[發明專利]一種呼吸性粉塵及總粉塵個體采樣器(測頭部分)

無效

• 申請號: 86103666.2
• 申請日: 1986-05-31
• 公開（公告）號: CN1004378B
• 公開（公告）日: 1989-05-31
• 發明（設計）人: 劉凡
• 申請（專利權）人: 中國預防醫學科學院環境衛生與衛生工程研究所
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明為一種測定在有粉塵污染的環境中工作的工人一個工作班（接八小時計算）所吸入到人體呼吸系統內的粉塵粒子（總粉塵）及進入到人體肺部的粉塵粒子（呼吸性粉塵）重量濃度的裝置，由工人佩戴在呼吸帶處，可作為對于作業場所進行衛生學評價的測試儀器。

評價作業場所對人體的危害程度，國內目前還沒有個體采樣的方法與儀器，而通常采用定點短周期采樣方法。這種方法的測定結果往往與進入人體內的粉塵劑量相關系數很小，與作業場所中的粉塵對人體的實際危害程度相關系數也很小。因此國外自六十年代開始已著手個體采樣理論及技術的研究工作。這些研究工作主要從兩個方面進行。第一研究粒子在人體呼吸系統內各部位的沉積機理，提出了粒子在呼吸系統內（尤其是肺部）沉積效率曲線，建立了相應的衛生標準，目前國際上普遍采用的呼吸性粉塵衛生標準有兩種即：美國政府衛生工作者會議標準（ACGIH）和美國醫學研究會標準（BMRC）（圖1）;第二研制了多種能在不同工作環境中使用的個體采樣器。個體采樣器的收集效率應滿足呼吸性粉塵的衛生標準;儀器的入口應符合總粉塵的衛生標準。為實現上述要求，個體采樣器應帶有分粒裝置，它對于粒子的捕集特性應與粒子在人體肺部的沉積規律一致。這種分粒裝置通常的形式有水平淘析式，旋風式、沖擊式三種。國外這幾種形式的個體采樣器在技術上仍存在一些問題尚未很好解決。如：水平淘析式體積過大不便于工人佩戴;旋風式加工復雜且不便于測定總粉塵;沖擊式的捕集效率曲線斜率比衛生標準曲線斜率大且存在粒子反彈問題等。

本發明的目的是提供一種具有上述幾種形式分粒裝置的優點，結構簡單、易加工，便于佩戴且適合我國國情的個體粉塵采樣器。

本發明的主要特征之一為分粒裝置模擬ACGIH衛生標準采用改進型沖擊器結構-主沖擊器即：將通常沖擊器的單噴孔改為多個等直徑噴孔來實現，克服了原有沖擊器結構本身存在的問題。在用沖擊器模擬粒子在人體肺部沉積曲線方面，美國學者Marple在1983年曾提出采用復合噴孔結構，但是在儀器的加工與使用上都有很大困難。由流體力學及沖擊器原理：當噴孔雷諾數Re較小時，噴孔內邊界層變厚，出口速度呈二次方分布，出口斷面各點速度差異較大，使得粒子在出口不同位置具有不同的能量，從而使捕集效率曲線的斜率減小。沖擊器的基本公式如下：

〈＆＆〉

其中：D_P50-捕集效率為50%時的粒子直徑。這一參數由衛生標準曲線確定（ACGIH曲線為3.5微米）;

St_K50-捕集效率為50%時的斯托克斯數。當噴孔Re在100～3000范圍內時為一常量（St^1/2_K50＝0.47）;

D₀V₀-噴孔直徑、氣流平均速度;

C-Cunningham修正系數;

μ-氣體介質的粘度;

ρp-粒子的密度。

由上式可以看出，當D_P50被限定后，D₀/V₀應為一定值。通過數學推導有下式成立：

當流量Q₁＝fQ。時，D₁＝f1/3D₀，Re₁f2/3Reo改進型沖擊器噴孔數目增加到8個，每個噴孔流量降低了8倍，噴孔雷諾數Re由1000下降到200，使主沖擊器捕集效率曲線能很好地與ACGIH衛生標準曲線吻合（圖2）。主沖擊器結構見（圖3）。

本發明的另一主要特征為設計了一個符合我國關于總粉塵定義現行國家標準的采樣器入口。目前我國還沒有呼吸性粉塵衛生標準在設計采樣器入口時所采用的依據為我國現行國家標準，而沒有采用英美等西方國家所普遍采用的標準，有利于在今后一個時期內廣泛推廣應用。個體采樣器由工人佩戴在工作車間等室內使用，可以看作是在靜止空氣中采樣，它符合匯點流動模型。根據這一模型，采樣器的入口結構為直徑26毫米的圓筒壁上互成90度布三個直徑6毫米圓孔（圖5）。這種結構滿足匯點流動模型的條件，克服了粒子量力及慣性力對采樣真實性的影響。對于空氣動力直徑等于30微米的粒子，吸入效率為0.94。