Dosimètre pour polluants gazeux
L'invention concerne un dosimètre individuel servant à enregistrer les polluants gazeux de l'atmos-
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mètre capable de recueillir une quantité de polluant proportionnelle à la concentration atmosphérique moyenne de polluant pour faciliter la détermination du taux intégré d'exposition au polluant.
En réponse aux préoccupations croissantes au
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des polluants nocifs contenus dans l'air, il est devenu
<EMI ID=3.1> atmosphériques. Une réalisation faite dans ce but consiste en une pompe à air assez grande, refoulant l'air à échantillonner à travers un filtre qui retient les polluants en particules. Evidemment, cette solution ne peut pas servir à surveiller les polluants gazeux, et, même pour les particules, elle ne permet pas de déterminer avec précision la concentration des particules dans l'atmosphère échantillonnée.
On utilise aussi des appareils individuels d'échantillonnage, portés par chaque travailleur et qui recueillent passivement les polluants. Par exemple, un appareil utilisant la diffusion moléculaire du gaz à surveiller pour recueillir l'échantillon est décrit dans American Industrial Hygiene Association Journal, volume
34, pages 78 à 81 (1973). Cet appareil ainsi que d'autres similaires, appelés "tubes à chocs", sont souvent encombrants à utiliser car leur conception et leur structure délicate obligent à les orienter toujours convenablement pour échantillonner l'atmosphère avec précision et, pour éviter la dislocation des mécanismes d'échantillonnage placés à l'intérieur du tube.
Le marché ressent donc toujours le besoin d'un
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précise les polluants gazeux en proportion de leur concentration atmosphérique moyenne.
L'invention concerne un dosimètre individuel servant à recueillir un polluant gazeux en proportion
de sa concentration ambiante moyenne pendant le temps
de collecte, et caractérisé par le fait qu'il comprend essentiellement un réceptacle fermé, un milieu collecteur de polluant gazeux, placé dans le réceptacle, un dispositif de diffusion faisant partie de la paroi externe
du réceptacle et comprenant de multiples canaux la tra-
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luant gazeux diffuse à travers ceux-ci, de l'atmosphère à l'intérieur du réceptacle, les canaux ayant chacun
la seule communication entro l'atmosphère et l'intérieur du réceptacle, ainsi qu'une feuille inerte, hydrophobe et poreuse, couvrant les ouvertures intérieures desdits canaux.
La figure 1 est une perspective agrandie d'un dispositif de diffusion utilisable dans le dosimètre selon l'invention; la figure 2, une vue par le haut d'un dosimètre pour polluants gazeux comprenant le dispositif de diffusion de la figure 1; la figure 3, une vue partielle en perspective du dosimètre de la figure 2; la figure 4 une vue éclatée d'un autre dosimètre selon l'invention; la figure 5, une coupe du dosimètre de la figure 4, à l'état assemblé.
Les dosimètres selon l'invention recueillent un polluant gazeux en proportion de sa concentration moyenne dans l'atmosphère pendant le temps de collecte, et ils permettent une détermination commode de cette concentration. On y parvient en échantillonnant passivement le polluant gazeux dans l'air ambiant en proportion de sa concentration dans celui-ci, en laissant le polluant diffuser dans une partie intérieure du dosimètre, où il est retenu par un milieu collecteur qui. s'y trouve, jusqu'à ce qu'il soit dosé.
Le milieu collecteur retient le polluant gazeux ou ses ions sous une forme plus facile à doser que la forme gazeuse. Après la collecte, on retire le milieu du dosimètre et on le traite par des réactifs appropriés pour obtenir une couleur dont l'intensité dépend de la quantité de polluant gazeux recueillie. On peut alors déterminer la moyenne de la concentration ambiante dans le temps, comme expliqué plus loin, avec un colorimètre ou un apectrophotomètre, préalablement étalonné. A titre de variante, on peut séparer le polluant du milieu collecteur et déterminer sa quantité, par exemple par chromatographie gazeuse, les résultats de l'analyse par chromatographie gazeuse ayant été préalablement étalonnés relativement à des moyennes connues de la concentra-
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matière qui absorbe ou adsorbe le polluant gazeux à mesurer, ou qui réagit sur celui-ci, ou qui entre en interaction avec lui d'une autre manière. Quel que soit le mode d'interaction entre le milieu et le polluant, il faut que la quantité ou la concentration du milieu collecteur dans le dosimètre soit suffisante pour une
interaction complète avec la quantité totale de polluant gazeux qu'il est prévu de recueillir. Le milieu collecteur doit être souvent spécifique du polluant gazeux particulier à surveiller. Des exemples, considérés comme représentatifs mais non limitatifs, sont des solutions aqueuses d'oxydants ou de triéthanolamine pour absorber le dioxyde d'azote, des solutions de tétrachloromercurate de potassium ou de sodium pour absorber le dioxyde de soufre, des solutions d'acide sulfurique ou d'autres acides pour absorber l'ammoniac, et de l'eau distillée ou une solution de bisulfite de sodium pour absorber
le formaldéhyde. On peut utiliser le charbon de bois
ou un carbone en poudre de grande surface spécifique, des poudres de métaux ou des sels métalliques pour adsorber beaucoup d'autres polluants organiques.
Des méthodes permettant de doser par exemple par colorimétrie le dioxyde de soufre, le dioxyde d'azote, l'ammoniac ou le formaldéhyde dans l'air sont décrites dans des documents du National Instituts for Occupational Safety and Health, à savoir respectivement les méthodes n[deg.] 160 (publication 121, 1975), 108 (publica-
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blication 136, 1974). Les techniques décrites peuvent facilement être adaptées, en ce qui concerne la solution absorbante et les réactifs formateurs de couleur, en vue de leur utilisation pour la collecte au moyen du dosimètre selon l'invention.
Un mode d'exécution préférentiel de l'invention. est représenta par les figures 2 et 3 et décrit ci-après. Une feuille de base, 3, d'une matière polymère
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cle du dosimètre. La feuille est de préférence transparente et thermoplastique et peut être formée de polymères d'oléfine, de polymères halogénés, de polyesters ou de résines ionomères. Des matières préférentielles sont les résines ionomères décrites dans le brevet des
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contenant 3 à 8 atomes de carbone, dans lesquels 10 à
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métalliques.
La grandeur de la feuille 3 n'est pas critique mais de préférence, elle est d'une grandeur s'adaptant facilement à son utilisation dans un dosimètre individuel, que le sujet peut facilement porter sur lui ou transporter. Le milieu collecteur est placé dans la partie centrale de la feuille 3. Quand le milieu est un liquide, on peut y parvenir en formant d'abord une dépression. dans la partie centrale de la feuille, par application d'une pression à celle-ci au moyen d'une matrice appropriée, chauffée ou non. La zone de dépression de la feuille 3 est la partie centrale de l'intérieur 5 du dosimètre.
Une fois que le milieu collecteur a été placé
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le supérieure 4, qui correspond à. la feuille 3, par sa composition et, pratiquement, par sa grandeur. On applique alors de .la chaleur et une pression aux trois zones 6 pour assurer des liaisons étanches et permanentes sur les trois bords correspondants des feuilles 3 et 4. On peut aussi utiliser des adhésifs ou d'autres moyens de liaison à condition que les liaisons soient permanentes et étanches et que l'adhésif soit inerte vis-à-vis du milieu collecteur.
Un dispositif allongé de diffusion des gaz 1, présentant de multiples canaux le traversant de part
en part, 2, est placé parallèlement au quatrième bord, libre, de la feuille de base 3, à proximité de celui-ci,
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supérieure 4 et au ras de celui-ci. les canaux ouverts 2 du dispositif 1 sont donc orientés parallèlement au plan de la feuille 3 et perpendiculairement aux quatrièmes bords des feuilles 3 et 4. Sur le côté intérieur
7 du dispositif 1, les ouvertures des canaux situées
de ce côté intérieur sont couvertes par une feuille hydrophobe poreuse, qui sera décrite plus en détail ci-après. Le dispositif de diffusion 1 , ainsi placé entre les feuilles 3 et 4, est réuni aux feuilles par l'applica-
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miquement inertes vis-à-vis de celui-ci.
La jonction entre le dispositif de diffusion
1 et chacune des feuilles 3 et 4 doit être étanche aux liquides et à l'air, renfermant ainsi complètement l'intérieur 5 du réceptacle formé par les feuilles 3 et 4. Les positions relatives du dispositif de diffusion 1
et des feuilles 3 et 4 sont telles que les canaux 2 assurent la seule communication entre l'atmosphère et .6 l'intérieur 5 du réceptacle.
Il est aussi possible de réaliser le dosimètre des figures 2 et 3 en effectuant en dernier lieu la mise en place du milieu collecteur, lorsque c'est un liquide.
En pareil cas, le dosimètre est réalisé par ailleurs de la façon décrite plus haut. On peut placer le milieu collecteur en perçant la feuille supérieure à un endroit approprié avec une aiguille hypodermique et en injectant à l'intérieur une quantité mesurée du milieu collecteur.
On peut boucher thermiquement le trou pratiqué par l'aiguille hypodermique.
Le dispositif de diffusion 1 permet au polluant gazeux de diffuser à travers chacun des canaux 2 conformément à la loi de Fick qui, telle qu'elle est applicable ici, s'exprime sous la forme :
M = D.C-t A/L
dans laquelle :
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D = coefficient de diffusion du polluant gazeux à travers
l'air (cm<2>/min),
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t = temps d'exposition (min),
A = aire de section du canal (cm )
L = distance dans la direction de diffusion (ici longueur
du canal) (cm).
Les valeurs de D pour divers polluants gazeux se trouvent facilement dans la littérature. Le caractère d'intégration du dosimètre est assuré par le fait que le transfert du polluant gazeux à travers les canaux s'effectue purement par diffusion, à une vitesse qui est une fonction linéaire de sa concentration atmosphérique.
Le dispositif de diffusion des gaz 1 est de préférence formé de matières non hygroscopiques et in.ertes aussi bien chimiquement que physiquement vis-à-vis
du polluant gazeux et du milieu collecteur. Des exemples sont le polyéthylène, le polypropylène, des polymères
ou copolymères du tétrafluoréthylène et de l'hexafluoro-propylène, et l'acier inoxydable. Les polymères susdits sont préférentiels car ils sont faciles à mouler par injection.
Comme on peut le voir par la loi de Fick, le
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tité de polluant gazeux recueillie, car ils influent sur l'aire totale de section disponible pour le transfert.
La quantité de polluant recueillie est aussi inversement proportionnelle à la longueur des canaux. Bien que ces <EMI ID=19.1> <EMI ID=20.1>
fusion, on a trouvé que, lorsque chacun des canaux a
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rence d'au moins 4,5, le dosimètre atteint l'insensibilité désirée au mouvement atmosphérique relatif produit par le vent ou par les mouvements du porteur. On a trouvé en outre qu'en utilisant environ 5 à 500 canaux, de préférence 10 à 100 canaux, ayant chacun un diamètre d'envi-
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qui est suffisamment sensible aux basses concentrations ambiantes de polluant, mais qui est encore d'une dimension assez réduit e .
On place une feuille hydrophobe poreuse d'une
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canaux situées du côté intérieur, 7, du dispositif de diffusion 1, le côté communiquant avec l'intérieur 5 du dosimètre. La feuille peut être formée par exemple de
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fluoropropylène. La feuille a pour fonctions d'une part d'empêcher la solution absorbante, si l'on utilise cette forme de milieu collecteur, d'affluer aux canaux: du dispositif de diffusion 1, et, d'autre part, de diminuer encore la sensibilité aux mouvements atmosphériques.
En conséquence, il faut choisir la porosité de la feuille et la grandeur de ses pores de façon telle que ces fonctions s'accomplissent sans gêner le passage du polluant gazeux, de l'extrémité intérieure des canaux à la solution absorbante. Autrement dit, la diffusion de polluant gazeux à travers cette feuille doit être notablement plus grande que la diffusion à travers les canaux de sorte que la vitesse globale de diffusion n'est pratiquement déterminée que par les canaux. On a trouvé qu'une feuille
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lise des canaux comme ceux qui ont été décrits plus haut.
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et le dosimètre des figures 2 et 3 sont un exemple de réalisation préférentiel de l'invention, mais l'invention n'y est pas limitée. Le dispositif de diffusion, par exemple, peut être sous la forme d'un tampon adapté de façon étanche entre les faces de la feuille 3 et de la feuille 4. De façon similaire, le réceptacle du dosimètre
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décrit ci-dessus, mais il pourrait avoir, par exemple, la forme d'une cuvette rigide.
Un tel mode d'exécution de l'invention est représenté par les figures 4 et 5. Celles-ci montrent un dosimètre individuel composé d'une cuvette circulaire
de base 8 présentant des parois cylindriques qui définissent une cavité ouverte 9. La cuvette de base 8 est munie d'un rebord 13 présentant une ouverture circulaire
14 qui permet de fixer facilement le dosimètre assemblé aux vêtements d'une personne. Un chapeau circulaire 11 , adaptable avec frottement, coopère de façon étanche avec la cuvette de base 8, de manière à fermer la cavité 9. Le chapeau 11 est percé de multiples canaux 12 à section circulaire, se dirigeant vers la cavité 9. Le chapeau
11 contenant les canaux joue le rôle d'un dispositif
de diffusion des gaz, obéissant à la loi de Fick et,
par suite, le nombre, la longueur et le diamètre des canaux 12 du chapeau 11 sont choisis de la façon décrite plus haut pour les canaux 2 du dispositif de diffusion
1.
Le chapeau 11 et la cuvette de base 8 sont de préférence formés de matières non hygroscopiques et inertes aussi bien chimiquement que physiquement vis-à-vis du polluant gazeux et du milieu collecteur. Les matières décrites pour la construction du dispositif de diffusion 1 sont également préférentielles pour la fabrication
du chapeau 11 et de la cuvette de base 8.
Une feuille inerte, hydrophobe et poreuse, 10, est placée par dessus les ouvertures des canaux sur la face intérieure du chapeau 11. Cette feuille joue les
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puisse utiliser n'importe quelle matière inerte hydrophobe ayant les caractéristiques physiques ci-dessus.
Après assemblage, l'adaptation par frottement entre la cuvette de base 8 et le chapeau 11 assure l'étanchéité aux liquides et à l'air, fermant ainsi complètement la cavité 9 de la cuvette 8. :Ainsi, les canaux
12 du chapeau 11 assurent la seule communicatior entre l'atmosphère et la cavité 9 ainsi que le milieu collecteur qu'elle contient. De préférence, le milieu collecteur remplit complètement la cavité 9, et il y est retenu par la feuille 10, qui l'empêche de fuire par les canaux 12.
En service, un dosimètre selon l'invention est exposé à l'air contenant le polluant gazeux pendant le laps de temps pour lequel on recherche la concentration moyenne de polluant. Si le milieu collecteur est une solution absorbante par exemple, on retire alors du dosimètre une quantité mesurée de la solution, par exemple au moyen d'une seringue hypodermique.
Si on veut faire l'analyse par photométrie,
on mélange la solution absorbante retirée avec des réac-tifs appropriés formateurs de couleur, qui changent la couleur de la solution absorbante. L'intensité de la couleur ainsi formée dépend de la quantité de polluant gaz-Aux recueillie. Bien qu'il soit souvent désirable d'avoir un dosimètre autonome comme celui que décrit
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tifs sont contenus dans le dosimètre et aucun retrait de matière n'est nécessaire, cela est parfois impossible. Un exemple est fourni par le cas où les réactifs sont fortement acides, comme dans la formation de couleur pour le dosage du formaldéhyde, où les réactifs sont l'acide chromatropique et l'acide sulfurique. Dans les cas de ce genre, il est difficile de conditionner les réactifs sous une forme stable et sans danger, et le dosimètre simple selon l'invention convient bien à ces application.,
Le dosimètre selon l'invention peut être étalonné pour donner une relation directe entre les lectures colorimétriques ou spectrophotométriques et la concentration ambiante moyenne du polluant gazeux. On peut y parvenir en suivant une méthode d'étalonnage similaire à celle qui est décrite dans le brevet des E.U.A. n[deg.]
4 208 371 . Suivant une telle méthode, on expose plusieurs dosimètres, pendant un laps de temps donné, à diverses concentrations connues d'un polluant pour laquelle on recherche l'étalonnage. Les dosimètres contiennent les mêmes sortes et les mêmes quantités de milieu collecteur. On détermine par exemple des lectures spectrophotométriques pour au moins deux dosimètres et pour plusieurs concentrations connues, et on trace une droite passant par les points de données ainsi obtenus, en appliquant l'analyse par moindres.carrés.
REVENDICATIONS
1. Dosimètre individuel servant à recueillir un polluant gazeux en proportion de sa concentration ambiante moyenne pendant le temps de collecte, et caractérisé par le fait qu'il comprend essentiellement un réceptacle fermé, un milieu collecteur de polluant gazeux, placé dans le réceptacle, un dispositif de diffusion faisant partie de la paroi externe du réceptacle
et comprenant de multiples canaux la traversant de part
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fuse à travers ceux-ci, de l'atmosphère à l'intérieur du réceptacle, les canaux ayant chacun un rapport lon-
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cation entre l'atmosphère et l'intérieur du réceptacle, ainsi qu'une feuille inerte, hydrophobe, et poreuse, couvrant les ouvertures intérieures desdits canaux.