6.4. Характеристика фильтрующих материалов

В качестве материалов, используемых для накопления радиоактивных аэрозолей, применяются фильтры различного типа, поглотители, сорбенты и др.

Наибольшее применение нашли волокнистые фильтры типа АФА (аналитические фильтры аэрозолей; рис. 6.4), в которых используется фильтрующий материал ФП (фильтр Петрянова), а также мембранные фильтры, электрофильтры, импакторы и т. д.

Волокнистые фильтры представляют собой равномерный слой ультратонких волокон из различных полимеров. В зависимости от цели исследования можно использовать специальные марки фильтрующего материала.

Механизм задержки аэрозолей на этих фильтрах основан на следующих эффектах:

1. осаждении вследствие инерции (для частиц больших размеров);
2. осаждении вследствие диффузии (мелкодисперсныечастицы);
3. осаждении за счет электростатического заряда;
4. осаждении за счет касания;
5. седиментации;
6. осаждении за счет ситового эффекта.

Инерционный эффект () пропорционален квадрату радиуса () частицы и скорости фильтрации ();

.

Диффузный эффект () обратно пропорционален скорости фильтрации и размеру частиц:

.

Электростатический эффект () зависит от величины электростатического заряда волокон, размера частиц и скорости фильтрации эта зависимость может быть представлена в виде:

.

Эффект касания () в первую очередь зависит от размера частиц.

.

Эффект седиментации () необходимо учитывать при фильтрации аэрозолей с частицами размером более 1 мкм. Зависимость седиментации от размера частиц и скорости фильтрации можно выразить так:

.

Ситовый эффект имеет место в том случае, если размер частиц больше размера пор фильтров:

.

На рис. 6.5 приведена общая схема различных эффектов, характерных для задержки аэрозоля.

Рис. 6.5. Общая схема различных эффектов задержки аэрозольных частиц

В санитарной практике нашли широкое применение фильтрующие материалы на основе различных волокон. В соответствии с назначением фильтров они имеют специальную маркировку. В начале ставятся буквы АФА, затем одна, две или три буквы, которые обозначают условное сокращение вида анализа аэрозолей и наименование материала. Например, АФА-РМП – радиометрический из перхлорвинила, АФА-РМА – радиометрический из ацетилцеллюлозы.

Кроме того, в отдельных случаях после условного буквенного сокращения ставят цифры, которые обозначают площадь фильтра в квадратных сантиметрах: например, АФА-Х-18, АФА-РМП-20 и т. д.

Основные свойства волокнистых фильтров АФА. Аналитические фильтры АФА удовлетворяют практически всем требованиям, которые предъявляет санитарно-до-зиметрическая практика к анализу аэродисперсных систем. К таким требованиям относятся:

1. Высокая эффективность улавливания аэрозолей любой дисперсности.
2. Обеспечение значительной пропускной способности.
3. Малое сопротивление потоку воздуха.
4. Необходимая механическая прочность.
5. Удобные в эксплуатации габариты и формы.

При определении концентрации радиоактивных аэрозолей при помощи волокнистых фильтров большое значение имеют такие показатели, как толщина (в миллиграммах на 1 см²), аэродинамическое сопротивление (в миллиметрах водяного столба), распределение активности по толщине и коэффициент проскока, стойкость к химическим и температурным воздействиям, отношение к влаге.

Специальные исследования показали, что максимальным коэффициентом проскока сквозь материал ФП обладают частицы с диаметром 0,1—0,2 мкм.

Таблица 6.3

Характеристика эффективности улавливания аэрозолей (в %) и радиус наиболее проникающих частиц (НПЧ) для некоторых фильтров типа АФА

Средняя толщина фильтрующего материала у всех аналитических фильтров не превосходит 3—3,5 мг/см², т. е. не превышает пробега α-частиц с энергией 5 МэВ в веществе. Это обстоятельство ослабляет фактор поглощения α-частиц в объеме, фильтра, хотя необходимость введения соответствующей поправки остается. Материалы марки НЭЛ и особенно ЛФС специально изготовлены таким образом, чтобы аэрозольные частицы задерживались в лобовом слое, практически не проникая в толщу материала.

Специфическая особенность всех фильтров из материала ФП— их высокий электростатический заряд, играющий большую роль в улавливании аэрозольных частиц. При некоторых условиях, например при нахождении фильтра в условиях повышенной ионизации воздуха, электростатический заряд может быть нейтрализован, что увеличит коэффициент проскока частиц сквозь фильтр. Это обстоятельство необходимо иметь в виду при интерпретации некоторых результатов пробоотбора, проводившихся в специфических условиях. Электростатический заряд фильтров необходимо иметь в виду и при проведении некоторых измерений, когда электростатическое притяжение фильтра к окружающим деталям может существенно исказить результат измерения.

Важная особенность материала ФП — его способность просветляться под действием органических растворителей (дихлорэтан, ксилол, ацетон и др.). Эта особенность используется для анализа аэрозольных частиц с помощью оптического микроскопа, причем не только в запланированных исследованиях, когда можно применить специально разработанный фильтр АФА-ДП но и что важно, — в тех случаях, когда возникает необходимость анализа аэрозолей в пробе, отобранной при обычном контроле.

Просветление фильтра АФА-ДП или любого другого фильтра из материала ФПП проводится двумя методами: либо с помощью жидкого растворителя, либо в парах дихлорэтана.

Фильтр с отобранной пробой помещают на предварительно очищенное предметное стекло лобовым слоем к стеклу и на поверхность фильтра наносят каплю растворителя (94% ксилола и. 6% трикрезилфосфата). Под действием раствора волокна смачиваются и затем постепенно растворяются с образованием студенистого слоя, который после высушивания превращается в тонкую прозрачную пленку. В такой пленке уловленные неорганические частицы хорошо различимы под микроскопом и сохраняет свое первоначальное распределение. При втором методе уложенный на предметное стекло фильтр помещают в эксикатор, на дно которого наливают дихлорэтан, и выдерживают в нем до полного просветления, а затем высушивают. При этом фильтр также превращается в прозрачную пленку с активностью во внешнем слое.

Способность материала ФП легко растворяться в органическом растворителе можно использовать для анализа дисперсности радиоактивных аэрозолей, задержанных фильтром. Для этого фильтр с уловленными частицами помещают в седиментационную колонку (стакан) с растворителем (ацетоном) и после первого растворения материала суспензию взбалтывают в колонке, где под действием силы тяжести частицы с разными аэродинамическими размерами достигают заданного уровня спустя разное время. Сливая рабочую жидкость с помощью набора кранов, получают порции с разными по размеру частицами. В качестве рабочей жидкости используют тот же растворитель, в котором предварительно растворен чистый материал ФП для достижения нужной вязкости и плотности.

Для улавливания аэрозолей и определения содержания радиоактивности йода и ртути в газовых средах в последнее время широко применяются новые сорбционно-фильтрующие ленты типа СФЛ и аналитические фильтры типа АФАС (аналитический фильтр аэрозольно-сорбционный).

В соответствии с назначением они маркируются следующим образом: лента СФЛ-24-50-И и фильтры АФАС-И для определения йода и лента СФЛ-Р-50 и фильтры АФАС-Р — для определения ртути. Цифровое обозначение характеризует ширину ленты. Сорбционно-фильтрующие ленты и фильтры разработаны на основе фильтрующего материала (ФП) и мелко измельченного сорбента (уголь СУ-А с добавкой соли азотнокислого серебра— для улавливания газообразного йода и уголь СУ-А с добавкой йода—для улавливания паров ртути).

Аспирационые методы отбора проб дают информацию об общей объемной активности радионуклидов в воздухе. Вместе с тем, в ряде случаев бывает необходима информация о дисперсности радиоактивных аэрозолей.