WO2013076337A1 - Muestreador por aspiración para partículas atmosféricas micrométricas depositadas en vías de tráfico - Google Patents

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Fulvio AMATO
Teresa MORENO PÉREZ
Xavier Querol Carceller
Andrés ALASTUEY URÓS
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Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
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    • G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content

Definitions

  • the present invention provides a device that allows quantifying the load of particulate contaminants (mass / m 2 ), and more specifically the concentrations of PM10 and PM2.5, thanks to the direct in situ sampling of particles with an average aerodynamic size of less than 10 ⁇ (PM10) or 2.5 ⁇ (PM2.5). Sampling is carried out by aspiration of a square meter of traffic road surface. The particles are collected in filters, whose gravimetric analysis allows to obtain the mass of PM10 or PM2.5 per square meter. After the gravimetric analysis, the filter is available to carry out the chemical characterization that is needed (metals, carbon, HPAs etc.), so an estimate of the load of each pollutant per surface unit will be obtained.
  • the present invention falls within the area of the Technique of the mechanical sector applied to the measurement, and more specifically to the segregation and sampling of deposited particles with an average aerodynamic diameter of less than 10 ⁇ or 2.5 ⁇ .
  • the area of application of the present invention is the environmental sector. Particles with an average aerodynamic diameter of less than 10 ⁇ or 2.5 ⁇ have adverse effects on both health and the environment.
  • the application of this instrument includes the environmental and toxicological fields.
  • the invention is novel because it represents an important advance in the measurement and sampling techniques of respirable particles (with an average aerodynamic diameter of less than 10 ⁇ ) deposited on surfaces. Although its application is multiple, its main focus is the sampling on asphalted surfaces. Considering this approach, the state of the art for this specific application is presented below.
  • the PI-SWERL (US Pat. No. 7,155,966. Authors: George Nikolich and Vic Etyemezian) was developed in DRI (Nevada) and patented by the Quant LLC company in July 2008. It consists of the on-site re-suspension of all particles deposited in a semi-cylindrical chamber open at its bottom (in contact with the sampling surface). The re-suspension is carried out through a rotating disk and a laser photometer counts particles of size ⁇ 10 ⁇ . Through some assumptions regarding particle density, it estimates the concentration of particle mass ⁇ 10 ⁇ in air volume and thus estimates its concentration per unit area. This instrument does not include a filter system to collect particles ⁇ 10 ⁇ that therefore allows its physical-chemical characterization. Theoretically, the particle counter exhaust filter (Dust Track 8530) could be used, but there are no published studies to prove it.
  • the WDS (Wet dust sampler) is a prototype developed by VTI (Sweden) and is not patented. This prototype allows sampling of the total particles (without any segregation by particle size) deposited in the road surface by sampling in aqueous solution.
  • the solution can be treated in the laboratory according to two different alternative procedures:
  • the liquid sample can be used to know the particle size distribution through laser techniques. It is thus possible to estimate the pollutant load of the insoluble particulate component ⁇ 10 ⁇ , but not of the soluble particles and especially not of each component (metals, carbon, HPAs etc.), essential for a complete study.
  • microparticle filtration methods such as that disclosed in the patent application with publication number US-A-5,894,096.
  • a method of filtration of a suspended microparticle through a grid with calibrated holes whose diameter is smaller than the dimensions of the microparticles is mentioned.
  • US-A-5,894,096 refers to large micrometric particles (greater than 250 ⁇ ) and not to small micrometric particles (less than 10 ⁇ ) requiring techniques of court not disclosed in said document US-A-5,894,096.
  • US-A-5,894,096 uses sieves, and as far as the inventors of the present invention know, there are no sieves that allow to select particles smaller than 10 ⁇ .
  • the solution provided is a novel suction sampler suitable for micrometric atmospheric particles deposited in traffic lanes.
  • the aspiration sampler for micrometric atmospheric particles deposited in traffic lanes comprises:
  • the filter holder comprises a filter; so that the sample containing atmospheric particles deposited on a surface is aspirated through the antistatic sampling tube, which transports said atmospheric particles to the deposition chamber where said atmospheric particles with an average aerodynamic diameter greater than a first predetermined value are separated by sedimentation; atmospheric particles with an average aerodynamic diameter equal to or less than the first predetermined value follow their path to the horizontal elutriation system where atmospheric particles with an average aerodynamic diameter greater than a second predetermined value are deposited; Atmospheric particles with an average aerodynamic diameter equal to or less than the second predetermined value follow their path until they are trapped in the filter.
  • the sampler additionally comprises a rotary vacuum pump connected to the other end of the filter holder that performs the aspiration of the atmospheric particle sample.
  • the sampler additionally comprises a valve and a flowmeter located in a tube that joins the rotary vacuum pump and the filter holder, such that by means of said valve and said flowmeter the flow rate of the rotary vacuum pump
  • the horizontal elutriation system comprises a set of thin equidistant sheets on which atmospheric particles with an average aerodynamic diameter greater than the second predetermined value are deposited.
  • the second predetermined value of the mean aerodynamic diameter of the atmospheric particles is selected from a value of 10 ⁇ and a value of 2.5 ⁇ .
  • the rotary vacuum pump has an air flow rate selected between 20 1 / min and 30 1 / min and between 3 1 / min and 7 1 / min when the second predetermined value of the mean aerodynamic diameter of the atmospheric particles is 10 ⁇ and 2.5 ⁇ , respectively.
  • the deposition chamber is made of methacrylate or PVC.
  • Figure 1 shows the sampler of the present invention and the parts thereof.
  • Figure 2 shows the principle of operation by filtration of the horizontal elutriation system.
  • Figure 3 A shows a front view of one end (inlet face) of the horizontal elutriation system whose section is orthogonal to the air flow.
  • Figure 3B shows a side view of the horizontal elutriation system.
  • Figure 3C shows a front view of the other end (the exit face) of the horizontal elutriation system whose section is orthogonal to the air flow.
  • Figure 4 shows the methacrylate pieces and the assembly that form the deposition chamber.
  • 3M Rectangular plate to fit the elutriation system in the deposition chamber (x2) 3N.- Thickness of the rectangular plate to fit the elutriation system in the deposition chamber (3M);
  • Figure 1 shows the sampler object of the present invention and comprising an antistatic sampling tube 2, a deposition chamber 3, a system of horizontal elutriation 4, a filter holder 5, a tube 6, a rotary vacuum pump 7, a valve 8, and a flow meter 9.
  • the filter holder 5 comprises a filter 5A
  • the horizontal elutriation system 4 comprises a set of 4A thin equidistant sheets.
  • the methodology used by the sampler of the present invention is as follows. Atmospheric particles deposited in a square meter of a surface, for example of a rolling firm, are sucked through a pump 7 (rotary vacuum or other type) through an antistatic flexible tube 2 with a length between 400-800 mm and inner diameter of 15-20 mm. Through the sampling tube 2 the particles are transported inside a cylindrical chamber of methacrylate 3 with an internal diameter of 110-150 mm and length 200-220 mm.
  • the thickest particles that is, those larger than a (first) predetermined value (»10 ⁇ or» 2.5 ⁇ , depending on the case), are separated by sedimentation.
  • the finest particles follow their path reaching the horizontal elutriation system 4, composed of thin equidistant sheets of 4A steel, on which all particles with an average aerodynamic diameter greater than 10 ⁇ (or 2.5 ⁇ ) are deposited.
  • the elutriation system 4 allows to settle under a predetermined air flow all those particles with an average aerodynamic diameter greater than a (second) set value (10 ⁇ or 2.5 ⁇ , depending on the case).
  • the finest particles of this threshold pass through the system and are collected in a 5A filter.
  • the selected threshold is defined as cut-off size.
  • the air is passed through a tunnel composed of 36 sheets (rectangular 84.5 mm x 54 mm) horizontal 4 A that force the air flow to be laminar.
  • the 4 A sheets have the necessary thickness to be equidistant between them at a height of 54 mm.
  • the thickest particles of the established threshold (> 10 ⁇ or> 2.5 ⁇ , depending on the case) are gradually deposited away from the filter (5 A), the finest particles, but larger than the established threshold (10 ⁇ or 2.5 ⁇ , depending on the case), are deposited closer to the filter (5A), and particles They are not deposited below the threshold but travel through the entire length of the sheet until they are trapped by the filter at the end (5 A) of the system.
  • the flow rate For a cut-off size of 10 ⁇ the flow rate must be between 20-30 1 / min.
  • a steel filter holder 5 to contain any type of filter 5A of 47 mm in diameter, where particles with an average aerodynamic diameter less than ⁇ (or 2.5 ⁇ ) are trapped.
  • the filter holder is connected to a tube 6 through which an air flow rate passes between 20-30 1 / min (or 3-7 1 / min) sucked by a rotary vacuum pump 7.
  • a valve 8 and a flow meter 9 located between the filter and pump allow to regulate the flow rate.
  • quartz filters will be more suitable for analysis of metals and organic compounds, Teflon filters for soluble inorganic compounds and silica etc.
  • Figure 2 shows the principle of filtration operation of the horizontal elutriation system.
  • the direction and direction of the air flow 10 the path of the particles with an average aerodynamic diameter greater than a second predetermined value 11 (10 ⁇ or 2.5 ⁇ , depending on the case) intended to be deposited on the sheets can be observed of steel 4A (bottom sheet according to figure 2) and the trajectory of the particles with an average aerodynamic diameter less than a second predetermined value 12 (10 ⁇ or 2.5 ⁇ , depending on the case) intended to impact and be trapped by the filter 5A .
  • Figure 3A shows a front view of one end (inlet face) of the horizontal elutriation system whose section is orthogonal to the air flow.
  • the system of steel sheets 4 A and the steel frame 4B that holds the sheets 4 A are shown.
  • Figure 3B shows a side view of the horizontal elutriation system.
  • the section of the frame 4B can be seen parallel to the direction of the air flow, the elutriation system bodies with square inner section 4C and circular 4D, respectively.
  • Figure 3C shows a front view of the other end (the exit face) of the horizontal elutriation system whose section is orthogonal to the air flow.
  • the front view of the screw system 4E and the circular section cavity 4F of the horizontal elutriation system can be seen.
  • FIG 4 shows the methacrylate pieces and the assembly that form the deposition chamber.
  • the antistatic sampling tube is connected, through the 3P joint (with orthogonal view to the air flow 3Q), to the circular plate 3H with circular cavity 31 and thickness 3J.
  • the circular plate 3H is connected to the tube 30 which at the other end is connected to one of the square plates 3A and with circular cavity 3C and 3D thickness.
  • the screw holes 3B allow the first of the two square plates 3 A to be connected to the second of the two square plates 3 A.
  • the second of the two square plates 3A is connected on the other side to one of the two tubes 30.
  • the another face of the tube 30 is connected to the circular plate 3E with square cavity 3F and thickness 3G.
  • the two rectangular plates 3K (thickness 3L) and the two rectangular plates 3M (thickness 3N) are mounted on the other side of the circular plate 3E and in correspondence with the square cavity 3F.
  • the four plates are mounted in such a way that the horizontal elutriation system 4 fits between them.

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Abstract

La presente invención divulga un muestreador por aspiración para partículas atmosféricas micrométricas depositadas en vías de tráfico que comprende un tubo antiestático de muestreo, una cámara de deposición que por uno de sus dos extremos está conectada al tubo antiestático de muestreo, un sistema de elutriación horizontal que por uno de sus dos extremos está conectado al otro extremo de la cámara de deposición y un portafiltro que por uno de sus dos extremos está conectado al otro extremo del sistema de elutriación horizontal, de manera que la muestra que contiene partículas atmosféricas depositadas en una superficie es aspirada a través del tubo antiestático de muestreo y, finalmente, las partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico medio igual o inferior a valor predeterminado seleccionado entre un valor de 10 μπι y un valor de 2.5 μπι son recogidas en un filtro para su posterior caracterización gravimétrica y química.

Description

MUESTRE ADOR POR ASPIRACIÓN PARA PARTÍCULAS ATMOSFERICAS MICROMÉ TRICAS DEPOSITADAS EN VIAS DE TRÁFICO.
DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un dispositivo que permite cuantificar la carga de contaminantes particulados (masa/m2), y más concretamente las concentraciones de PM10 y PM2.5, gracias al muestreo directo in situ de las partículas con tamaño aerodinámico medio inferior a los 10 μιη (PM10) ó 2.5 μιη (PM2.5). El muestreo se lleva a cabo por aspiración de un metro cuadrado de superficie de vía de tráfico. Las partículas se recogen en filtros, cuyo análisis gravimétrico permite obtener la masa de PM10 ó PM2.5 por metro cuadrado. Después del análisis gravimétrico, el filtro queda disponible para llevar a cabo la caracterización química que se necesite (metales, carbono, HPAs etc.), así se obtendrá una estimación de la carga de cada contaminante por unidad de superficie.
La presente invención se encuadra dentro del área de la Técnica del sector mecánico aplicado a la medición, y más concretamente a la segregación y muestreo de partículas depositadas con diámetro aerodinámico medio inferior a 10 μπι ó 2.5 μπι.
El área de aplicación de la presente invención es el sector medioambiental. Las partículas con diámetro aerodinámico medio inferior a 10 μπι ó 2.5 μπι tienen efectos adversos tanto en la salud como en el medio-ambiente. La aplicación de este instrumento incluye los campos medio-ambiental y toxicológico.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La invención es novedosa porque representa un avance importante en las técnicas de medida y muestreo de las partículas respirables (con diámetro aerodinámico medio inferior a 10 μπι) depositadas en superficies. Si bien su aplicación es múltiple, su principal enfoque es el muestreo en superficies asfaltadas. Considerando dicho enfoque se presenta a continuación el estado de la técnica para esta específica aplicación. Actualmente no existe un instrumento que permita cuantificar la carga contaminante de partículas <10 μιη (ó <2.5 μιη) y de sus componentes (metales, carbono, HPAs etc.) por unidad de superficie asfaltada ^g/m2). Estos parámetros son muy importantes si se pretenden considerar los efectos de la re-suspensión inducida por el tráfico o las industrias en la calidad del aire en zonas donde haya exposición a la población.
Por lo tanto los instrumentos o procedimientos que se siguen en estudios rutinarios son incompletos (se aproximan al objetivo, midiendo parámetros alternativos) y en algunos casos muy inciertos.
Existe un sólo instrumento (PI-SWERL) en el mercado que permite cuantificar la carga contaminante de partículas <10 μπι por unidad de superficie, mientras que el prototipo (WDS) tiene características y objetivos diferentes.
El PI-SWERL (U.S. Pat. No. 7,155,966. Autores: George Nikolich y Vic Etyemezian) ha sido desarrollado en DRI (Nevada) y patentado por la compañía Quant LLC en Julio 2008. Consiste en la re-suspensión in situ de todas las partículas depositadas en una cámara semi-cilíndrica abierta en su parte inferior (en contacto con la superficie de muestreo). La re-suspensión se efectúa a través de un disco rotante y un fotómetro láser cuenta las partículas del tamaño <10μπι. A través de unas asunciones relativas a la densidad de las partículas estima la concentración de masa de partículas <10 μπι en volumen de aire y estima así su concentración por unidad de superficie. Este instrumento no incluye un sistema de filtro para recoger las partículas <10μπι que permita por tanto su caracterización físico-química. Teóricamente se podría utilizar el filtro de exhaust del contador de partículas (Dust Track 8530) pero no hay estudios publicados que lo demuestren.
Publicaciones relacionadas:
1. User's Guide for the Miniature Portable In-Situ Wind ERosion Lab (PI- SWERL) DUST-QUANT LLC Las Vegas, Nevada, U S A.
2. Sweeney, M., Etyemezian, V., Macpherson, T., Nickling, W.G., Gillies, J.A., Nikolich, G. and McDonald, E. (2008). Comparison of PI-SWERL with dust emission measurements from a single-line field wind tunnel. Journal of Geophysical Research, doi: 10.1029/2007JF000830.
3. Etyemezian, V., Nikolich, G., Ahonen, S., Pitchford, M., Sweeney, M., Purcell, R., Gillies, J.A., Kuhns, H. (2007). The Portable In-Situ Wind ERosion Laboratory (PI-SWERL): A new method to measure PM10 windblown dust properties and potential for emissions. Atmospheric Environment 41, 3789-3796.
El WDS (Wet dust sampler) es un prototipo desarrollado por VTI (Suecia) y no está patentado. Este prototipo permite muestrear las partículas totales (sin ninguna segregación por tamaño de partículas) depositadas en el firme de rodadura a través de un muestreo en solución acuosa. La solución puede ser tratada en laboratorio según dos diferentes procedimientos alternativos:
a) filtración para dividir las especies solubles de las no solubles. Así es posible cuantificar la carga contaminante total (sin segregación de las partículas <10μιη) de especies solubles y no solubles; para determinar la carga de las especies solubles se necesitaría un análisis de Cromatografía Iónica; o,
b) si no se efectúa filtración, la muestra líquida puede ser utilizada para conocer la distribución de tamaño de las partículas a través de técnicas láser. Se puede así estimar la carga contaminante del componente particulado insoluble <10μιη, pero no de las partículas solubles y sobre todo no de cada componente (metales, carbono, HPAs etc.), fundamental para un estudio completo.
Por lo tanto, dada la general ausencia de instrumentación en el mercado, los procedimientos que se siguen normalmente consisten en metodologías rudimentales que se llevan a cabo entre el lugar de muestreo y el laboratorio. Estos procedimientos permiten la caracterización química de la materia particulada total depositada pero no la segregación ni la cuantificación por unidad de superficie.
Las técnicas más rudimentales consisten en un simple barrido de los sedimentos totales (con un cepillo) y posterior caracterización química. En otros casos, posteriormente al barrido manual in situ, se han llevado a cabo extracciones de la fracción <10 μιη en laboratorio (Han et al., 2007; Manno et al, 2006; Ho et al, 2003, Zhao et al, 2006; Chow et al, 2004). Sin embargo estas medidas son muy inciertas, debido al hecho que la gran mayoría de las partículas más finas se ha perdido entre las operaciones de muestreo y transporte en bolsas de plástico.
En este sentido cabe destacar las siguientes publicaciones:
■ Han L., Zhuang G., Cheng S., Wang Y., Li J., 2007. Characteristics of re- suspended road dust and its impact on the atmospheric environment in Beijing. Atmospheric Environment, 41 (35), 7485-7499
■ Ho K.F., Lee S.C., Chow J.C., Watson J.G., 2003. Characterization of PM10 and PM2.5 source profiles for fugitive dust in Hong Kong. Atmospheric Environment, 37, 1023-1032
■ Manno E., Varrica D., Dongarra G., 2006. Metal distribution in road dust samples collected in an urban área cióse to a petrochemical plant at Gela, Sicily. Atmospheric Environment 40, 5929-5941
■ Zhao P., Feng Y., Zhu T., Wu J., 2006. Characterizations of resuspended dust in six cities of North China. Atmospheric Environment, 40, 5807- 5814.
■ Chow J.C., Watson J.G, Kuhns H., Etyemezian V., Lowenthal D.H., Crow D., Kohl S.D., Engelbrecht J.P., Green M.C., 2004. Source profiles for industrial, mobile, and área sources in the Big Bend Regional Aerosol Visibility and Observational study. Chemosphere, 54, 185-208.
En el estado de la técnica también se divulgan métodos de filtración de micropartículas como el divulgado en la solicitud de patente con número de publicación US-A-5,894,096. En su descripción se menciona un método de filtración de una micropartícula en suspensión a través de una rejilla con agujeros calibrados cuyo diámetro es menor al de las dimensiones de las micropartículas. Aunque este documento podría ser utilizado por un experto en la materia con el U.S. Pat. No. 7, 155,966, dicha combinación sería descartada puesto que el US-A-5,894,096 se refiere a partículas micrométricas de gran tamaño (mayores a 250 μιη) y no a partículas micrométricas de pequeño tamaño (menores a 10 μιη) que exigen técnicas de corte no divulgadas en dicho documento US-A-5,894,096. Ello se deduce de que US-A-5,894,096 utiliza tamices, y hasta donde conocen los inventores de la presente invención, no existen tamices que permitan seleccionar partículas inferiores a 10 μιη.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Es objeto de la invención proporcionar una solución al problema técnico planteado anteriormente, a saber: actualmente no existe un instrumento que permita cuantificar la carga contaminante de partículas menores de ΙΟμιη (ó <2.5μιη) y de sus componentes (metales, carbono, HPAs etc.) por unidad de superficie asfaltada ^g m"2). La solución proporcionada es un novedoso muestreador por aspiración adecuado para partículas atmosféricas micrométricas depositadas en vías de tráfico.
En una realización preferente de la invención, el muestreador por aspiración para partículas atmosféricas micrométricas depositadas en vías de tráfico comprende:
• un tubo antiestático de muestreo;
• una cámara de deposición que por uno de sus dos extremos está conectada al tubo antiestático de muestreo;
• un sistema de elutriación horizontal que por uno de sus dos extremos está conectado al otro extremo de la cámara de deposición; y,
• un portafiltro que por uno de sus dos extremos está conectado al otro extremo del sistema de elutriación horizontal; a su vez, el portafiltro comprende un filtro; de manera que la muestra que contiene partículas atmosféricas depositadas en una superficie es aspirada a través del tubo antiestático de muestreo, el cual transporta dichas partículas atmosféricas hasta la cámara de deposición donde dichas partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico medio superior a un primer valor predeterminado son separadas por sedimentación; las partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico medio igual o inferior al primer valor predeterminado siguen su recorrido hasta el sistema de elutriación horizontal donde las partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico medio superior a un segundo valor predeterminado son depositadas; las partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico medio igual o inferior al segundo valor predeterminado siguen su recorrido hasta quedar atrapadas en el filtro. En otra realización de la invención que comprende a la anterior, el muestreador adicionalmente comprende una bomba de vacío rotativa conectada al otro extremo del portafiltro que realiza la aspiración de la muestra de partículas atmosféricas.
En otra realización de la invención que comprende a la anterior, el muestreador adicionalmente comprende una válvula y un caudalímetro situados en un tubo que une la bomba de vacío rotativa y el portafiltro, tal que mediante dicha válvula y dicho caudalímetro se controla el caudal de la bomba de vacío rotativa.
En otra realización de la invención que comprende una cualquiera de las realizaciones anteriores, el sistema de elutriación horizontal comprende un conjunto de láminas equidistantes delgadas sobre las que se depositan las partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico medio superior al segundo valor predeterminado.
En otra realización de la invención que comprende una cualquiera de las realizaciones anteriores, el segundo valor predeterminado del diámetro aerodinámico medio de las partículas atmosféricas está seleccionado entre un valor de 10 μιη y un valor de 2.5 μιη.
En otra realización de la invención que comprende a la anterior, la bomba de vacío rotativa tiene un caudal de aire seleccionado entre 20 1/min y 30 1/min y entre 3 1/min y 7 1/min cuando el segundo valor predeterminado del diámetro aerodinámico medio de las partículas atmosféricas es 10 μιη y 2.5 μιτι, respectivamente.
En otra realización de la invención que comprende una cualquiera de las realizaciones anteriores, la cámara de deposición está fabricada en metacrilato o PVC.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS.
Con el fin de mejorar la comprensión sobre el funcionamiento de la presente invención, se incluye como parte integrante de la descripción y explicación una serie de figuras donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se presenta lo siguiente:
Figura 1 : muestra el muestreador de la presente invención y las partes del mismo.
Figura 2: muestra el principio de funcionamiento por filtrado del sistema de elutriación horizontal. Figura 3 A: muestra una vista frontal de un extremo (cara de entrada) del sistema de elutriación horizontal cuya sección es ortogonal al flujo de aire.
Figura 3B: muestra una vista lateral del sistema de elutriación horizontal.
Figura 3C: muestra una vista frontal del otro extremo (la cara de salida) del sistema de elutriación horizontal cuya sección es ortogonal al flujo de aire.
Figura 4: muestra las piezas de metacrilato y el montaje que forman la cámara de deposición.
Con el mismo propósito de facilitar la comprensión de la invención, a continuación se enumeran las referencias utilizadas en las figuras y los elementos a los que hacen alusión:
1. - Muestreador;
2. - Tubo antiestático flexible;
3. - Cámara de deposición;
3A.- Placas cuadradas (x2);
3B.- Agujeros para enrosque;
3C- Cavidad Circular de la cámara;
3D.- Espesor de las placas cuadradas (3 A);
3E.- Placa circular con cavidad cuadrada;
3F.- Cavidad cuadrada;
3G.- Espesor de la placa circular con cavidad cuadrada (3E);
3H.- Placa circular con cavidad circular para el tubo de muestreo;
31. -Cavidad circular para el tubo de muestreo;
3J.- Espesor de la placa circular con cavidad cuadrada (3H);
3K.- Placa rectangular para encajar el sistema de elutriación en la Cámara de deposición (x2);
3L.- Espesor de la placa rectangular para encajar el sistema de elutriación en la Cámara de deposición (3K);
3M.- Placa rectangular para encajar el sistema de elutriación en la Cámara de deposición (x2) 3N.- Espesor de la placa rectangular para encajar el sistema de elutriación en la Cámara de deposición (3M);
30.- Tubo (x2);
3P.- Empalme entre tubo de muestreo y Cámara de deposición;
3Q.- Vista ortogonal del empalme (3P);
4.- Sistema de elutriación horizontal;
4A.- Conjunto de láminas equidistantes delgadas;
4B. - Marco para inmovilizar las láminas;
4C- Cuerpo del sistema de elutriación con sección interior cuadrada;
4D.- Cuerpo del sistema de elutriación con sección interior circular;
4E.- Sistema de enrosque;
4F.- Cavidad interior con sección circular;
5 - Portafiltro;
5A.- Filtro;
6. - Tubo;
7. - Bomba de vacío rotativa;
8. - Válvula;
9 - Caudalí metro;
10. - Flujo de aire;
1 1. - Trayectorias de partículas con diámetro aerodinámico superior al umbral establecido (10 ó 2.5 micrómetros)
12. - Trayectoria de partículas con diámetro aerodinámico inferior al umbral establecido (10 ó 2.5 micrómetros)
DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA.
A continuación, se realiza una descripción de una forma de realización preferida de la invención de acuerdo con la numeración adoptada en las figuras.
La figura 1 muestra el muestreador objeto de la presente invención y que comprende un tubo antiestático de muestreo 2, una cámara de deposición 3, un sistema de elutriación horizontal 4, un portafiltro 5, un tubo 6, una bomba de vacío rotativa 7, una válvula 8, y un caudalímetro 9. A su vez, el portafiltro 5 comprende un filtro 5A y el sistema de elutriación horizontal 4 comprende un conjunto de láminas equidistantes delgadas 4A.
La metodología utilizada por el muestreador de la presente invención es el siguiente. Las partículas atmosféricas depositadas en un metro cuadrado de una superficie, por ejemplo de un firme de rodadura, se aspiran a través de una bomba 7 (de vacío rotativa u otro tipo) a través de un tubo flexible antiestático 2 con longitud entre 400-800 mm y diámetro interior de 15-20 mm. A través del tubo de muestreo 2 las partículas son transportadas dentro de una cámara cilindrica de metacrilato 3 con diámetro interior de 110-150 mm y longitud 200-220 mm. Aquí las partículas más gruesas es decir, las mayores a un (primer) valor predeterminado (» 10 μιη o » 2.5 μπι, según el caso), son separadas por sedimentación. Para asegurar que todas las partículas mayores que el tamaño predeterminado (10 μιη ó 2.5 μιτι, según el caso) sean depositadas. Las partículas más finas siguen su recorrido llegando al sistema de elutriación horizontal 4, compuesto por unas láminas equidistantes delgadas de acero 4A, sobre las cuales se depositan todas las partículas con diámetro aerodinámico medio superior a 10 μιη (ó 2.5 μιη).
El sistema de elutriación 4 permite sedimentar bajo un flujo de aire predeterminado todas aquellas partículas con diámetro aerodinámico medio superior a un (segundo) valor establecido (10 μιη ó 2.5 μιτι, según el caso). Las partículas más finas de este umbral pasan a través del sistema y son recogidas en un filtro 5A. El umbral seleccionado se define como tamaño de cut-off. Para lograr la separación, el aire se hace pasar por un túnel compuesto por 36 laminas (rectangulares de 84.5 mm x 54 mm) horizontales 4 A que obligan a que el flujo de aire sea laminar. Las láminas 4 A tienen el espesor necesario para quedar equidistantes entre ellas en una altura de 54 mm. Cuando el aire pasa entre estas láminas, las partículas más gruesas del umbral establecido (> 10 μιη o > 2.5 μπι, según el caso) se van graduadamente depositando alejadas del filtro (5 A), las partículas más finas, pero mayores del umbral establecido (10 μιη ó 2.5 μιτι, según el caso), se depositan más cerca del filtro (5A), y las partículas inferiores al umbral no se depositan sino que viajan a través de la entera longitud de la lámina hasta ser atrapadas por el filtro al final (5 A) del sistema. Para un tamaño de cut- off de 10 μιη el caudal debe estar entre 20-30 1/min. Para un tamaño de cut-off de 2.5 μηι el caudal debe estar entre 3-7 1/min.
Al final del sistema de elutriación se encuentra un portafiltros 5 de acero para contener cualquier tipo de filtro 5A de 47 mm de diámetro, donde las partículas con diámetro aerodinámico medio inferior a ΙΟμιη (ó 2.5 μιη) quedan atrapadas. El portafiltros está conectado a un tubo 6 por donde pasa un caudal de aire entre 20-30 1/min (ó 3-7 1/min) aspirado por una bomba de vacío rotativa 7. Una válvula 8 y un caudalímetro 9 situados entre el filtro y la bomba permiten regular el caudal.
El tipo de filtro utilizado dependerá de las necesidades analíticas. Es decir, según los compuestos/especies que se quieran analizar. Así filtros de cuarzo serán más adecuados para análisis de metales y compuestos orgánicos, filtros de Teflón para compuestos inorgánicos solubles y sílice etc.
La figura 2 muestra el principio de funcionamiento por filtrado del sistema de elutriación horizontal. En dicha figura, se puede observar la dirección y sentido del flujo de aire 10, la trayectoria de las partículas con diámetro aerodinámico medio superior a un segundo valor predeterminado 11 (10 μιη ó 2.5 μιτι, según el caso) destinadas a depositarse sobre las laminas de acero 4A (lámina inferior según la figura 2) y la trayectoria de las partículas con un diámetro aerodinámico medio inferior a un segundo valor predeterminado 12 (10 μιη ó 2.5 μπι, según el caso) destinadas a impactar y ser atrapadas por el filtro 5A.
La figura 3A muestra una vista frontal de un extremo (cara de entrada) del sistema de elutriación horizontal cuya sección es ortogonal al flujo de aire. En dicha figura, se puede observar el sistema de laminas de acero 4 A y el marco de acero 4B que sujeta las laminas 4 A.
La figura 3B muestra una vista lateral del sistema de elutriación horizontal. En dicha figura, se puede observar la sección del marco 4B paralela a la dirección del flujo de aire, los cuerpos del sistema de elutriación con sección interior cuadrada 4C y circular 4D, respectivamente. Por ultimo se puede observar además el sistema de enrosque 4E que conecta el sistema de elutriación con el portafiltros.
La figura 3C muestra una vista frontal del otro extremo (la cara de salida) del sistema de elutriación horizontal cuya sección es ortogonal al flujo de aire. En dicha figura, se puede observar la vista frontal del sistema de enrosque 4E y la cavidad con sección circular 4F del sistema de elutriación horizontal.
La figura 4 muestra las piezas de metacrilato y el montaje que forman la cámara de deposición. En dicha figura, se puede observar el detalle de cada una de las piezas y el montaje final (bajo a la derecha). El montaje de las piezas se describe a continuación: el tubo antiestático de muestreo se conecta, a través del empalme 3P (con vista ortogonal al flujo de aire 3Q), a la placa circular 3H con cavidad circular 31 y espesor 3J. Por la otra cara, la placa circular 3H esta conectada al tubo 30 que por el otro extremo se conecta a una de las placas cuadradas 3A y con cavidad circular 3C y espesor 3D. Los agujeros para enrosque 3B permiten conectar la primera de las dos placas cuadradas 3 A a la segunda de las dos placas cuadradas 3 A. La segunda de las dos placas cuadradas 3A se conecta por la otra cara a uno de los dos tubos 30. La otra cara del tubo 30 se conecta a la placa circular 3E con cavidad cuadrada 3F y espesor 3G. Por la otra cara de la placa circular 3E y en correspondencia con la cavidad cuadrada 3F, se montan las dos placas rectangulares 3K (de espesor 3L) y las dos placas rectangular 3M (de espesor 3N). Las cuatro placas se montan de manera tal que entre ellas encaje el sistema de elutriación 4 horizontal.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Muestreador (1) por aspiración para partículas atmosféricas micrométricas depositadas en vías de tráfico caracterizado porque comprende:
• un tubo antiestático de muestreo (2);
• una cámara de deposición (3) que por uno de sus dos extremos está conectada al tubo antiestático de muestreo (2);
• un sistema de elutriación horizontal (4) que por uno de sus dos extremos está conectado al otro extremo de la cámara de deposición (3); y,
• un portafiltro (5) que por uno de sus dos extremos está conectado al otro extremo del sistema de elutriación horizontal (4); el portafiltro (5) comprende un filtro (5 A);
de manera que la muestra que contiene partículas atmosféricas depositadas en una superficie es aspirada a través del tubo antiestático de muestreo (2), el cual transporta dichas partículas atmosféricas hasta la cámara de deposición (3) donde dichas partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico medio superior a un primer valor predeterminado son separadas por sedimentación; las partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico medio igual o inferior al primer valor predeterminado siguen su recorrido hasta el sistema de elutriación horizontal (4) donde las partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico medio superior a un segundo valor predeterminado son depositadas; las partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico medio igual o inferior al segundo valor predeterminado siguen su recorrido hasta quedar atrapadas en el filtro (5 A).
2. - Muestreador según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho muestreador adicionalmente comprende una bomba de vacío rotativa (7) conectada al otro extremo del portafiltro (5) que realiza la aspiración de la muestra de partículas atmosféricas.
3. - Muestreador según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho muestreador adicionalmente comprende una válvula (8) y un caudalímetro (9) situados en un tubo (6) que une la bomba de vacío rotativa (7) y el portafiltro (5), tal que mediante dicha válvula y dicho caudalímetro el caudal de la bomba de vacío rotativa (7) es controlado.
4.- Muestreador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema de elutriación horizontal (4) comprende un conjunto de láminas equidistantes delgadas (4A) sobre las que se depositan las partículas atmosféricas con un diámetro aerodinámico medio superior al segundo valor predeterminado.
5 - Muestreador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo valor predeterminado del diámetro aerodinámico medio de las partículas atmosféricas está seleccionado entre un valor de 10 μιη y un valor de 2.5 μιη.
6. - Muestreador según la reivindicación 5, caracterizado porque la bomba de vacío rotativa (7) tiene un caudal de aire seleccionado entre 20 1/min y 30 1/min y entre 3 1/min y 7 1/min cuando el segundo valor predeterminado del diámetro aerodinámico medio de las partículas atmosféricas es 10 μιη y 2.5 μιτι, respectivamente.
7. - Muestreador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cámara de deposición (3) está fabricada en metacrilato o PVC.
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