CZ24156U1 - Permeaění cela pro sledování permeace toxických látek bariérovými materiály - Google Patents

Description

Oblast technikv

Technické řešení se týká permeační cely se zabudovaným vysoce citlivým reverzibilním QCM (Quarz Crystal Microbalance) detektorem s polymemí nebo nanoporézní keramickou detekční vrstvou, pro kontinuální sledování průběhu permeace toxických látek bariérovými materiály, používanými při výrobě ochranných prostředků a obalů po jejich kontaminaci kapalnou nebo plynnou fázi toxické látky a to ve statických, dynamických i aerodynamických podmínkách. Dosavadní stav technikv

Ke sledování průniků toxických par a plynů, zejména pak bojových chemických látek (BOL) s perkutánním účinkem bariérovými materiály, se dosud nejčastěji používají metody založené na periodickém kvantitativním zachycování Škodlivin z kontaminovaného vzduchu prošlého zkoušeným materiálem do vhodného kapalného média nebo pevného sorbentu a na následném stanovení zachyceného množství testovací látky běžnými analytickými metodami, založenými buď na barevné reakci s testovací látkou, nebo na jejím stanovení s použitím plynové či kapalinové ts chromatografie, hmotnostní spektrometrie, čidel tepelné vodivosti nebo vodivostních, plamenoionizačních, fotoionizačních detektorů či detektorů pohyblivých iontů.

Nevýhodou většiny těchto postupů je především diskontinuálnf odběr vzorků ve větších časových intervalech a nutnost jejich následného vyhodnocení odděleně od vlastního průběhu permeačního procesu buď s využitím barevných analytických reakcí nebo většinou pomocí náklad20 ných instrumentálních zařízení. Nevýhodou je často také značná zdlouhavost a pracnost použitého analytického postupu bez digitálního výstupu, což značně komplikuje automatizaci měření a zpracování dosažených výsledků. Jednoduché kolorimetrické metody určování okamžiku průniku nebezpečného množství toxické látky pomocí barevné změny vhodného indikátoru zase neumožňují kvantitativní sledování průběhu permeace, ani digitální záznam průběhu měření.

Podstata technického řešeni

Cílem je vytvoření univerzální permeační cely pro sledování permeace toxických látek bariérovými materiály s jejich rychlou výměnou jak pro kapalné a nebo plynné fáze testovacích látek, dokonale imitující reálné externí podmínky, se všemi možnostmi permeačních měření v otevřené nebo uzavřené smyčce podle platných norem, přičemž uvedeného cíle je dosaženo uspořádáním permeační cely podle předloženého technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že permeační cela sestává ze vzájemně osově uspořádaných těles, tvořených zejména kontaminační komorou s těsnicím víkem, dosedající prostřednictvím příruby přes zkoumaný bariérový materiál na kruhové čelo válcové detekční komory, vybavené po straně horním vývodem a spodním vývodem nosného plynu a mezi nimi na těsno uchycenou difuzní deskou a vespod dále opatřenou utěsněnou vyjímatelnou detekční vložkou s reverzibilním QCM senzorem, jakož i spodní přírubou k dosedání na kruhové okraje spodního nosného tělesa s postranním konektorem pro ostatní elektrické prvky detekční vložky, přičemž soustavu osově uspořádaných těles obepíná z vnějšku alespoň dvojice třmenů rychloupínací svorky, jejíž základnou osově proniká aretační šroub utahovací hlavy, tvořící zároveň stojan permeační cely.

Výhodou permeační cely je vysoce citlivý QCM senzor s polymemí nebo nanoporézní keramickou detekční vrstvou, umístěným v těsné blízkosti testovaného bariérového materiálu, takže zejména počáteční velmi nízká koncentrace testovací látky pronikající zkoušeným bariérovým materiálem nezávisí na délce a materiálu trubiček, odvádějící obvykle tuto koncentraci ke vzdálenému senzoru nebo k absorbéru. Vestavěný QCM senzor tak reaguje na změnu koncentrace rychle a kontinuálně, není potřeba pronikající testovanou látku zachycovat nebo koncentrovat v pravidelných časových intervalech v kapalném médiu nebo pevném adsorbentu a nedochází tak k častým ztrátám, obvyklých při těchto pomocných procesech. Měření pomocí QCM senzoru je

-1CZ 24156 Ul nedestruktivní, takže k výstupu z permeační cely je možno připojit paralelní další zařízení umožňující vystupující koncentraci sledovat i jiným analytickým postupem nebo současně kalibrovat pomocí jiného, již zkalibrovaného zařízení (například pomocí MiniRAE s PÍD senzorem), nebo podle potřeby zachycovat ve vhodném médiu a pro kontrolu správnosti a přesnost měření stáno» vit standardní analytickou metodou.

Výhodné se podle technického řešení jeví, že detekční vložka je osazena reverzibilním QCM senzorem s horizontální nebo vertikální montáží, který je opatřen polymemí nebo nanoporézní detekční vrstvou a pozlacenými držáky křemenného krystalu AT řezu, paticí i kontakty, které jsou přes teflonovou podložku pripájeny ke kruhové destičce plošného spoje rezonátoru s refe10 renčním QCM krystalem, a opatřené vnitřním konektorem, který je dále elektricky propojen s vnějším konektorem pro převod digitálně generovaných permeačních dat přes interface do počítače k ukládání a k dalšímu zpracování.

Použitý QCM senzor s vertikální nebo horizontální montáží má velmi malé rozměry, je poměrně levný a pri poruše snadno vyměnitelný. Pracuje spolehlivě v dosti širokém rozmezí teplot, při15 čemž vliv vlhkosti a teploty na správnost a přesnost lze kompenzovat buď pri konstantní teplotě a vlhkosti, nebo opravným faktorem měřením. Senzor lze snadno kalibrovat známou koncentrací použité testovací látky. Výhodou je též značná univerzálnost, což znamená, že jedním typem senzoru lze opakovaně sledovat průběh permeace většiny těkavých toxických látek, včetně BOL, i když s různou citlivostí a nutností kalibrace každého senzoru pro každou testovací látku.

Přehled obrázků na výkresech

Další výhody a účinky předloženého technického řešení jsou patrny z připojených výkresů, kde značí:

obr. 1 základní uspořádáni permeační cely ve vertikálním řezu, obr. 2 příčný částečný řez detekční vložkou s reverzibilním QCM senzorem, obr. 3 modifikace permeační cely s uzavřeným horním a spodním vývodem z detekční komory, obr. 4 modifikace permeační cely s těsnicím víkem upraveném pro přívod plynné toxické látky s uzavřeným horním vývodem s použitím pro prodyšné bariérové materiály, obr. 5 modifikace permeační cely s těsnicím víkem vybaveném zúženým vnitřním otvorem pro trubici externího vstřikovacího zařízení toxické látky k bodovému zkoumání permeace bariéro30 vého materiálu, obr. 6 modifikace permeační cely s horním vývodem reverzibilně připojeným na plnicí externí zařízení s toxickou látkou, obr. 7 modifikace permeační cely s těsnicím víkem upraveném pro přívod a odvod plynné toxické látky s použitím pro neprodyšné bariérové materiály.

Příklady provedení technického řešení

Permeační cela (obr. 1) pro sledování permeace toxických látek bariérovými materiály sestává podle jednoho z příkladného technického provedení ze vzájemně osově uspořádaných těles, tvořených zejména kontaminační komorou 1 pro toxickou látku 29 s těsnicím víkem 2, dosedajícím prostřednictvím příruby 3 přes zkoumaný bariérový materiál 4 na kruhové čelo 5 válcové detekč40 ní komory 6, vybavené po straně horním vývodem 7 a spodním vývodem 8 nosného plynu a mezi nimi natěsno uchycenou difuzní deskou 9 a vespod dále opatřenou utěsněnou avšak vyjímatelnou detekční vložkou 10 s reverzibilním QCM senzorem 11, jakož i spodní přírubou 12 k dosedám na kruhové okraje 13 spodního nosného tělesa 14 vybaveného vnějším konektorem J_5 i pro ostatní elektrické prvky 16 detekční vložky IQ, přičemž soustavu osově uspořádaných těles obepíná z vnějšku alespoň dvojíce stahovacích třmenů 1_7 rychloupínací svorky 18. jejíž základnou osově proniká aretační Šroub 19 utahovací hlavy 20, tvořící zároveň stojan permeační cely.

-2CZ 24156 Ul

Permeační cela (obr. 3) může být variabilně provozována s tím, že například homí vývod 7, jakož i spodní vývod 8 mohou být uzavřeny zátkami 22 nebo neznázoměnými ventily.

Pro prodyšné bariérové materiály 4 může být těsnicí víko 2 různě upraveno, například je opatřeno přívodem 21 pro plynné toxické látky a zároveň homí vývod 7 na válcové detekční komoře 6 je uzavíratelný neznázorněným ventilem nebo zátkou 22 apod. (obr. 4).

V další možné modifikaci (obr. 5) je u permeační cely těsnicí víko 2 vybaveno zúženým vnitřním otvorem 23 pro trubici 24 externího vstřikovacího zařízení 25 toxické látky 29 k bodovému zkoumání permeace bariérového materiálu 4, přičemž jak homí vývod 7, tak i spodní vývod 8 jsou dle zvoleného pracovního postupu například uzavřeny.

Jak je patmé z obr. 6 lze k hornímu vývodu 7 reverzibilně připojit plnicí externí zařízení 26 s toxickou látkou 29 pro kalibraci, zatímco spodní vývod 8 zůstává otevřený k připojení na neznázoměné filtrační zařízení.

Pro účely zkoumání neprodyšných bariérových materiálů 4 je těsnicí víko 2 vybaveno přívodem 21 a odvodem 21' toxické látky, homí vývod 7 a spodní vývod 8 zůstávají průchodné.

Nosný plyn obsahující po průchodu válcovou detekční komorou 6 toxický kontaminant, pokud je u permeační cely podle některých z jejich variant použit, je zpravidla spodním vývodem 8 odváděn do neznázorněného filtračního zařízení zabraňujícího kontaminaci okolního prostředí.

Hermetičnost všech Částí sestavy permeační cely zabezpečují v průběhu měření těsnicí o-kroužky 27 z VITONU nebo ploché kroužky 28 z obdobného materiálu, umístěné na všech exponovaných místech, případně uspořádané spolu s kruhovými labyrintovými ucpávkami na čelech vzájemně na sebe dosedajících těles permeační cely.

Detekční vložka JO (obr. 2) je osazena reverzibilním QCM senzorem jj. s horizontální montáží, případně s montáží vertikální (neznázorněnou), který je opatřen polymemí nebo nanoporézní detekční vrstvou 30 a pozlacenými držáky 31 křemenného krystalu 32 AT řezu, patici 33 i kontakty 34, které jsou přes teflonovou podložku 35 pripájeny ke kruhové destičce 36 plošného spoje rezonátoru 37 s referenčním QCM krystalem 38, opatřené vnitřním konektorem 39, který je dále elektricky propojen s vnějším konektorem 15. ze kterého odcházejí generovaná permeační data přes neznázorněnou interface do počítače, kde se ukládají a s pomocí speciálního software dále zpracovávají.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Permeační cela pro sledování permeace toxických látek bariérovými materiály, vyznačující se tím, že sestává ze vzájemně koaxiálně uspořádaných těles, tvořených zejména kontaminační komorou (l) s těsnicím víkem (2), dosedající prostřednictvím příruby (3) přes zkoumaný bariérový materiál (4) na kruhové čelo (5) válcové detekční komory (6), vybavené po straně horním vývodem (7) a spodním vývodem (8) nosného plynu a mezi nimi natěsno uchycenou difuzní deskou (9), a vespod dále opatřené utěsněnou avšak vyjímatelnou detekční vložkou (10) s reverzibilním QCM senzorem (11), jakož i spodní přírubou (12) k dosedání na kruhové okraje (13) spodního nosného tělesa (14) s postranním konektorem (15) pro ostatní elektrické prvky (16) detekční vložky (10), přičemž soustavu osově uspořádaných těles obepíná z vnějšku alespoň dvojice stahovacích třmenů (17) rychloupínací svorky (18), jejíž základnu osově prostupuje aretační šroub (19) utahovací hlavy (20), tvořící zároveň stojan permeační cely.
2. 2. Permeační cela podle nároku 1, vyznačující se tím, že detekční vložka (10) je osazena reverzibilním QCM senzorem (11) s horizontální montáží nebo s montáží vertikální, který je opatřen polymemí nebo nanoporézní detekční vrstvou (30) a pozlacenými držáky (31)

   -3CZ 24156 Ul křemenného krystalu (32) AT řezu, paticí (33) i kontakty (34), které jsou přes teflonovou podložku (35) s těsnicím o-kroužkem (27) připájeny ke kruhové destičce (36) plošného spoje rezonátoru (37) s referenčním QCM krystalem (38), opatřené vnitřním konektorem (39), kterýje dále elektricky propojen s vnějším konektorem (15), pro převod generovaných permeaěních dat přes
3. 5 interface do počítače k dalšímu zpracování.