Устройство для бактериологического анализа воздуха

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ВОЗДУХА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Бабенко Валерий Александрович Байков Валентин Иванович Германович Сергей Павлович Глеб Владимир Константинович Зновец Петр Кириллович Сидорович Татьяна Викторовна Фидаров Феликс Максимович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для бактериологического анализа воздуха, которое содержит корпус с прикрепленной к нему приемной кассетой, снабженной в нижней торцевой части сквозными отверстиями, чашку Петри, расположенную под приемной кассетой, всасывающий 53602009.06.30 вентилятор и блок электрического управления, отличающееся тем, что сквозные отверстия в приемной кассете выполнены конусными с сужением по направлению к чашке Петри, при этом отверстия имеют конусность 15 - 17 и радиус закругления входных кромок/4, где- диаметр выходного сечения отверстия, причем отверстия расположены одно от другого на расстоянии, определяемом по соотношению А 20,5 мм, гдедиаметр входного сечения отверстия.(56) 1. Брок Т.Д. Мембранная фильтрация. - М. МИР, 1987. - С. 23. 2. Черкес Ф.К., Богоявленская Л.Б., Бельская Н.А. Микробиология. - М. Медицина,1987. - С. 487. 3. Импактор воздуха микробиологический Флора-100. Сертификат соответствияРОСС .ИМ 04.НО 4203. Разработчик Федеральное государственное предприятие Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения Полезная модель относится к области медицинской техники, в частности к устройствам для бактериологического анализа воздуха, и может найти применение при определении загрязненности воздуха микроорганизмами в помещениях, окружающей среде,операционных комнатах и др. Микроорганизмы в окружающем воздухе (аэрозоли) размещаются на частицах пыли и парах воды размером от 1 до 15 микрон (аэрозольные частицы). Частицы таких размеров относятся к полосе ингаляции и преимущественно задерживаются органами дыхания человека 1. Известно устройство для бактериологического анализа воздуха в виде аппарата Кротова 2. Задача его состоит в том, чтобы выделить из воздуха микроорганизмы, не навредив их жизнеспособности, поместить их в питательную среду (например, желточно-солевой агар для определения количества бактерий золотистого стафилоккока). Агар представляет собой плотную вязкопластичную жидкость, которая размещается на дне чашки Петри. По числу образовавшихся колоний микроорганизмов определяют их количество в единице объема воздуха. На основании этих данных санитарные и эпидемиологические службы оценивают степень опасности воздушной среды для жизнедеятельности человека. Аппарат состоит из узла для отбора проб воздуха, ротаметра и электрической части. Узел отбора проб включает корпус с расположенным внутри него столиком, к которому присоединена чашка Петри. Внутри чашки размещена питательная среда. К корпусу прикреплены верхняя крышка и центробежный вентилятор. При вращении вентилятора наружный воздух засасывается в щель аппарата между верхней крышкой и открытой чашкой Петри и ударяется о поверхность питательной среды. Содержащиеся в воздухе частицы оседают на среду. Скорость движения воздуха определяется ротаметром, а электрическая часть обеспечивает работу вентилятора. К недостаткам этого аппарата следует отнести неравномерное распределение частиц по поверхности питательной среды, так как при заборе воздуха чашка Петри вместе со столиком вращается и, вследствие действующих на частицы центробежных сил, частицы оседают преимущественно на периферии слоя питательной среды. Возможно также наложение одних частиц на другие, которое приводит к значительным погрешностям при подсчете выращенных на питательной среде (инкубированных) микроорганизмов. Кроме этого, аппарат Кротова нельзя использовать в полевых условиях, так как он не оснащен автономным источником электрического питания. 2 53602009.06.30 Устройством для бактериологического анализа воздуха, наиболее близким к предлагаемому нами, является импактор воздуха микробиологический Флора-100 3, выбранный нами за прототип. Импактор содержит приемную кассету, снабженную в нижней торцевой части множеством сквозных цилиндрических отверстий. Под кассетой расположена чашка Петри таким образом, что между внутренней поверхностью чашки и торцевой частью кассеты образована входная камера. В нижней части корпуса установлены также всасывающий вентилятор и блок электрического управления. Данный прибор работает следующим образом. Наружный воздух протягивается вентилятором через отверстия приемной кассеты и попадает во входную камеру. При этом частицы воздуха оседают на питательную среду,помещенную в чашку Петри, а воздух выходит в наружную атмосферу через щель в приборе. Импактор устраняет недостаток, характерный для аппарата Кротова, касающийся электрического питания вентилятора, так как имеет дополнительный источник питания в виде аккумуляторной батареи, что позволяет использовать импактор не только в стационарных, но и в полевых условиях. Однако ему присущи такие недостатки, как унос мелких частиц из входной камеры, не осевших на питательную среду (особенно при больших расходах воздуха), чем объясняется 50 -ный захват частиц из общего числа частиц, находящихся в объеме протягиваемого через отверстия воздуха, а также неравномерное распределение микроорганизмов по поверхности питательной среды, что приводит к снижению точности бактериологического анализа. Картина движения воздуха в импакторе следующая. После прохождения струи воздуха через цилиндрическое отверстие малого диаметра на выходе из отверстия происходит распыл струи на некотором расстоянии от выходного сечения отверстия. Более крупные частицы достигают поверхности питательной среды, а мелкие не успевают осесть и удаляются из импактора. При этом струи из соседних отверстий взаимодействуют между собой и частицы одной струи налагаются на частицы другой. Такое наслоение вносит погрешность при подсчете колоний микроорганизмов после инкубирования. Кроме того,при интенсивном движении воздуха вдоль металлической поверхности кассеты на острых входных кромках цилиндрических отверстий возникает электростатический потенциал, и отдельные частички, заряженные противоположным знаком, концентрируются у входа в отверстие, препятствуя проникновению других частиц сквозь отверстие, что отрицательно сказывается на результатах анализа. Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности бактериологического анализа за счет увеличения процента захвата частиц воздуха питательной средой и равномерного распределения их по поверхности среды. Поставленная задача решается следующим образом. В известном устройстве для бактериологического анализа воздуха, которое содержит корпус с прикрепленной к нему приемной кассетой, снабженной в нижней торцевой части сквозными отверстиями, чашку Петри, расположенную под приемной кассетой, всасывающий вентилятор и блок электрического управления, согласно предлагаемому техническому решению, сквозные отверстия в приемной кассете выполнены конусными с сужением по направлению к чашке Петри, при этом отверстия имеют конусность 15 - 17 и радиус закругления входных кромок/4, где- диаметр выходного сечения отверстия, причем отверстия расположены одно от другого на расстоянии, определяемом по соотношению А 20,5 мм, где- диаметр входного сечения отверстия. На фиг. 1 представлена схема общего вида устройства для бактериологического анализа воздуха. На фиг. 2 показан конусный профиль отверстий в разрезе. 3 53602009.06.30 На фиг. 3 - расположение отверстий в приемной кассете. Устройство для бактериологического анализа воздуха (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с прикрепленной (например, резьбовым соединением) в верхней части корпуса приемной кассетой 2, снабженной сквозными коническими отверстиями 3 для протягивания воздуха во входную камеру 4 глубиной , расположенную между нижней торцевой поверхностью 5 приемной кассеты 2 и дном чашки Петри 6, закрепленной в упругих прижимах 7, прикрепленных к корпусу 1 винтами 8. Отверстия 3 сужены по направлению к чашке Петри 6 и имеют конусность 15 - 17 и радиусное закругление 9 с радиусомна входе в отверстия(фиг. 2). Внутри чашки 6, на дне ее, размещена питательная среда 10 так, что зазор между выходным сечением отверстий 3 и поверхностью питательной среды 10 равен 1. Среда 10 служит для захвата аэрозольных частиц при протягивании воздуха через входную камеру 4 всасывающим вентилятором 11, расположенным в нижней части корпуса 1. Зазор 12 между цилиндрической поверхностью 13 кассеты 2 и внутренней боковой поверхностью 14 чашки Петри 6 служит для отвода воздуха наружу через отверстия 15, расположенные в стенке корпуса 1. Ниже вентилятора 11 в корпусе 1 установлен блок электрического управления 16 для подачи электрического питания к вентилятору и управления его работой. Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. При подаче напряжения от блока электрического управления 16 на всасывающий вентилятор 11, расположенный в нижней части корпуса 1, последний протягивает наружный воздух через отверстия 3 приемной кассеты 2, воздух поступает во входную камеру 4, в которой контактирует с питательной средой 10, размещенной на дне чашки Петри 6, и растекается вдоль нижней торцевой поверхности 5. Частицы воздуха захватываются питательной средой, а поток воздуха через зазор 12 между цилиндрической поверхностью 13 кассеты 2 и внутренней боковой поверхностью 14 чашки Петри выходит наружу через отверстия 15, расположенные в стенке корпуса 1. Чашка Петри 6 закрепляется в упругих прижимах 7 так, что зазор между выходным сечением отверстий 3 и поверхностью питательной среды равняется 1. Прижимы крепятся к корпусу винтами 8. Радиусные закругления 9 на входе в отверстия 3 предназначены для предупреждения прилипания частиц к входным кромкам отверстий, так как они значительно уменьшают величину электростатического потенциала на входе в отверстия. Частицы скользят по радиусной поверхности и уносятся потоком воздуха во входную камеру. Траектория движения частиц воздуха во входной камере, процент захвата их питательной средой зависят, в основном, от скорости движения частиц, размеров частиц, профиля отверстий, расстояния между отверстиями А (фиг. 3). Для успешной работы устройства необходимо, чтобы максимальное количество аэрозольных частиц воздуха в диапазоне размеров от 2,5 до 15 мкм попало на питательную среду. При струйном течении воздуха через круглое коническое отверстие 3 с заданным расходом струя воздуха ударяется о питательную среду и растекается почти параллельно преграде (поверхности питательной среды) в направлении от центра к периферии. Сужение отверстия 3 с конусностью 17 - 15 приводит к ускорению движения частиц, вылетающих из отверстия. Траектории их движения в отверстии и на определенном расстоянии от выходного сечения отверстия 3 становятся сходящимися, т.е. достигается хорошая фокусировка струи воздуха и интенсивное осаждение частиц на питательную среду 10 с образованием пятна из частиц, максимальный размер которого достигает входного диаметра отверстия . С потоком уходящего через зазор 12 воздуха удаляются только самые мелкие частицы, не долетевшие до поверхности питательной среды. Благодаря этому уровень захвата частиц из объема просасываемого воздуха достигает 80 . Диапазон конусности отверстия 15 - 17 является оптимальным, так как при конусности больше чем 15 (например, 14) пятно контакта частиц с питательной средой сужается с наложением частиц одна на другую, что приводит к погрешности при подсчете колоний микроорганизмов. 4 53602009.06.30 При конусности, меньшей чем 17 (например, 18), распределение частиц на питательной среде практически не отличается от распределения при просасывании воздуха через цилиндрическое отверстие. Размер пятна определяет расстояние между отверстиями А, которое выбирают таким,чтобы пятна, образуемые частицами из двух соседних отверстий, не накладывались одно на другое. Численный расчет и лабораторный эксперимент показывают, что расстояние А необходимо выбирать по соотношению А 20,5 мм, где- диаметр выходного сечения отверстия. Выполнение этого соотношения обеспечивает более равномерное распределение частиц по поверхности среды. Зная из предварительных опытов расстояние от торцевой поверхности 5 до места фокусировки частиц, вылетающих из отверстий, устанавливают перед началом работы зазор между выходным сечением отверстий 3 и поверхностью питательной среды 10, равный 1,перемещая чашку Петри 6 в прижимах 7. Исходя из соображений экономичности при создании приборов, а также удобств при обслуживании, необходимо разрабатывать приборы с малой потребляемой мощностью,небольших габаритов и небольшоймассой. Рассмотрим пример такого исполнения. Принимаем диаметр выходного сечения отверстий 0,8 мм, конусность отверстий 15. Тогда диаметр входного сечения отверстий составит 1,2 мм. Радиус закругления составит/40,2 мм. Расход воздуха принимаем 0,004 кг/с. Проведенные испытания показали, что при указанном расходе фокусировка струй происходит на расстоянии 13 мм, а захват частиц питательной средой составляет около 80 от общего количества частиц в просасываемом объеме воздуха. Мощность, затрачиваемая на работу вентилятора, не превышает 100 Вт при перепаде давления на входе воздуха в отверстия и на выходе из устройства 0,2 кг/см 2. Столь малые логистические параметры позволяют создать достаточно легкий переносной вариант прибора с автономным питанием от аккумулятора. Таким образом, предлагаемое техническое решение, за счет изменения профиля отверстий и их оптимального размещения в приемной кассете, обеспечивает повышение процента захвата микроорганизмов и равномерное распределение их по поверхности питательной среды, что повышает точность бактериологического анализа. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5