جمع آوری ذرات از طریق برخورد

جمع آوری ذرات از طریق برخورد

جمع آوری ذرات از طریق برخورد:

هرگاه جریان هوای ذرات به صفحه ای برخورد کنند در جهت جریان تغییر ناگهانی ایجاد می شود و ذرات نمی توانند مسیر حرکت هوا را تعقیب نمایند و در نتیجه بر روی سطح جمع آوری می شوند. به وسایلی که بر اساس پدیدة برخورد کار می کنند ایمپکتور گفته می شود.

مکانیسم نیروی گریز از مرکز:

در این روش که جمع آوری و جداسازی ذرات کل از ذرات قابل استنشاق هم زمان بر اساس نیروی گریز از مرکز صورت    می گیرد؛ یکی از متداول ترین وسایل این مکانیسم سیکلون ها هستند که برای نمونه برداری از ذرات قابل استنشاق استفاده     می شود .در این حالت ذرات درشت موجود در جریان هوای ورودی به سیکلون بر اساس نیروی گریز از مرکز در اثر برخورد با دیواره سیکلون از جریان هوا جدا شده و در انتهای سیکلون ته نشین می شوند و ذرات ریز بر روی فیلتر که در خروجی قرار دارد می نشینند و به دام می افتند.(توضیحات بیشتر در ادامه)

هولدر ها:

وسایلی هستند که در نونه برداری برای قرار دادن فیلتر مناسب در این وسایل و انجام نمونه برداری با آنها توسط پمپ های نمونه برداری است . معمولا همراه با هولدرها از پدهایی نیز استفاده می شود که مانع از پاره شدن فیلتر هنگام نمونه برداری می شود و دارای مزیتهایی از این قبیل و طوری در مسیر جرییان هوا قرار می گیرد که ابتدا هوا از فیلتر عبور می کند و سپس از پد.  

فیلترها :

انواع فیلترها : فیلتر های  1- سلولزی ، 2-  فایبر گلاس ، 3-    فیلتر های پلاستیکی 4- غشایی ،5  -  نوکلئوپور

1-       فیلترهای سلولزی : اغلب فیلترهایی که در این گروه قرار می گیرند از آزمایشگاه شیمی برای جداسازی مواد جامد از مایع استفاده می شود .حجم خاکسترآنها کم است و ضخامت آنها کمتر از25/0 میلی متر است ارزان قیمت بوده و در اندازه های مختلف یافت می شوند .از جمله معایب آن جذب زیاد رطوبت است آنها را برای تجزیه نا مناسب می سازد

2-       فیلتر های گلاس فایبر : نسبت به فیلتر های نوع قبل گران تر بوده و دارای قدرت مکانیکی  کمتری هستند . از جمله محاسن آن عبارت است از جذب کم رطوبت ، تحمل دمای بالا، راندمان جمع آوری بالا ، واکنش پذیری کم و در نمونه برداری در حجم های بالا از آن استفاده می شود . یکی از معایب آن نیز این است که حاوی سیلیس بوده و برای تعیین سیلیس آزاد نمی توان از آن استفاده نمود

3-    فیلتر های پلاستیکی : متداول ترین انواع آن فیلتر Micro sorban   است که از الیاف پلی استیرن که قطر کمتر از یک میکرون دارد ساخته شده است . قدرت مکانیکی پایینی دارد ولی می بایست توسط یک شبکه نگه دارنده که در زیر آن قرار می گیرد حمایت شوند

4-     فیلتر های غشایی : جایی که نمی توان از فیلترهای الیافی استفاده کرد از این فیلترها استفاده می کنند . غشاهای آلی از تشکیل یک ژل حاصل  از کلوئید آلی ساخته می شود . ژل را به صورت لایه ای نازک حدود 15 میکرون که دارای منافذ یکنواخت و یکسانی است در می آورند . و به عنوان فیلتر استفاده می کنند . فیلتر های غشایی از جنس سلولزاستراست ،و کاربرد زیادی در نمونه برداری از هوا دارند . اخیرا فیلتر های غشایی از جنس سلولزی تری استات ، نایلون ، اکریلونیتریل ، تفلون و نقره ساخته شده است .

5-    فیلترهای نوکلئوپور: مشابه فیلتر های غشایی اند ، زیرا منافذ آنها یکسان و یکنواخت است . منافذ این فیلترها استوانه ای شکل است و بر سطح فیلتر عمود هستند . جاذب آب نیستند و از این رو می توان از آنها برای تجزیه به روش وزنی استفاده کرد . ساختار پلی کربناته این فیلترها محکم بوده و بنابراین هنگام استفاده از آنها نیازی به تکیه گاه برای فیلتر نیست . در این فیلترها بررسی میکروسکوپِی نیز امکان پذیر است .

چگونگی انتخاب هولدر ( نگه دارنده ی فیلتر ) برای فیلترهای متفاوت بر حسب :

اندازه فیلتر : برای استفاده از فیلتر می بایست از نوع مناسبی از نگه دارنده استفاده کرد . فیلترها در ابعاد متنوعی اند اما برخی از آنها تنها در یک اندازه ساخته می شوند .

خصوصیات مکانیکی فیلترها : بعضی از نگه دارنده های فیلتر را تنها می توان برای فیلترهایی که قدرت بالایی دارند استفاده کرد . یک فیلتر محکم را می توان در نگه دارنده ی فیلتر ساده بدون صفحه ی تکیه گاه نهاد و مورد استفاده قرار داد . فیلترهای نرم نظیر فایبرگلاس و یا غشایی نیازمند نگه دارنده ای هستند که دارای صفحه تکیه گاه است تا از شکستگی فیلتر جلو گیری شود.

ایمپکتورها : اصطلاح ایمپکتور به گروهی از وسایل جمع آوری کننده آئروسول ها اطلاق می شود که در آنها برخورد ذرات به یک سطح مکانیسم اصلی جمع آوری است . برخورد ذرات به سطح به آن علت اتفاق می افتد که ذرات به سب دارا بودن اینرسی از خط جریان هوا منحرف شده و از آن پیروی نمی کند . برخورد زمانی ایجاد می شود که جریان هوا در مسیر عبور خود به سطح سختی می رسد و آن را دور می زند ذرات به خاطر دارا بودن اینرسی از مسیر جریان پیروی نکرده و به سطح برخورد می کنند و به دام می افتند  . هوای حاوی ذرات از نازل عبور کرده و به صفحه جمع آوری کننده برخورد می کنند     ( این صفحه عمود بر محور نازل می باشد) . جریان هوا در چنین وسیله ای خطی است و ذرات در نازل شتاب می گیرند و سرعت یکسان و یکنواخت به دست می آورد . در خروجی نازل جریان هوا منحرف می شود . ذرات درشت به سطح برخورد کرده و به دام می افتد . ذرات ریزتر که اینرسی کافی را نداشته اند از جریان هوا پیروی کرده و مانع را دور میزنند این وسیله برای تعیین غلظت اندازه ذرات ساخته شده است واز یک سری چهار یا شش تایی جت هوا تشکیل شده است که بر صفحاتی عمود می باشند . روزنه جت ها به طور متوالی کوچکتر شده و این امر باعث می شود که ذراتی که اندازه های مختلفی دارند بر روی صفحات جداگانه ای جمع آوری شوند .

ذرات درشت تر بر روی صفحه اول و ذرات ریزتر به ترتیب کاهش قطر بر روی صفحات بعدی قرار می گیرند . نمونه های جمع آوری شده به کمک میکروسکوپ شمارش شده و یا وزن ذرات ته نشین شده برروی صفحات سنجش و حتی به روشهای شیمیایی تجزیه تعیین مقدار می گردند . عملکرد ایمپکتور ها به جهت جریان فاصله روزنه از صفحه برخورد ، شکل نازل ،و و ذره دارد .

3-      ایمپینجرها ( بطری های گاز شوی ساده ) : این ظروف یکی از پر مصرف ترین وسایل نمونه برداری از هوای آلوده به شمار آمده و متشکل از بطری های شیشه ای با اندازه های جاذب قرار دارد و تقریبا تا انتهای ظرف ادامه دارد وارد جاذب گشته و پس از عبور از درون جاذب ، از مجرای خروج ، خارج می گردد . عبور اجباری هوا  از درون جاذب موجب می گردد که هوا ، گازها و بخارات همراه خود را در آن به جای گذارد. این بطری ها از نظر

اندازه به سه نوع دیده می شوند : ایمپینجر بزرگ ( گرین بورگ اسمیت)متوسط ( مید جت ایمپینجر ) ، و کوچک ( میکرو ایمپینجر).

4-      سیکلون ها : سیکلون ها از مهمترین وسایلی هستند که بر اساس خاصیت گریز از مرکز به جمع آوری ذرات می پردازند . این وسیله و مکانیسم آن یکی از موثرترین روش های نمونه برداری است و به همین دلیل در مقیاس صنعتی به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرد. سیکلون ها به صورت پلاستیکی و آلومینیومی می باشند که اندازه های کوچک آن برای نمونه برداری و اندازه های بزرگ آن برای پلاک سازی هوای محیط مورد استفاده قرار می گیرد . سیکلون ها مخروط ناقص فلزی یا پلاستیکی است که  هوای حاوی ذرات از روزنه ای در آن وارد شده و پس از حرکت مارپیچ به طرف پایین ، سرانجام به واسطه تغییر مسیر در انتهای سیکلون از قسمت  بالای آن خارج می شود . هنگام چرخش هوا در سیکلون ، ذرات درشت (غیر قابل استنشاق ) به دلیل نیروی گریز از مرکز از جریان هوا جدا شده و در قسمت پایین وسیله جمع می شوند . ذرات ریزتر ( قابل استنشاق ) نیز همراه جریان هوا به طرف مجرای خروجی حرکت کرده و در صورت قرار دادن فیلتردر مسیر جریان هوا ،بر روی فیلتر به دام می افتد . از مزایای این وسیله نمونه برداری می توان به قیمت مناسب ، سهولت استفاده ، بی نیازی به مواد خاص و عدم احتمال ورود مجدد ذرات به جریان هوا اشاره کرد .