[其他]一种呼吸性粉尘及总粉尘个体采样器(测头部分)

说明书

本发明为一种测定在有粉尘污染的环境中工作的工人一个工作班（按八小时计算）所吸入到人体呼吸系统内的粉尘粒子（总粉尘）及进入到人体肺部的粉尘粒子（呼吸性粉尘）重量浓度的装置，由工人佩戴在呼吸带处，可作为对于作业场所进行卫生学评价的测试仪器。

评价作业场所对人体的危害程度，国内目前还没有个体采样的方法与仪器，而通常采用定点短周期采样方法，这种方法的测定结果往往与进入人体内的粉尘剂量相关系数很小，与作业场所中的粉尘对人体的实际危害程度相关系数也很小。因此国外自六十年代开始已着手个体采样理论及技术的研究工作。这些研究工作主要从两个方面进行。第一研究粒子在人体呼吸系统内各部位的沉积机理，提出了粒子在呼吸系统内（尤其是肺部）沉积效率曲线，建立了相应的卫生标准，目前国际上普遍采用的呼吸性粉尘卫生标准有两种即：美国政府卫生工作者会议标准（ACGIH）和英国医学研究会标准（BMRC）〔图1〕;第二研制了多种能在不同工作环境中使用的个体采样器。个体采样器的收集效率应满足呼吸性粉尘的卫生标准;仪器的入口应符合总粉尘的卫生标准。为实现上述要求，个体采样器应带有分粒装置，它对于粒子的捕集特性应与粒子在人体肺部的沉积规律一致。这种分粒装置通常的形式有水平淘析式，旋风式、冲击式三种。国外这几种形式的个体采样器在技术上仍存在一些问题尚未很好解决。如：水平淘析式体积过大不便于工人佩戴;旋风式加工复杂且不便于测定总粉尘;冲击式的捕集效率曲线斜率比卫生标准曲线斜率大且存在粒子反弹问题等。

本发明的目的是提供一种具有上述几种形式分粒装置的优点，结构简单、易加工，便于佩戴且适合我国国情的个体粉尘采样器。

本发明的主要特征之一为分粒装置模拟ACGIH卫生标准采用改进型冲击器结构-主冲击器即：将通常冲击器的单喷孔改为多个等直径喷孔来实现，克服了原有冲击器结构本身存在的问题。在用冲击器模拟粒子在人体肺部沉积曲线方面，美国学者Marple在1983年曾提出采用复合喷孔结构，但是在仪器的加工与使用上都有很大困难。由流体力学及冲击器原理：当喷孔雷诺数Re较小时，喷孔内边界层变厚，出口速度呈二次方分布，出口断面各点速度差异较大，使得粒子在出口不同位置具有不同的能量，从而使捕集效率曲线的斜率减小。冲击器的基本公式如下：

D_p50=( (9μD₀St_k50)/(ρ_pCν_o) )1/2

其中：D_p50-捕集效率为50%时的粒子直径。这一参数由卫生标准曲线确定（ACGIH曲线为3.5微米）;

St_k50-捕集效率为50%时的斯托克斯数。当喷孔Re在100～3000范围内时为一常量（Sty2k50]]>＝0.47）;

D_o、ν_o-喷孔直径、气流平均速度;

C-Cunningham修正系数;

μ-气体介质的粘度;

ρp-粒子的密度。

由上式可以看出，当D_P50被限定后， (D_o)/(u_o) 应为一定值。通过数学推导有下式成立：

当流量Q₁＝fQ_o时，D₁＝f^1/3D₀，R_e1＝f^2/3R_eo改进型冲击器喷孔数目增加到8个，每个喷孔流量降低了8倍，喷孔雷诺数R_e由1000下降到200，使主冲击器捕集效率曲线能很好地与ACGIH卫生标准曲线吻合〔图2〕。主冲击器结构见〔图3〕。