Měření tuhých aerosolových částic v ovzduší


Úkol měření:


Změřit počet částic polétavého prachu v jednotce objemu vzduchu v laboratoři, na chodbě popř. na ulici.


Teorie:


Vedle plynných a kapalných přimíšenin jsou vždy v ovzduší přítomny látky tuhé. Dostávají se do něj buď při některých samovolných pochodech v přírodě nebo (nejčastěji) lidskou činností.
Tuhé aerosoly jsou dobře rozmělněné látky, rozptýlené v atmosféře v níž po jistou dobu setrvávají. Patří sem zejména kouř vznikající při hoření paliv a při zpracování kovů a prach, což je tuhý aerosol zpravidla minerální povahy, který se dostává do vzduchu jinými pochody než je hoření. Např. při zpracování a těžbě surovin, vířením ze zemského povrchu aj. K tuhým aerosolům patří také vzdušné mikroorganismy (aeroplankton) a organický prach (pyl, rostlinný a živočišný detrit, výtrusy aj.).
Doba po kterou se aerosol udrží v atmosféře závisí především na velikosti jeho částic. Částice větší než 10 um podléhají velmi rychle gravitaci. Částice pod 10 um setrvávají následkem proudění v ovyduší řádově hodiny až desítky dnů. Částice menší než 1 um podléhají již Brownovu pohybu a sedimentují jen po shluknutí ve větší celky.

Významnou vlastností tuhých aerosolů je adsorpce plynů. Slouží rovněž jako nosiče choroboplodných zárodků, spór, plísní a jiných mikroorganismů.

Pro měření tuhých aerosolů bylo vypracováno mnoho metod: sedimentační, filtrové, termoprecipitační, elektroprecipitační a konimetrické. Při konimetrické metodě jsou částice zachycovány na skle (nebo jiném materiálu) vystaveném proudu vzduchu o veliké rychlosti. Té se dosáhne průchodem měřeného vzduchu tryskou. Po nárazu na sklo se částice zachytí. Usazení je někdy podporováno pokrytím skla lepkavou hmotou. Odběry poskytují okamžité hodnoty a proto metoda dovoluje sledovat prašné procesy v časovém rozložení.
Konimetry mají několik konstrukčních variant (Zeissův, Buschův-Lombův a Owensův). Vícenásobné kombinované konimetry se nazývají impaktory.
V laboratorní úloze je použit konimetr Owensova typu. Měřený vzduch se nasává ventilátorem prostřednictvím vlhčící komory, z níž vstupuje do obdelníkové trysky 0,1 x 8 mm (popř. 0,2 x 8mm nebo 0,3 x 8 mm). V trysce se značně zvýší rychlost vzduchu (viz rovnice kontinuity) a tím i rychlost aerosolových částic. V bezprosřední blízkosti trysky je upevněno sklíčko na němž se aerosol usadí v podobě čárkovité stopy o rozměrech trysky. Schéma konimetru je na obrázku 1. Počet částic na sklíčku se vizuálně počítá pod mikroskopem.


Přístroje a pomůcky:


Konimetr, mikroskop, osvětlovací aparatura, sklíčka, přípravky pro instalaci sklíček a čištění trysky, filtrační papír, anemometr, posuvné měřítko, stopky, popř. také baterie 12 V DC a měnič DC/AC 220 V.


Postup měření:


  1. Seznámíme se s návodem a aparaturou. Spustíme ventilátor a anemometrem změříme rychlost vzduchu v jeho výstupním hrdle. Velikost rychlosti vynásobíme koeficientem 0,12. Posuvným měřítkem změříme průměr hrdla a vypočteme jeho průřez a pomocí rychlosti také průtok vzduchu.

  2. Otevřeme zvolenou hlavu konimetru a planžetou vyčistíme trysku (zásadně neprofukujeme).

  3. Vyčistíme sklíčko a vložíme je do hlavy konimetru. Hlavu zavřeme.

  4. Před měřením pracovní kohout otevřeme a výstupní kohout uzavřeme. (obě páčky jsou nyní rovnoběžné s podélnou osou přístroje).

  5. Podle pokynů učitele vložíme na stěnu vstupní komůrky vlhký filtrační papír.

  6. Po spuštění ventilátoru a stopek prosajeme přístrojem určité množství vzduchu. U málo zaprášeného vzduchu je třeba prosívat několik minut (cca 2 – 4).

  7. Vyjmeme sklíčko z hlavy konimetru a vložíme je pod mikroskop. Nejprve použijeme objektiv 3.6 a okulár 15. Po nalezené stopy nastavíme mikroskop do režimu temného pole tak, aby hledané částice "svítily". Toho lze dosáhnout pomocí přisvícení objektu světlovodem.

  8. Okulár bez stupnic nahradíme stupnicovým okulárem H8x nebo P15xPo a zároveň zavedeme objektiv 6.8 popř. 20. Po zaostření spočítáme vizuálně všechny částice v několika náhodně vybraných úsecích celé stopy podle obr. 2. Z toho určíme střední počet částic na zvolený počítací úsek a z toho celkový počet částic ve stopě. Při užití okulárových stupnic je třeba vědět, že:

    jeden dílek okuláru H8x při objektivu 20x je 0,011 mm
    jeden dílek okuláru P15xPo při objektivu 20x je 0,0063 mm

  9. Vypočítáme prašnost podle vzorce:

    kde c…průměrný počet částic v jednom úseku
    o…počet úseků na délce stopy
    V…objem prosátého vzduchu zjištěný jako součin průtoku a doby prosávání

  10. Odhadněte tvar popř. velikost částic. Odhadněnte, zda jde o částice převážně minerální nebo převážně organické.

  11. Odhadněte celkovou hmotnost aerosolu v jednotce objemu vzduchu při předpokládané hustotě částic 2,5 gcm-3.

  12. Uvedenými postupy změřte okamžitou prašnost na jednom nebo několika vybraných stanovištích (laboratoř, chodba). Měření na ulici nebo v terénu vyžaduje pohon ventilátoru z baterie 12 V přes měnič 12/220 V AC.

  13. Naměřené výsledky vhodným způsobem zpracujte. Zhodnoťte absolutní a relativní chyby konimetrických měření. Zhodnoťe vlim meteoroliógických podmínek na prašnost.


Kontrolní otázky a úkoly:


  1. Asi 40 % všech aerosolovýh částic nese elektrický náboj. Jak se projeví při konimetrickém měření?



Literatura:

  1. Landsperský H.: Měření povrchu a velikosti částic práškových materiálů, SNTL Praha 1967

  2. Tölgyessy J.: Chémia, biológia a toxikológia vody a ovzdušia, Veda Bratislava 1989

  3. Šimeček J.: Měření a hodnocení pršnosti na pracovištích, ČSVTS Praha 1980

  4. Jokl M.: Interní mikroklima, ventilační a klimatizační technika pro stavební inženýry I., skripta ČVUT Praha 1981










Obr. 2