معرفی فیلتراسیون(نمونه برداری آلایند‌های هوا)

[a.namdar 5908]

به طور کلی روش های نمونه برداری از ذرات عمدتا دراز مدت هستند و روش‌های آنی یا کوتاه مدت متداول نیستند. یکی از روش‌های عمده نمونه برداری و جمع آوری الاینده‌های ذره‌ای فیلتراسیون یا صاف کردن است:

فیلتراسیون یا صاف کردن:

استفاده از این روش در بسیاری از روشهای نمونه برداری توصیه شده است. از این روش جهت تعیین تراکم وزنی ذرات، تجزیه شیمیایی ذرات الی به کمک دستگاههای کروماتوگرافی و دستگاههای نشر و جذب اتمی، بررسی ذرات و تعیین مقادیر انها به کمک پراش اشعه X و بررسیهای میکروسکوپی استفاده می‌گردد. انواع صافی ها جهت نمونه برداری از هوا ساخته و ارائه شده است که هریک کاربرد خاصی دارد، به گونه ای که از یک فیلتر نمی‌توان در تمام روشهای نمونه برداری استفاده نمود و این صافی ها در ادامه توضیح داده خواهند شد.

در انتخاب فیلتر لحاظ نمودن شرایط زیر مهم است:

جنس فیلتر

نوع الاینده

خلل و فرج

حداکثر بار مجاز بر فیلتر

دمای هوای محل نمونه برداری

رطوبت هوا

افت فشار فیلتر در سیستم نمونه برداری

روش انالیز

هزینه

 

 

 

این روش رایج ترین روش نمونه برداری از ائروسول هاست. دلیل عمده‌ی این امر ارزانی روش و سهولت آن می‌باشد. نمونه های تهیه شده حجم کوچکی دارند و معمولا می‌توان آنها را پیش از تجزیه بدون اینکه نمونه از دست برود یا تجزیه شود مدتها نگه داشت.

 

اجزا نمونه‌برداری با فیلتر در شکل زیر نمایش داده شده است.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

از پروپ نمونه‌برداری زمانی استفاده می شود که هدف، نمونه‌برداری از جریان هوا است. فاصله‌ی بین پروپ نمونه‌برداری از جریان هوا است. فاصله‌ی بین پروپ نمونه‌برداری و فیلتر باید کمترین مقدار و بدون هیچ انسدادی و گرفتگی باشد. در مدار نمونه برداری از هر فلومتر کالیبره شده ای می‌توان استفاده کرد. در هنگام نمونه‌برداری نشستن ذرات بر روی سح لوله‌های رابط و جدار نگه‌دارنده‌ی فیلتر که عمدتا به علت ایجاد الکتریسیته ساکن پدید می‌آید می‌تواند منشا و منبع خطا در اندازه گیری باشد. گاهی نیز پدیده برخورد ذرات به لوله‌ی رابط که دارای خمیدگی است باعث نشستن ذرات بر سطح لوله‌ی رابط شده و می‌تواند منبع خطای دیگری در اندازه‌گیری باشد.

فیلتر باید در ورودی قرار گیرد تا ذرات قبل از عبور از مدار نمونه برداری از آن عبور کرده و به دام افتند و سایر اجزا مدار نمونه برداری را آلوده نکنند.

اندازه ی نگه دارنده می‌بایست متناسب با اندازه‌ی فیلتر انتخاب شود. گاهی در نگه دارنده فیلتر تکیه‌گاهی برای فیلتر وجود دارد که از شکسته شدن و پاره شدن فیلتر در اثر اختلاف فشار در دو طرف فیلتر که ناشی از مکش پمپ است جلوگیری میکند. ورودی نگه دارنده فیلتر رفته رفته افزایش می‌یابد و ساختاری مانند لیف دارد. در این صورت سرعت جریان هوای عبوری در تمام سطح فیلتر یکسان و یکنواخت خواهد بود. توزیع یکنواخت جریان به ویژه زمانی مطلوب است که تجزیه مستقیما بر روی فیلتر و یا بخشی از آن انجام می‌گیرد.

اندازه گیری دقیق فلوی نمونه برداری و زمان نمونه برداری از اهمیت زیادی برخوردار است. تنها در این صورت است که می‌توان حجم دقیق هوای نمونه‌برداری شده را تعیین نمود. متاسفانه اندازه گیری دقیق حجم هوای نمونه‌برداری شده هنگام استفاده از فیلتر اغلب ممکن نیست، زیرا اغلب پمپ ها به افزایش فشار به شدت حساس می‌باشند. و از انجا که پس از مدتی که از نمونه برداری گذشت منافذ فیلتر رفته رفته مسدود می‌گردند و مقاومت در برابر عبور هوا افزایش می‌یابد. بنابراین بر حجم هوای عبوری تاثیر گذاشته و باعث کاهش آن می شود. زمانی که در مدار نمونه برداری شده از فلومتری استفاده می‌شود که افت فشار زیادی را ایجاد می‌کند نیز این مساله وجود دارد. پس بایستی از فلومتر هایی بهره برد که افت فشار کمی دارند.

انواع و ساختار فیلترها

تمام فیلتر ها دارای ساختار خلل و فرج دارند و با ضخامت، سطح مقطع، قطر منافذ و ... مشخص می‌شوند. یکی از قدیمیترین انواع متداول فیلترهای نمونه برداری فیلتر الیافی است که از جنس الیاف سلولز، پشم شیشه، ازبست، کوارتز و یا پلاستیک می‌باشد. الیاف دران در جهات مختلف به صورت تصادفی بر روی هم قرار گرفته‌اند. نوع دیگر فیلتر، بسترهای گرانولی هستند که در آن دانه‌های جامد فشرده شده‌اند و تشکیل سطحی جهت فیلتراسیون را می‌دهند. از گرانول های شیشه برای ساخت فیلترهای مقاوم در برابر گرما استفاده میشود. گرانول های نقره ای نیز در ساخت فیلترهای نمونه‌برداری استفاده می‌شود و فیلترهای غشایی نقره را تشکیل می‌دهد.

اصطلاح فیلتر غشایی نخستین بار به لایه های از جنس ژل سلولز-استر اطلاق شد. امروزه انواع دیگری از فیلتر غشایی ساخته شده است (از جنس PVC، نایلون و ...). روش ساخت فیلترهای غشایی متفاوت از فیلترهای الیافی و گرانولی می باشد.

شکل زیر سطح و برش عرضی فیلترهای غشایی را نشان می‌دهد.

فیلترهای نوکلئورپور، فیلترهای با ساختار پلی کربناته اند و در واقع یک نوع فیلتر غشایی هستند، اما ساختار متفاوتی داشته و دارای دسته منافذ موازی مستقیم می باشند.

تئوری فیلتراسیون

فیلترها ذرات دا از جریان هوا با مکانیسم های مختلفی بدام می‌اندازند. این مکانیسم ها عبارتند از:

 

برخورد مستقیم

ته نشینی ناشی از نیروی اینرسی

ته نشینی انتشاری

جذب الکتریکی

جذب ثقلی

اینکه کدام یک از مکانیسم های زیرمکانیسم اصلی جذب و بدام افتادن ذرات فیلتر است به نوع فیلتر، فلوی هوای عبوری و نوع ائروسول بستگی دارد.

 

 

 

منابع:

روش‌ها و وسایل نمونه برادری از الاینده های هوا(علیرضا چوبینه)

روش های نمونه برادی و تجزیه الاینده های هوا(عبدالرحمن بهرامی)

[a.namdar 5908]

انواع فیلترهای مورد استفاده در جمع اوری نمونه های الاینده هوا

 

 

 

فیلترهای الیاف سلولزی

اغلب فیلترهایی که در این گروه قرار می‌گیرند در ازمایشگاه شیمی برای جداسازی مواد جامد از کایع استفاده میشوند.

این فیلترها از خمیر سلولز تصفیه شده ساخته می‌شوند. حجم خاکستر آنها کم است. ضخامت آنها کمتر از 0.25 میلی‌متر است.ارزان قیمت بوده و در اندازه های مختلف یافت می‌شود. این فلترها دارای قدرت کششی خوبی بوده و به راحتی قابل دستیابی و خریداری اند

از معایب ان جذب زیاد رطوبت است که انها را برای تجزیه نمونه ها نامناسب می‌سازد. برای نمونه برداری از هوا فیلتر وات من شماره 41 پراستفاده ترین انواع فیلترهای سلولزی است.

فیلترهای فایبرگلاس

نسبت به فیلترهای نوع قبل گران تر و دارای قدرت مکانیکی کمتری است. از جمله مزایای آن عبارت است از :

کمتر جاذب رطوبت هستند

دمای بالا را تحمل می‌کنند

راندمان جمع اوری بالاتری نسبت به فیلترهای نوع قبل دارند.

نسبت به اغلب الاینده ها واکنش پذیری کمتری دارند.

از جمله معایب آن:

چون حاوی سیلیس است برای تعیین سیلیس ازاد نمی توان از ان استفاده نمود.

در نمونه برداری در حجم بالا از این فیلتر استفاده می شود. یکی از منابع خطا در هنگام استفاده از این نوع فیلترها کشیده شدن الیاف فیلتر به همراه هوای عبوری است. حتی گاهی مشاهده شده که وزن ثانویه فیلتر کمتر از وزن اولیه بوده است. برای جلوگیری ازاین امر باید از شبکه‌ی حمایت کننده استفاده شود که مانع از فرار الیاف فیلتر و انتقال ان به پمپ شود. برخی ترکیبات که برروی فیلترهای فایبرگلاس جمع اوری می‌شوند عبارتند از : الدرین، بنزیدین ، اتیلن گلیکول، مالاتیون، جیوه، میست، روغن‌های معدنی و پاراتیون.

فیلتر الیاف مخلوط:

شامل فیلتر های مخلوط ازبست-سلولز، سلولز-گلاس و ازبست- گلاس است. فیلترهای این گروه جایی که بالا بودن راندمان جمع اوری و پایین بودن افت فشار اهمیت زیادی دارد کاربرد زیادی یافته اند. از انجا که زدودن ذرات جمع شده بر روی فیلترها سخت است این فیلترها کاربرد کمی در نمونه برداری دارند. به علت دارا بودن مواد معدنی خاکستر این فیلترها زیاد است و در هنگام تجزیه شیمیایی ذرات تداخل ایجاد می‌کنند. از این فیلتر ها زمانی استفاده می‌شود که تنها تعیین وزن ذرات در واحد حجم هوا مدنظر باشد. همچنین برای نمونه برداری از ذرات رادیواکتیو در حالتی که اکتیویته بدون زدودن ذرات از فیلتر محاسبه خواهد شد.

فیلترهای پلاستیکی:

از این نوع فیلتر برای نمونه برداری نیز استفاده می‌شود. متداول ترین انواع ان فیلتر microsorban می‌باشد که از الیاف پلی استیرن است که قطری کمتر از یک میکرون دارند.

مقاومت این فیلتر در هوا اندک بوده و راندمان ان بالاست(مثل ازبست-سلولز). فیلترهای پلی استایرن در هیدروکربن اروماتیک حل می‌شوند. قدرت مکانیکی پایینی دارند و می بایست به وسیله یک شبکه نگهدارنده که در زیر ان است حمایت شوند.

فیلترهای غشایی:

جایی که نمی توان از فیلترهای الیافی استفاده کرد فیلترهای متخلخل غشایی به کار می‌روند. غشاهای الی از تشکیل یک ژل حاصل از کلوئید آلی ساخته می‌شوند. ژل را به صورت لایه ای نازک حدود 150 میکرون که دارای منافذ یکنواخت و یکسانی است در اورده و به عنوان فیلتر استفاده می‌کنند. فیلترهای غشایی از جتس سلولز استر و سلولز نیترات کاربرد زیادی در نمونه برداری از هوا دارند. در سالهای اخیر فیلترهای غشایی از جنس سلولز تری استات، PVC ، نایلون، اکریلونیتریل تفلون و نقره استفاده می‌شوند.

فیلترهای سلولز نیترات و سلولز تری استات متداول ترین بوده و جرم این فیلترها بسیار کم است و مقدار خاکستر ان قابل چشم پوشی است. برخی از انواع آنها در حلال‌های الی کاملا حل می‌شوند. فیلتر سلولز نیترات در متانول، استن و دیگر حلال ها حل می‌شود. فیلتر تفلونی در حلالی حل نمی شود. حل شدن کامل فیلتر این امکان را می دهد که مواد جمع اوری شده را به روش های شیمیایی و فیزیکی تجزیه نمود. در این فیلترها با کاهش قطر متافذ عمدتا با مکانیسم های برخورد و انتشار از سطح فیلتر جدا می‌شوند. در فیلترهای الیافی ذرات در عمق فیلتر فرو می‌روند در صورتیکه در غشایی ذرات تا عمق کمی از سطح فیلتر نفوذ می‌کنند و در سطح باقی می‌مانند. این امر امکان بررسی میکروسکوپی ذرات را فراهم میکند.