Колебательные микровесы с коническим элементом - Tapered element oscillating microbalance

А вибрирующий микровес с коническим элементом (TEOM) - инструмент, используемый для реального времени обнаружение аэрозольных частиц измеряя их массовую концентрацию. В нем используется небольшая вибрирующая стеклянная трубка, частота колебаний которой изменяется при осаждении на нее аэрозольных частиц, увеличивая ее инерция. Устройства на базе TEOM одобрены Агентство по охране окружающей среды США для мониторинга качества воздуха в окружающей среде и США Управление по безопасности и охране здоровья в шахтах для мониторинга угольная пыль воздействие на шахтеров для предотвращения ряда респираторных заболеваний.

Операция

Схема, показывающая поток воздуха через машину. Воздух проходит от впускного отверстия для отбора проб к разделителю потока, где часть потока поступает в нагретый сенсорный блок, содержащий преобразователь массы с коническим элементом, подключенный к усилителю и частотомеру, а остальной поток направляется в обходной трубопровод. Обе линии затем идут параллельно встроенным фильтрам и регуляторам массового расхода, а затем снова присоединяются к вакуумному насосу, ведущему к выхлопу.
Схема, показывающая работу вибрационного микровесов с коническим элементом.

TEOM использует полую стеклянную трубку в качестве микровесы. Поступающие частицы осаждаются на фильтре на конце трубки, а добавленная масса вызывает изменение его частоты колебаний, которое регистрируется электроникой. Элемент периодически переключается, чтобы вернуть его к собственной частоте. Вход в устройство позволяет входить только частицам желаемого диапазона размеров. Устройства TEOM работают непрерывно и не нуждаются в замене фильтров так часто, как пробоотборники воздуха большого объема.[1]

Механический шум и резкие колебания температуры могут мешать работе устройства TEOM.[2] Кроме того, капли воды нельзя отличить от массы частиц, поэтому устройство должно регулировать температуру поступающего воздуха, чтобы капли воды испарялись,[3] или содержать осушитель или датчик влажности для корректировки показаний.[4] В идеальных условиях TEOM так же точен, как и стандартный эталонный метод, но его чувствительность создает трудности при использовании для мониторинга окружающей среды в городских районах.[2]

Система динамических измерений фильтра (FDMS) может использоваться для настройки летучий составляющая массы. ТЭОМ имеет низкую чувствительность к полулетучим частицам из-за используемых температурных и влажностных условий. Приборы TEOM с FDMS чередуют базовый цикл и эталонный цикл, последний из которых измеряет потерю массы фильтра при пропускании через него чистого воздуха, что позволяет оценить потерю массы во время базового цикла.[4][5] Важно, чтобы система кондиционирования воздуха не работала в течение того же периода, что и прибор TEOM, поскольку это может вызвать сглаживание.[4]

Приложения

Фотография черного аппарата с цифровым отсчетом.
Персональный монитор пыли
Персональный пылеуловитель непрерывного действия при использовании в шахте

Инструменты, использующие TEOM, были обозначены как Федеральные эквивалентные методы посредством Агентство по охране окружающей среды США для мониторинга качества атмосферного воздуха как грубых, так и мелких твердые частицы (ВЕЧЕРА10, ВЕЧЕРА2.5, и PMc).[2] Инструменты TEOM работают быстрее и позволяют избежать трудностей с бета-затухание и кварцевые микровесы (QCM) методы.[6]

TEOM - это основа для непрерывного персонального монитора пыли (CPDM) для угольная пыль в шахтах, чтобы защитить рабочих от воздействия угольной пыли, которая приводит к болезнь черного легкого и прогрессирующий массивный фиброз. До внедрения CPDM частицы пыли, собранные на фильтре, необходимо было анализировать в лаборатории, что приводило к задержке на несколько недель в получении результатов. Непрерывный мониторинг позволяет шахтерам принимать корректирующие меры, такие как переезд в другую зону или изменение своей деятельности, если уровень пыли превышает пределы воздействия. В одном исследовании это привело к уменьшению количества образцов, превышающих предел воздействия пыли, на 90%.[7][8] В феврале 2016 г. Управление по безопасности и охране здоровья в шахтах (MSHA) предписывает использование CPDM на рабочих участках подземных угольных шахт, а также для рабочих, которые имеют доказательства разработки пневмокониоз.[9] По состоянию на 2017 год единственный инструмент CPDM, одобренный MSHA, использует TEOM.[10][11]

По состоянию на 2013 год TEOM не считался подходящим для мониторинга рабочих мест наноматериалы из-за его предельного размера частиц 10, 2,5 или 1 мкм и физического размера прибора.[12]

История

TEOM - это запатентованная технология, разработанная Rupprecht and Patashnick Co., Inc. Олбани, Нью-Йорк, чьей компанией-преемником является Thermo Fisher Scientific.[7] «TEOM» - зарегистрированная торговая марка.[2] Первоначально он был разработан как стационарный монитор массы твердых частиц в окружающей среде.[7] и детекторы аэрозолей TEOM были доступны в 1981 году.[6]

Разработка персонального монитора пыли непрерывного действия была выполнена компанией Thermo Fisher по контракту с США. Национальный институт охраны труда и здоровья при участии других правительственных, профильных и промышленных организаций.[8][11] Монтируемые на машину непрерывные пылеуловители доступны с 1997 года.[3]

Рекомендации

  1. ^ «Микровесы осциллирующие с коническим элементом». Квинсленд Департамент окружающей среды и охраны наследия. 2017-03-27. Получено 2017-06-28.
  2. ^ а б c d Гиллиам, Джозеф Н .; Холл, Эрик С. (13.07.2016). «Эталонные и эквивалентные методы, используемые для измерения критериев национальных стандартов качества атмосферного воздуха (NAAQS), загрязняющих воздух - Том I». НАС. Агентство по охране окружающей среды. стр.10, 24, 32. Получено 2017-06-28.
  3. ^ а б «Монтируемый на машине непрерывный монитор респирабельной пыли». Новости технологий NIOSH. НАС. Национальный институт охраны труда и здоровья. Июль 1997 г.. Получено 2017-06-28.
  4. ^ а б c Рэй, Элисон Э .; Вон, Дэвид Л. (2009-09-01). «Стандартная рабочая процедура для непрерывного измерения твердых частиц» (PDF). Агентство по охране окружающей среды США. стр. 1–1, 3-1–3-2, 6-1–6-2. Получено 2017-06-28.
  5. ^ Стивенсон, Джон Александр; Loughlin, Susan C .; Шрифт, Анна; Фуллер, Гэри У .; Маклауд, Элисон; Оливер, Ян У .; Джексон, Бен; Хорвелл, Клэр Дж.; Тордарсон, Тор (24 мая 2013). «Мониторинг Великобритании и отложения тефры в результате извержения вулкана Гримсвётн в мае 2011 года, Исландия». Журнал прикладной вулканологии. 2 (1). Дополнительный файл 3: Подробная методология мониторинга качества воздуха. Дои:10.1186/2191-5040-2-3. ISSN  2191-5040.
  6. ^ а б Льюис, Чарльз В. (октябрь 1981 г.). «Конический элемент осциллирующего микровесов - монитор для краткосрочного измерения массовой концентрации тонких аэрозолей». Агентство по охране окружающей среды США. Получено 2017-07-06.
  7. ^ а б c Мишлер, Стивен; Coughanour, Валери (2017-02-03). «Непрерывный персональный монитор пыли». Научный блог NIOSH. Национальный институт охраны труда и здоровья США. Получено 2017-06-28.
  8. ^ а б «CPDM помогает шахтерам избегать попадания опасной пыли». Национальный институт охраны труда и здоровья США. 2016-12-30. Получено 2017-06-28.
  9. ^ "Непрерывное обучение персональному пылеуловителю (CPDM)". НАС. Управление по безопасности и охране здоровья в шахтах. Получено 2017-06-28.
  10. ^ «Набор вопросов для сертификационных экзаменов по непрерывным индивидуальным мониторам пыли (CPDM)» (PDF). Администрация США по охране здоровья и безопасности шахт. Получено 2017-06-29.
  11. ^ а б «Новый персональный пылеуловитель, призванный снизить воздействие угольной пыли на горняков». Электронные новости Thermo Fisher Scientific. 2015-03-06. Получено 2017-06-29.
  12. ^ «Текущие стратегии инженерного контроля в процессах производства наноматериалов и последующей обработки». Национальный институт охраны труда и здоровья США. Ноябрь 2013. С. 49, 57.. Получено 2017-03-05.

дальнейшее чтение