если вре-

мя между двумя хода-

ми поршня составляет

15 сек. В течение этого

времени все частицы,

скорость падения ко-

торых равна или боль-

ше 0,17 см/сек, уже

осели на стеклышко,

а отрыв пылинок еще незначителен, и поэтому дости-

гается теоретическая верхняя граница содержания

частиц (см. табл. 7, кривая А). Надо также заметить,

что в результате увлажнения размер гигроскопических

мельчайших частиц во много раз увеличился и они

также измерены.

Из фиг. 7 видно, что при дальнейшем возрастании

промежутка времени между двумя ходами поршня

число уловленных частиц (кривая III на фиг. 6) умень-

шается и асимптотически приближается к 56% (при-

нимая за 100% значение при интервале 15 сек.), прак-

тически достигая этой величины при промежутке, боль-

шем 45 сек. По мнению Купа [19], данные фиг. 6 и 7 по-

казывают, что «после 50 сек. оседания пылинок на

Время ,сеп.

Ф и г. 6. Зависимость увлажнения

пылинок (/), отрыва их от покровного

стеклышка (II) и показаний пыле-

мера Оуэнса

(III)

от промежутка вре-

мени между двумя ходами поршня.

Цифры на оси ординат относятся только

к кривой ///. Подробности см. в тексте.

76 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

стеклышко уже не происходит. За этот интервал времени

все более или менее крупные частицы уже осели и в воз-

духе осталось лишь некоторое количество мельчайших

частиц, которые не являются пылью. К ним относятся

ядра конденсации, тяжелые ионы и аналогичные ча-

стицы, которые в момент конденсации обволакиваются

водой и часто обнаруживаются под микроскопом только

Время,сек.

Фиг. 7. Зависимость доли частиц пыли, осевших на

стеклышке, от продолжительности увлажнения в камере

пылемера Оуэнса [19].

в виде дифракционных колец. Их количество более

точно измеряется счетчиком ядер, а не пылемером. Как

уже было указано, пылинки постепенно отрываются от

стеклышка и на нем остаются только более мелкие ча-

стицы, не считающиеся пылью и составляющие 56% от

общего количества частиц, осевших за 15 сек. Следова-

тельно для определения количества пылинок надо

уменьшить выраженный в процентах результат под-

счета частиц на 56. Такое уменьшение позволит исклю-

чить содержание частиц, не являющихся пылью, и

с помощью пылемера Оуэнса получить данные, дей-

ствительно характеризующие запыленность атмосферы».

Промежуток времени между двумя ходами поршня не

должен превышать 15 сек.

Кониметр

В то время как в Англии наибольшее распростране-

ние получил пылемер Оуэнса, в Германии самым из-

Гл. 4. Измерение и анализ пыли

вестным прибором подобного типа является цейссов-

ский кониметр [13, 22—24]. Эти приборы сходны по

устройству. Кониметр состоит из следующих основных

частей: 1) пробоотборника, имеющего входной канал

диаметром 0,5 мм, по которому проходят пылинки раз-

мером до 0,1 мм; 2) вращающегося круглого предмет-

ного стекла, площадь которого рассчитана для взятия

30 проб; 3) воздушного насоса, засасывающего 125 см

воздуха за один ход поршня; его можно заменить элек-

трическим всасывающим насосом. Содержащий пыль

воздух засасывается через узкий цилиндрический канал

со скоростью 100 м/сек и попадает на предметное

стекло, смазанное коллодием или смесью глицерина

с резиной. Главной [25], производя опыты с различными

клейкими веществами, установил, что на слое жела-

тины задерживается в 7 раз больше частиц, чем на слое

из смеси глицерина с резиной. Опыты Юнге [26] также

показали, что на смеси глицерина с резиной улавли-

вается в 8 раз меньше частиц, чем на коллодиевом

желе (см. также [27]). На предметном стекле частицы

образуют налет в виде пятна площадью около 0,3 мм

Определение числа пылинок в этом пятне производится

в освещенном поле микроскопа или фотометрически.

Важное преимущество кониметра состоит в том, что под-

счет пылинок можно производить через значительный

промежуток времени после получения проб.

По мнению Ригера и Зидентопфа [28], наиболее бла-

гоприятные условия для подсчета создаются в том слу-

чае, если проба воздуха содержит около 5- 10

пылинок;

по данным Эффенбергера [29], это число составляет

15 • 10

—40 • 10

. Поэтому рекомендуемый объем пробы

сильно запыленного воздуха — 125 см

(один ход порш-

ня), а мало запыленного — несколько литров. Относи-

тельная точность кониметрических измерений находится

в пределах ±7%. Однако, по данным Ригера и Зиден-

топфа [28], определявших содержание пыли в свободной

атмосфере, средняя ошибка одного измерения соста-

вляет ±14%.

Перед входным каналом можно установить фильтры

из агломерированного стеклянного порошка, которые

имеют поры различной величины и пропускают только

78 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

пылинки, не превышающие определенного размера. Эти

фильтры предотвращают застревание крупной пыли во

входном канале. Постоянство живого сечения фильтра

достигается после засасывания 1 л воздуха [30]. Сле-

дующие данные показывают, как с течением времени

уменьшается размер пылинок, которые могут проходить

через фильтр: после засасывания первых 250 см

воз-

духа, следующих 250 см

и после трехмесячной эксплуа-

тации кониметра максимальный размер пропускаемых

фильтром пылинок составляет соответственно 90—95%,

10—20% и 8—15% от первоначального диаметра пор.

После того как достигнуто постоянство площади

живого сечения фильтра, исключается возмож-

ность ошибки, вызванной изменением эффективной

пористости фильтра. По размерам пылинки

можно разделить на три фракции: 0,05—0,1%

крупнее 4-10~

см, 10% имеют размеры от Ю

-4

до

3 Ю

-4

см, а остальная часть мельче 10

-4

см [31]. По-

этому в большинстве случаев, особенно при гигиениче-

ских исследованиях, можно было бы пользоваться

фильтром, эффективный диаметр пор которого равен

10 • 10~

см. Но лучше применять фильтр «Шотта G

с диаметром пор 20-Ю"

—30-Ю"

см, так как при про-

хождении через более узкие поры воздушный поток те-

ряет значительную часть своего напора и его скорость

оказывается недостаточной для того, чтобы более круп-

ные пылинки попали на предметное стекло. Наличие

фильтра не оказывает существенного влияния на число

уловленных пылинок. Такой вывод основан на экспери-

ментах, проведенных с искусственно завихренной стек-

лянной пылью: в отсутствие фильтра спустя несколько

секунд после завихрения улавливались частицы диамет-

ром до 30-Ю"

см, а примерно через 2 мин.— ча-

стицы не крупнее 5 • 10~

—8 • 10~

см [30].

Измерение содержания пыли в атмосфере при по-

мощи указанных методов не дает абсолютных значений,

поскольку агломерированные частицы подсчитываются

как одна пылинка, а более крупные частицы либо задер-

живаются фильтром, либо скорость их движения сильно

уменьшается и они не попадают на предметное стекло.

Несмотря на то, что при гигиенических исследованиях

Гл. 4. Измерение и анализ пыли

важно определить число частиц в единице объема

воздуха [32], вызванная фильтром потеря более

крупных частиц не имеет значения, так как только

Диаметр пищевого пятна — >-

Фиг. 8. Кривые, изображающие результаты под-

счета пылинок по диаметру пылевого пятна ко-

ниметра [33].

пылинки размером 0,1 - Ю

-4

—10-Ю

-4

см (чаще

0,5-Ю

-4

—2-Ю

-4

см) достигают легочных альвеол [32].

При измерениях количества пыли задержанные фильт-

ром крупные частицы имеют большое значение, и для

получения точных результатов необходимо учитывать их.

Определение содержания пыли путем подсчета числа

частиц в пылевом пятне на измерительном стекле про-

изводится различными методами. Установлено, что

80 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

в пылевом пятне число частиц постепенно уменьшается

от центра к периферии. Многочисленные измерения со-

держания пыли, проведенные в одном и том же месте,

показали, что наибольший относительный разброс числа

частиц наблюдается в центральной области пылевого

Ф и г. 9. Схема, поясняющая метод

подсчета, предложенный Речке [33].

Изображено расположение намеченных для

подсчета квадратов в пылевом пятне кони-

метра.

Речке [33] утверждает, что самые точные результаты

получаются при кольцевом способе подсчета, для харак-

теристики которого приводится следующий пример

(фиг. 9). Под сеткой микроскопа на наибольшем диа-

метре пылевого пятна видно 35 квадратов. Вдоль двух

взаимно перпендикулярных диаметров подсчитывают

число пылинок на квадратах 16/15, 12/11, 8/7, 4/3, опре-

деляют среднее число их в этих четырех квадратах и

умножают на площадь соответствующего кольца, рав-

ную F = n(R

— г

). Для того чтобы учесть не подвер-

гавшуюся подсчету пыль, содержащуюся на промежу-

точных кольцах, вводят поправочный коэффициент 2,1.

Таким образом, число пылинок на пылевом пятне опре-

деляется по формуле G = 2,12а„тс(4/г — 1); разделив

Гл. 4. Измерение и анализ пыли

G на объем засосанного воздуха, определяют концентра-

цию пыли. По данным Речке, средняя ошибка при поль-

зовании этим методом достигает ±3,6%, а по данным

Эффенбергера [29]—-около ± 10%.

Более прост метод Лёбнера [30]; способ расчета по

этому методу показывает следующий пример (см.

фиг. 10):

№ квадрата

Числ0

пылинок

Удвоенное число пылинок

7, 5, 3, 6

14 10 6 12

12 17

44 51 48 40

Сумма 70 + 78 + 71 +70 = 289

Средняя концентрация К на единицу площади равна

289: 12 ~ 24 частицы.

Число частиц в засосанном объеме воздуха равно К,

умноженному на площадь пы-

левого пятна.

Пользуясь указанными ме-

тодами, можно достигнуть вер-

ных результатов лишь при на-

личии четкой границы пыле-

вого пятна и строго горизон- -fB

тальном положении покровного

стекла под микроскопом.

Подсчет частиц пыли в ос-

вещенном поле зрения микро-

скопа дает значения, занижен-

ные на 20% по сравнению

с теми, к которым приводит

подсчет в затемненном поле

[34], так как пылинки, размер

которых меньше 5- 10~

см, от-

четливо не видны. Электрон-

ный микроскоп позволяет увидеть частицы пыли диа-

метром до 5 • Ю

-7

см.

Фотометрический метод позволяет определять число

пылинок в пылевом пятне значительно быстрее, чем под

микроскопом, и с той же точностью [29]. При фотоэлек-

трической регистрации прибор вычерчивает кривую,

§ В. Фетт

Ф и г. 10. Схема, поясняю-

щая метод подсчета, пред-

ложенный Лебнером [30].

Расположение намеченных для

подсчета квадратов в пылевом

пятне кониметра.

82 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

Диаметр пылевого пятна

соответствующую колебаниям освещенности узкого пря-

моугольника, расположенного вдоль диаметра пылевого

пятна, т. е. колебаниям степени почернения препарата,

пропорциональной числу прилипших к стеклу частиц

пыли. Следовательно,

величина площади под

этой кривой также

пропорциональна чи-

слу уловленных пыли-

нок. Некоторые авторы

не рекомендуют фото-

метрический метод

вследствие колебания

размеров пылинок, раз-

личной окраски их, воз-

никновения дифрак-

ционных колец на мель-

чайших частицах и т. д.

С этим заключением

нельзя согласиться,

принимая во внимание

степень точности под-

счета пылинок под ми-

кроскопом, достигну-

тую в настоящее вре-

мя. Если предметное

стекло покрыто слоем

жидкой резины, то фо-

тометрическое опреде-

ление числа частиц не-

возможно из-за опти-

ческой неоднородности

резины. Наиболее точные результаты дает покрытие

стекла очень тонким слоем коллодия. Полученные кри-

вые (фиг. 11) позволяют также сделать заключение

о строении пылевого пятна и установить дефекты пре-

паратов (образование кратера и т. д.).

Фирма Цейсс также выпустила кониметр с реги-

стрирующим устройством. Он основан на том же прин-

ципе действия, что и кониметр, предназначенный для

измерения пыли в свободной атмосфере. Его характер-

Фиг. 11. Фотометрический подсчет

частиц, в пылевом пятне [29].

По оси ординат отложено вызванное пылью

уменьшение интенсивности света по диа-

метру пылевого пятна. Нижняя кривая отно-

сится к пылевому пятну с кратером.