Спосіб та пристрій для приготування розведених газових сумішей

Винахід відноситься до техніки мікродозування газів і може знайти застосування в тонкій хімічній технології, контролі навколишнього середовища, для калібрування надчутливих газоаналізаторів. Відомий аналогічний спосіб і відповідний пристрій для приготування газових сумішей [Стефаняк В.В. - В кн. Обеспечение точности и надежности аналитических приборов: Научн. труды ВНИИ АП. - Киев, 1977. - С.52-5 7]. Метод полягає в тому, що у вакуумований газовий балон відомого об'єму вводять порцію газа-забруднювача та у балон подають під тиском газ-розріджувач. Знаючи співвідношення об'ємів забруднювача та розріджувача і тиск у балоні, можна визначити концентрацію забруднювача в приготованій газовій суміші. Недоліком методу є складність апаратури і технології приготування газових сумішей. Найбільш близьким до пропонованого рішення (прототип) є спосіб та відповідний пристрій для приготування невеликих кількостей газових сумішей [Е.А. Перегуд, Д.О. Горелик. Инструментальные методы контроля загрязнения атмосферы. - Л.: Химия, 1981. - С.26-27]. Пристрій являє собою гребінку з чотирьох підключених до основної трубки шприців різного об'єму від 10мл до 250мл, кожний з який заповнений газом-забруднювачем, а один - газом-розріджувачем, та пристрій для перемішування, що представляє собою гумову камеру. Суміш готували у такий спосіб. Евакуюють гребінку та камеру змішування і вводять у систему газ-розріджувач, дозують шприцами забруднюючі компоненти. Суміш перемішують, стискаючи гумову камеру руками. Так, якщо розріджувач помістити в шприц на 250мл, а через ущільнення ввести 10-3 мл газа-забруднювача мікрошприцем, то у цьому випадку одержимо концентрацію 4×10-6%об. Основним недоліком пристрою є неможливість готування нанопроцентних концентрацій газів. Іншим недоліком прототипу є забруднення та зміна концентрації приготованої газової суміші за рахунок використання, як змішувача, гумової чи пластмасової камери. Задачею винаходу є створення технічного рішення, що дозволяє понизити концентрації газів-забруднювачів до 10-9%об., спростити конструкцію пристроїв та те хніку приготування сумішей. Задача вирішена у відомому способі приготування розведених газових сумішей, що включає відбір порцій газу-забруднювача в шприц, розведення його газом-розріджувачем. Розведення проводять у такий спосіб: скидають вміст шприца до визначеного об'єму через голку, повторно відбирають газ-розріджувач, вводять з протилежної конюлі сторони порцію приготовленої газової суміші в інший шприц, який заповнений газомрозріджувачем, причому концентрація приготованої газової суміші при повторному розведенні повинна бути більша, ніж її перевищення за рахунок десорбції зі стінок шприца. Для чого у відомому пристрої для здійснення розведення газу за способом 1, що являє собою шприц з розміткою об'єму, поршнем та голкою, у верхній частині стінки корпусу шприца виконаний отвір, що перекритий муфтою з еластичного матеріалу, який самоущільнюється, причому муфта одягнена на корпус шприца, а усередину шприца вміщений перемішуючий елемент. Відбір порцій газа-забруднювача шприцом та його подвійне розведення дозволяє одержати без витрати великої кількості газу досить точно приготовану сильно розведену газову суміш 10-10-10-9%об. Через адсорбцію забруднювача на внутрішній стінці шприца і його десорбції при повторному розведенні з'являються похибки у приготуванні. На першому етапі при розведенні вихідного газу частина його адсорбується, тому концентрація отриманої суміші стає нижче розрахованої. При повторному розведенні відбувається десорбція зі стінок, але отримана газова суміш знову відрізняється від розрахованої. Тому відносна концентрація вже в першому розведенні повинна бути значно більше, ніж коефіцієнт сорбції. При подальшому розведенні використовують заявлений другий пристрій, що дозволяє пробу газу, без розгерметизації, додатково розбавити практично без перекручувань завдяки наявності пристосування для введення проби у вигляді муфти з еластичного матеріалу, який самоущільнюється, та перекриває отвір у стінці шприца. Розташування введення у верхній частині шприца дозволяє ввести порцію з першого шприца так, що надлишок практично чистого газу-розріджувача буде витиснутий через голку другого шприца. Елемент, що перемішує, з хімічно індиферентного матеріалу дозволяє перемішува ти газову суміш без внесення перекручувань, на відміну від прототипу. Таким чином, відмінними ознаками винаходу є: 1. у способі - багаторазове розведення за допомогою двох шприців із урахуванням обмеження по сорбції газа-забруднювача на їх стінках; 2. у пристрої: наявність пристосування для введення проби в вигляді отвор у у верхній частині корпусу др угого шприца, що перекритий муфтою з еластичного матеріалу, який самоущільнюється, а також перемішуючий елемент. На фіг.1 представлений пристрій: 1 - корпус з розміткою об'єму, наприклад медичного шприца, 2 - поршень шприца, 3 - голка, 4 - перемішуючий елемент, 5 - отвір для введення проби, 6 - муфта з еластичного матеріалу, що самоущільнюється, (наприклад, силіконового каучуку). У медичний шприц із пристрою з відомим високим вмістом забруднювача відбирають його визначену кількість. Цим же шприцом добирають газ-розріджувач до визначеного об'єму. Одержуємо перший ступінь розведення. Для одержання другого ступеню частину газової суміші скидають і знову добирають газ-розріджувач до визначеного об'єму. В др угому випадку вра ховується експериментально визначений коефіцієнт сорбції з таким розрахунком, щоб дотримувалася нерівність: відносна концентрація другого етапу значно більша, ніж перевищення її за рахунок десорбції. Надалі газ вводиться через мембрану, що самоущільнюється, у другий шприц. Отримана газова суміш перемішується струшуванням. При необхідності приготування ще більш розведеної газової суміші операцію розведення повторюють у другому шприці. Приклад здійснення. Пристрій. У поліетиленовому медичному шприці об'ємом 10мл у верхній частині корпусу за межами розмітки об'єму виконаний отвір діаметром 2мм. Він перекритий еластичною муфтою з силіконового каучук у шириною 15мм. Усередину пристрою вміщена скляна бусинка діаметром 6мм (перемішуючий елемент). Спосіб. Пробу 1мл 30%об. диоксиду азоту відбирали шприцом на 10мл з пристрою для збереження газазабруднювача. Добирали сухим повітрям до 10мл. Скидали вміст до 1мл та повторно добирали повітрям до 5мл. Отримана концентрація газа-забруднювача складала 0,6%об. (знайдене перевищення за рахунок десорбції становить 0,01%об.). Приведена вище нерівність у цьому випадку дотримана. 1мл приготовленої газової суміші перенесли через мембрану, що самоущільнюється, у пристрій, який заповнений повітрям, з загальним об'ємом 12мл. Тоді в пристрої концентрація газової суміші складе 0,05%об. Запропоноване технічне рішення може бути використане для іспитів і калібрування надчутливих газових сенсорів.