RU2204120C2

RU2204120C2 - Device to take samples of microbic aerosols

Info

Publication number: RU2204120C2
Application number: RU2001115417/12A
Authority: RU
Inventors: О.Д. Оленин
Original assignee: Оленин Олег Дмитриевич
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: analytical instrumentation, sampling of aerosols for subsequent microbiological examination. SUBSTANCE: given device includes impactor in the form of one or several split circular collectors with annular groove towards axial hole. Inlet branch pipe of impactor is presented by upper part of axial hole limited by inner wall of collector. Branch pipe is shut by multinozzle grate. Lower part of axial hole communicates with rarefaction source controlled by electronic unit. Sample-taking element-Petri dish with dense nutrient medium is placed under multinozzle grate. Circular collector is provided with adjusting socket to accommodate Petri dish which includes supports-flexible cantilever springs or springy rubber bushings anchored on collector, under dish, and installed in annular groove of collector and elastic spring or rubber locks bordering on wall of dish. Socket has lockpins installed in multinozzle grate and resting against inner surface of Petri dish. Rigidity of structure of impactor is secured by implementation of joint of circular collectors in the form of threaded connection or by connection of collectors by means of locks. EFFECT: device ensures effective inertial precipitation of aerosol particles over entire surface of nutrient medium in Petri dish. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к устройствам для отбора проб аэрозолей для последующего микробиологического анализа. Наличие нескольких пробоотборных каскадов позволяет контролировать как концентрацию, так и дисперсный состав микробных аэрозолей. The invention relates to analytical instrumentation, in particular to devices for sampling aerosols for subsequent microbiological analysis. The presence of several sampling cascades allows you to control both the concentration and dispersed composition of microbial aerosols.

Устройство может быть использовано при проведении санитарно-эпидемиологического контроля воздуха в различных медицинских учреждениях, в том числе научно-исследовательских, в производственных помещениях пищевой, фармацевтической промышленности, на транспорте, в культурных учреждениях и т.п. The device can be used when conducting sanitary and epidemiological air control in various medical institutions, including research, in the production facilities of the food, pharmaceutical industry, in transport, in cultural institutions, etc.

В рассматриваемых пробоотборных устройствах улавливание аэрозольных частиц осуществляется инерционным осаждением - импакцией, при этом используется кинетическая энергия частиц, приобретаемая ими при возрастании скорости воздушного потока в соплах. In the sampling devices under consideration, the capture of aerosol particles is carried out by inertial deposition - impaction, and the kinetic energy of the particles, which they acquire with increasing air velocity in the nozzles, is used.

Известно устройство - однокаскадный импактор, включающее кольцевой коллектор, многосопловую решетку и размещенную под ней стеклянную чашку Петри, заполняемую питательной средой, на поверхность которой импактируются микробные аэрозоли. Воздух просасывается вентилятором, размещенным в корпусе прибора. Возможности устройства, содержащего один пробоотборный каскад, ограничиваются определением концентрации аэрозолей (см. ж. Гигиена и Санитария 4, 1997, с. 60, 61). A device is known - a single-stage impactor, including an annular collector, a multi-nozzle lattice and a glass Petri dish placed under it, filled with a nutrient medium, on the surface of which microbial aerosols are impacted. Air is drawn in by a fan located in the device. The capabilities of a device containing one sampling cascade are limited by determining the concentration of aerosols (see G. Hygiene and Sanitation 4, 1997, p. 60, 61).

Известно устройство, состоящее из 6 пробоотборных каскадов, в которых в качестве пробоотборного элемента для микробных аэрозолей используется плотная питательная среда, заполняющая чашку Петри. Воздух через каскады просасывается внешним источником разрежения (см. I. Bact, 1958, V76, 5, р. 303-313). При отборе пробы в последовательно установленных каскадах осуществляется инерционная сепарация частиц в широком диапазоне размеров. Многокаскадный импактор позволяет определить как концентрацию, так и дисперсный состав аэрозолей. A device is known consisting of 6 sampling cascades in which a dense nutrient medium filling the Petri dish is used as a sampling element for microbial aerosols. Air through the cascades is sucked in by an external vacuum source (see I. Bact, 1958, V76, 5, p. 303-313). When sampling in successively installed cascades, inertial separation of particles is carried out in a wide range of sizes. The multistage impactor allows you to determine both the concentration and dispersed composition of aerosols.

Конструкция устройства для отбора проб микробных аэрозолей описана также в Справочнике по пыле- и золоулавливанию, М., Энергоиздат, 1985, с. 17. The design of the device for sampling microbial aerosols is also described in the Handbook on dust and ash collection, M., Energoizdat, 1985, p. 17.

Все вышеперечисленные устройства, предназначенные для отбора проб микробных аэрозолей, содержат один или несколько пробоотборных каскадов, в состав каждого из них входит кольцевой разъемный коллектор с кольцевой проточкой в сторону осевого отверстия, в качестве входного патрубка коллектора служит ограниченная внутренней стенкой коллектора верхняя часть осевого отверстия, перекрытая многосопловой решеткой, под которой по центру кольцевого коллектора размещается чашка Петри, преимущественно стеклянная, заполняемая плотной питательной средой, на поверхности которой и производится инерционное осаждение аэрозолей, а в качестве выходного патрубка служит нижняя часть осевого отверстия, связанная с источником разрежения. All of the above devices designed for sampling microbial aerosols contain one or more sampling stages, each of them includes an annular detachable collector with an annular groove in the direction of the axial hole, the upper part of the axial hole limited by the inner wall of the collector serves as an inlet pipe of the collector, covered by a multi-nozzle grill, under which a Petri dish, mainly glass, filled with a dense feeder, is located in the center of the annular collector second medium, the surface of which is made inertial deposition and aerosols, and an outlet in the lower part is an axial hole connected to a vacuum source.

Общим недостатком вышеперечисленных устройств для отбора проб микробных аэрозолей является нестабильность расстояния между многосопловой решеткой и поверхностью осаждения аэрозолей. A common disadvantage of the above microbial aerosol sampling devices is the instability of the distance between the multi-nozzle array and the aerosol deposition surface.

В подавляющем большинстве случаев в этих устройствах используются стеклянные чашки Петри, в которые заливается питательная среда. Толщина дна эксплуатируемых стеклянных чашек колеблется от 2 до 4 (4,5) мм и, таким образом, при фиксации чашки по внешней поверхности дна, как это производится в вышеперечисленных устройствах, расстояние между сопловой решеткой и поверхностью питательной среды изменяется, что приводит к существенному изменению характеристик пробы - с уменьшением расстояния эффективность инерционного осаждения возрастает, с увеличением - уменьшается. In the vast majority of cases, these devices use glass Petri dishes in which the nutrient medium is poured. The bottom thickness of the operated glass cups ranges from 2 to 4 (4.5) mm and, thus, when fixing the cup on the outer surface of the bottom, as is done in the above devices, the distance between the nozzle grill and the surface of the nutrient medium changes, which leads to a significant a change in the characteristics of the sample — with decreasing distance, the efficiency of inertial deposition increases, with increasing it decreases.

Недостатком существующих конструкций многокаскадных импакторов, предназначенных для отбора проб микробных аэрозолей, является то, что при решении частных задач контроля инфекций, например выделения в пробе респираторной фракции или отделения относительно крупных пылевых частиц, загрязняющих пробу, осаждение ненужных частиц, частиц, которые не будут использоваться в последующем анализе, производится на поверхность дорогостоящей питательной среды. A drawback of existing designs of multi-stage impactors designed for sampling microbial aerosols is that when solving particular problems of infection control, for example, emitting a respiratory fraction in a sample or separating relatively large dust particles polluting the sample, precipitating unnecessary particles, particles that will not be used in a subsequent analysis, it is produced on the surface of an expensive nutrient medium.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение эффективного инерционного осаждения аэрозольных частиц, равномерного по всей поверхности плотной питательной среды в чашке Петри, что требует стабилизации заданного расстояния и параллельности между многосопловой решеткой и поверхностью питательной среды. В свою очередь, это обеспечивается стабилизацией указанных параметров между решеткой и внутренней поверхностью дна чашки. The objective of the present invention is the provision of effective inertial deposition of aerosol particles, uniform over the entire surface of a dense nutrient medium in a Petri dish, which requires stabilization of a given distance and parallelism between the multi-nozzle lattice and the surface of the nutrient medium. In turn, this is ensured by stabilization of the indicated parameters between the grate and the inner surface of the bottom of the cup.

В предложенной конструкции это достигается за счет того, что в устройстве для отбора проб микробных аэрозолей, включающем импактор, состоящий из одного или нескольких пробоотборных каскадов в виде разъемных кольцевых коллекторов с кольцевой проточкой в сторону осевого отверстия, в качестве входного патрубка импактора служит ограниченная внутренней стенкой коллектора верхняя часть осевого отверстия, перекрытая многосопловой решеткой, под которой, по центру кольцевого коллектора, размещается чашка Петри с плотной питательной средой, а в качестве выходного патрубка - нижняя часть осевого отверстия, связанная с источником разрежения, согласно изобретению, кольцевой коллектор снабжен установочным гнездом для чашки Петри, состоящим из закрепленных на коллекторе под чашкой опор - гибких консольных пружин или упругих резиновых втулок, установленных в кольцевой проточке коллектора, прилегающих к боковой стенке чашки, упругих пружинных или резиновых фиксаторов и установленных на многосопловой решетке штифтов, упирающихся во внутреннюю поверхность дна чашки Петри. In the proposed design, this is achieved due to the fact that in the device for sampling microbial aerosols, including an impactor, consisting of one or more sampling cascades in the form of detachable annular collectors with an annular groove in the direction of the axial hole, the bounded inner wall serves as the input pipe of the impactor the collector is the upper part of the axial hole, overlapped by a multi-nozzle grill, under which, in the center of the annular collector, a Petri dish with a dense nutrient medium is placed, and as the outlet pipe, the lower part of the axial hole associated with the vacuum source, according to the invention, the annular manifold is equipped with a mounting socket for the Petri dish, consisting of flexible cantilever springs or elastic rubber bushings mounted on the manifold under the cup, installed in the annular groove of the manifold, elastic pins or spring clips attached to the side wall of the cup and mounted on a multi-nozzle grill, pins resting on the inner surface of the bottom of the Petri dish.

Помещенная в установочное гнездо чашка опирается на опоры: при соединении верхнего коллектора с нижним упорные штифты давят на дно чашки, которая опускается вместе с опорами и занимает такое положение, что поверхность осаждения аэрозольных частиц устанавливается на заданном расстоянии от многосопловой решетки параллельно ее поверхности, при этом чашка центрируется по осевому отверстию, через которое просасывается отбираемая проба, и фиксируется снизу опорами, сверху упорными штифтами. The cup placed in the mounting socket rests on the supports: when connecting the upper collector to the lower, the stop pins press on the bottom of the cup, which lowers with the supports and occupies such a position that the deposition surface of the aerosol particles is set at a predetermined distance from the multi-nozzle grate parallel to its surface, while the cup is centered on an axial hole through which the sample to be drawn is sucked in and secured from below by supports, from above by persistent pins.

Жесткость конструкции импактора обеспечивается выполнением разъема кольцевых коллекторов в виде резьбового соединения или соединением коллекторов замками патефонного типа, также соединяются кольцевой коллектор и входной патрубок вентилятора. The rigidity of the impactor design is ensured by making a connector of the ring collectors in the form of a threaded connection or by connecting the collectors with gramophone-type locks; the ring collector and the fan inlet are also connected.

Для отделения из отбираемой пробы фракций аэрозолей с частицами определенных размеров, не нужных при проведении последующего анализа или затрудняющих его проведение, в импакторе, содержащем несколько пробоотборных каскадов, в чашке Петри, размещенной в первом по ходу воздушного потока кольцевом коллекторе, взамен питательной среды предусмотрена установка диска с закрепленным на нем тонковолокнистым материалом - тканью ФП, производимой объединением "Изотоп", с ворсистой поверхностью, содержащей волокна толщиной 1... 2,5 мкм. При помощи скобок ткань закрепляется на диске толщиной, равной толщине слоя питательной среды, взамен которой диск размещается в чашке Петри. To separate aerosol fractions from particles of a certain size that are not needed during subsequent analysis or make it difficult to conduct, in an impactor containing several sampling stages, in a Petri dish placed in the first annular collector along the air flow, an installation is provided instead of the nutrient medium a disk with a finely fibrous material fixed to it - FP fabric produced by the Isotope association, with a fleecy surface containing fibers 1 ... 2.5 microns thick. With the help of brackets, the fabric is fixed on the disk with a thickness equal to the thickness of the layer of nutrient medium, instead of which the disk is placed in a Petri dish.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных примеров его реализации и прилагаемыми чертежами. The invention is further explained in the description of specific examples of its implementation and the accompanying drawings.

Фиг.1 - общий вид устройства для отбора проб микробных аэрозолей с одним пробоотборным каскадом. Figure 1 - General view of a device for sampling microbial aerosols with one sampling cascade.

Фиг.2 - общий вид устройства для отбора проб микробных аэрозолей с несколькими пробоотборными каскадами. Figure 2 - General view of a device for sampling microbial aerosols with several sampling stages.

Фиг.3 - установочное гнездо, сечение по А-А Фиг.1. Figure 3 - mounting socket, a section along aa of Figure 1.

Пример выполнения изобретения 1. An example embodiment of the invention 1.

Устройство для отбора проб микробных аэрозолей включает импактор, выполненный из разъемного кольцевого коллектора 1 с кольцевой проточкой 2 в сторону осевого отверстия 3. В качестве входного патрубка 4 импактора служит ограниченная внутренней стенкой 5 коллектора 1 верхняя часть осевого отверстия, перекрытая многосопловой решеткой 6. В качестве выходного патрубка импактора служит нижняя часть 7 осевого отверстия, выполняющая также функции входного патрубка источника разрежения - центробежного вентилятора 8, установленного на оси микроэлектродвигателя 9, который управляется электронным блоком 10. A device for sampling microbial aerosols includes an impactor made of a detachable annular collector 1 with an annular groove 2 toward the axial hole 3. As the inlet pipe 4 of the impactor, the upper part of the axial hole limited by the inner wall 5 of the collector 1 is covered by a multi-nozzle grill 6. As the outlet pipe of the impactor is the lower part 7 of the axial hole, which also acts as the inlet pipe of the rarefaction source - a centrifugal fan 8 mounted on the axis of the microel ktrodvigatelya 9 which is controlled by the electronic control unit 10.

В кольцевом коллекторе размещено установочное гнездо для чашки Петри 11, выполненное в виде закрепленных под чашкой на нижней части 12 коллектора опор - гибких консольных пружин 13, плоских или круглых (стержневых), или упругих резиновых втулок 13 и установленных в кольцевой проточке коллектора 1, прилегающих к боковой стенке чашки, упругих пружинных или резиновых фиксаторов 14. Гнездо включает также установленные на многосопловой решетке 6 штифты 15, упирающиеся во внутреннюю поверхность дна чашки. In the annular collector there is an installation socket for the Petri dish 11, made in the form of supports fixed on the bottom of the collector 12 and mounted under the cup — flexible cantilever springs 13, flat or round (rod), or elastic rubber bushings 13 and mounted adjacent to the annular groove of the collector 1 to the side wall of the cup, elastic spring or rubber clips 14. The socket also includes pins 15 mounted on the multi-nozzle grill 6, abutting against the inner surface of the bottom of the cup.

При соединении верхнего коллектора 1 с нижней частью 12 упорные штифты 15 давят на дно чашки Петри, помещенной в установочное гнездо. Чашка вместе с опорами опускается и занимает такое положение, что поверхность заполняющей ее плотной питательной среды 16, на которую импактируются аэрозольные частицы, устанавливается на заданном расстоянии от многосопловой решетки и параллельно ее поверхности, при этом чашка центрируется по осевому отверстию. When connecting the upper collector 1 to the lower part 12, the thrust pins 15 press on the bottom of the Petri dish placed in the mounting slot. The cup is lowered together with the supports and occupies such a position that the surface of the dense nutrient medium 16 filling it onto which aerosol particles are impacted is installed at a predetermined distance from the multi-nozzle grate and parallel to its surface, while the cup is centered on the axial hole.

Воздух, насыщенный аэрозольными частицами, проходит по воздуховоду, образованному собранным кольцевым коллектором 1, 12, входным патрубком 4, соплами 17 многосопловой решетки, чашкой Петри, заполненной плотной питательной средой 16, выходным патрубком 7, затем отработанный воздух выбрасывается вентилятором 8 в окружающую среду. The air saturated with aerosol particles passes through the duct formed by the assembled annular collector 1, 12, the inlet pipe 4, nozzles 17 of the multi-nozzle grill, a Petri dish filled with a dense nutrient medium 16, the outlet pipe 7, then the exhaust air is discharged by the fan 8 into the environment.

Пример выполнения изобретения 2. An example embodiment of the invention 2.

Устройство для отбора проб микробных аэрозолей включает несколько пробоотборных каскадов - кольцевых коллекторов, установленных друг над другом, например три - 1, 18, 19. Конструкция кольцевого коллектора в каждом каскаде аналогична конструкции кольцевого коллектора 1, описанной в примере выполнения изобретения 1. A device for sampling microbial aerosols includes several sampling cascades — ring collectors mounted on top of each other, for example, three - 1, 18, 19. The design of the annular collector in each cascade is similar to the design of the annular collector 1 described in the exemplary embodiment of the invention 1.

В примере выполнения изобретения 2 количество пробоотборных каскадов увеличивается. В каждом последующем каскаде по ходу воздушного потока в многосопловой решетке 6 диаметр сопел 17 уменьшается при постоянном их количестве, соответственно возрастает скорость воздушного потока в соплах и на поверхность осаждения - плотную питательную среду, залитую в чашки Петри, осаждаются все более мелкие аэрозольные частицы. После осаждения частиц в последнем каскаде отработанный воздух выбрасывается вентилятором 8 в окружающую среду. In an example embodiment of the invention 2, the number of sampling stages increases. In each subsequent cascade along the air flow in the multi-nozzle lattice 6, the diameter of the nozzles 17 decreases with a constant number, respectively, the air velocity in the nozzles increases and on the deposition surface - a dense nutrient medium filled in Petri dishes, increasingly smaller aerosol particles are deposited. After the deposition of particles in the last stage, the exhaust air is discharged by the fan 8 into the environment.

Пример выполнения изобретения 3. An example embodiment of the invention 3.

В устройствах для отбора проб микробных аэрозолей с числом каскадов два и более на первом каскаде по ходу воздушного потока в чашке Петри взамен питательной среды размещается диск 20, на котором при помощи скобок 21 закрепляется тонковолокнистая ткань ФП с ворсистой поверхностью 22, на которую производится инерционное осаждение аэрозольных частиц определенного размера (фракции), не нужных для использования в последующем микробиологическом анализе или затрудняющих его проведение. In microbial aerosol sampling devices with a number of cascades of two or more, in the first cascade along the air flow in the Petri dish, a disk 20 is placed instead of the nutrient medium, on which, using the brackets 21, a fine-fibrous fabric of FP with a fleecy surface 22 is fixed onto which inertial deposition aerosol particles of a certain size (fraction) that are not needed for use in subsequent microbiological analysis or making it difficult to conduct it.

После включения вентилятора в воздуховоде создается разрежение. Воздух из окружающей среды поступает в первый по ходу воздушного потока каскад, где на поверхность тонковолокнистой ткани 22, закрепленной на диске 20, осаждаются относительно крупные аэрозольные частицы, которые не будут использоваться в анализе. Затем, в последующих по ходу воздушного потока пробоотборных каскадах, на поверхность плотной питательной среды импактируются более мелкие частицы микробных аэрозолей и отработанный воздух выбрасывается вентилятором 8 в окружающую среду. Кроме этого, в устройстве разъем кольцевых коллекторов 1 выполнен в виде резьбового соединения 23 или соединением коллекторов замками патефонного типа, также соединяются кольцевой коллектор 1 и входной патрубок вентилятора 8. After turning on the fan, a vacuum is created in the duct. Air from the environment enters the first cascade along the airflow, where relatively large aerosol particles are deposited on the surface of the fine-fiber fabric 22 fixed to the disk 20, which will not be used in the analysis. Then, in subsequent sampling cascades along the air flow, smaller particles of microbial aerosols are impacted onto the surface of the dense nutrient medium and the exhaust air is discharged by the fan 8 into the environment. In addition, in the device, the connector of the annular collectors 1 is made in the form of a threaded connection 23 or by connecting the collectors with gramophone-type locks, the annular collector 1 and the inlet of the fan 8 are also connected.

В монографии, рассматривающей вопросы изучения аэрозолей, приводятся материалы многочисленных исследований влияния расстояния между поверхностью многосопловой решетки и поверхностью осаждения на эффективность импакции аэрозольных частиц (см. Грин X., Лейн В., Аэрозоли - пыли, дымы, туманы. Л., "Химия", 1969, с. 189-195). The monograph dealing with the study of aerosols presents numerous studies of the influence of the distance between the surface of a multi-nozzle grating and the deposition surface on the efficiency of impact of aerosol particles (see Green X., Lane V., Aerosols - dust, fumes, mists. L., "Chemistry ", 1969, p. 189-195).

Отмечается, что при уменьшении указанного расстояния эффективность импакции возрастает; вполне удовлетворительное согласование теоретических и экспериментальных данных установлено при расстоянии между сопловой решеткой и поверхностью осаждения, близком к диаметру сопловых отверстий в соответствующей решетке. It is noted that with a decrease in the specified distance, the efficiency of the impact increases; A quite satisfactory agreement between the theoretical and experimental data was established when the distance between the nozzle grating and the deposition surface is close to the diameter of the nozzle holes in the corresponding grating.

Эта величина расстояния вместе с требованием о параллельности решетки и поверхности осаждения и была принята в разработанных конструкциях. This distance value along with the requirement of parallelism of the grating and the deposition surface was adopted in the developed designs.

Элементы устройства, стабилизирующие положение стеклянной чашки Петри относительно многосопловой решетки, отрабатывались на макетах. В технических испытаниях определена хорошая работоспособность выбранных конструкций. Elements of the device that stabilize the position of the glass Petri dish relative to the multi-nozzle lattice were worked out on mock-ups. In technical tests, good performance of the selected structures was determined.

Проверка эффективности осаждения аэрозольных частиц на различные поверхности проводилась с использованием сухих и жидких аэрозолей с размером частиц соответственно 2. ..3, 1... 15 мкм. Во всех случаях различие эффективности импакции аэрозольных частиц на поверхность плотной питательной среды и на тонковолокнистую ткань ФП оказалось несущественным. Testing the effectiveness of the deposition of aerosol particles on various surfaces was carried out using dry and liquid aerosols with a particle size of 2. ..3, 1 ... 15 μm, respectively. In all cases, the difference in the efficiency of the impact of aerosol particles on the surface of a dense nutrient medium and on the fine-fibered tissue of the PT was insignificant.

Таким образом, результаты проведенных экспериментов определили соответствие предложенных технических решений функциональным требованиям. Thus, the results of the experiments determined the compliance of the proposed technical solutions with the functional requirements.

Claims

1. A device for sampling microbial aerosols, including an impactor, consisting of one or more sampling cascades in the form of detachable annular collectors with an annular groove in the direction of the axial hole, the upper part of the axial hole, limited by the inner wall of the collector, overlapped by a multi-nozzle grill, as an input pipe of the impactor , under which the Petri dish with a dense nutrient medium is placed in the center of the annular collector, and the lower part of the axial hole is used as the outlet pipe I, connected with a rarefaction source, characterized in that the annular collector is equipped with an installation socket for the Petri dish, consisting of supports mounted on the collector under the cup - flexible cantilever springs or elastic rubber bushings installed in the annular groove of the manifold adjacent to the side wall of the cup, elastic spring or rubber clips and pins mounted on the multi-nozzle grill, resting on the inner surface of the bottom of the Petri dish.

2. The device according to p. 1, characterized in that in the impactor, containing several sampling stages, in the Petri dish placed in the first annular collector along the air flow, a disk with a fine-fibered material fixed to it is provided.

3. The device according to claim 1, characterized in that the connector of the annular collectors is made in the form of a threaded connection or the connection of the collectors with gramophone type locks.