Способ микробиологического анализа воздуха и устройство для его осуществления

(56) 1. Иау К.В Ашх 1 е-заране 118.дшр 1 п 8 ег."Вас. Кеч" ., 1966, 30,р. 559,2. Авторское свидетельство СССР(54) СПОСОБ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГОАНАЛИЗА ВОЗДУХА И УСТРОЙСТВО ДЛЯОСУП,ЕСТВЛЕИИЯ.(57) 1. Способ микробиологическогоанализа воздуха, предусматривающийотбор представительной пробы воздуха,инерционное осаждение микробныхчастиц на подложках с последующимподсчетом выросших колоний, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности, снижают концентрацию микробных частиц в анализируе-,4(51) С 12 С 3/00; С 12 М 1/00 мой пробе воздуха путем деления пос- ледней на два потока в заданном соотношении и стерилизации большого потока анализируемой пробы, при этом перед осаждением оба потока смешивают, а, результат подсчета корректируют с учетом заданного значения соотношения деления потоков.2. Устройство для микробиологического анализа воздуха, включающее разъемные "каскады, содержащие сопловую решетку, и подложку с питательной средой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно оснащено неселективной насадкой, состоящей из цилиндрической камеры с входным каналом, внутри которой коаксиально размещены цилиндрические многосопловая решетка и подложка, при этом многосопловая решетка выполнена в виде перевернутого стакана с равномерно размещенными на боковой поверхности последнего соплами одинакового диаметра и единичным соплом в основании стакана.1 1141Изобретение относится к микробиологии, а именно к технике измерения высоких концентраций и дисперсных микробных частиц, присутствующих в воздухе, 5Известны способ и устройство для микробиологического анализа воздуха, основанные на инерционном принципе разделения частиц по размера и осаждении их в жидкость, посевом определенного объема отработанной жидкости на твердую питательную среду с последующим термостатированием 10 Известен также способ микробиологического анализа воздуха, прецусматривающий отбор представительной про 30 бы воздуха, инерционное осаждение микробных частиц на подложках с последующим подсчетом выросших колоний 21 .г 1Известно также устройство для осуществления способа, включающее разъемные каскады, содержащие сопловую решетку и подложку с питательной средой Я .Известные способ и устройство позволяют анализировать высокие концентрации частиц, порядка710 част/ьР, за счет сокращения объема воздуха, подаваемого на анализ, и обеспечения осаждения его на подложках. Однако известные способ и устройство являются недостаточно точными и неэффективными при анализе сильно загрязненного воздуха, например, при концентрации микробных частиц порядка 10 част/м, так как 50 наблюдаются "перегрузки" ступеней импактора.Цель изобретения - повышение точности микробиологического анализа.Поставленная цель достигается тем,то согласно способу микробиологического анализа воздуха, предусматривМощему отбор представительной и подсчетом выращенных колоний микроорганизмов Я .15Основной недсстаток способа в том, что он не позволяет измерять концентрацию и дисперсный,состав микробнь 1 х частиц, а позволяет определять только содержание клеток в размерных фракциях микробных частиц. Основной недостаток устройства для осуществления способа - в травмирующем действии на микроорганизмы при их осаждении в жидкость, что снижает 25 точность анализа. пробы воздуха, инерционное осаждениемикробных частиц на подложках с последующим подсчетом выросших колоний,осуществляют снижение концентрациимикробных частиц в анализируемой пробе воздуха путем деления последнейна два потока в заданном соотношении и стерилизации бопьшого потокаанализируемой пробы, при этом передосаждением оба потока. смешивают, арезультат подсчета корректируют сучетом заданного значения соотношения деления потоков,Устройство для микробиологического анализа воздуха, включающее разъемные каскады, содержащиесопловую решетку, и подложку с питательной средой, оснащено неселективной насадкой, состоящей иэ цилиндрической камеры с входным каналом,внутри которой коаксиально размещены цилиндрические многосопловаярешетка и подложка, при этом многосопловая решетка выполнена в видеперевернутого стакана с равномерноразмещенными на боковой поверхности,последнего соплами одинакового диаметра и единичным соплом в основаниистакана.На фиг. 1 схематично изображеноустройство для микробиологическогоанализа воздуха общий вид; нафиг. 2 - графическая зависимостьэффективности осаждения частиц отРаэмеРа Ээо =1(оо); на фиг. 3отклонение замеренного пылесодержанияот истинного при различных соотношениях между скоростями газового потока в основном газоходе М заборнойтрубки ЧУстроиство состоит из неселективной насадки 1 разбавления и размещенных под ней цилиндрических ступеней 2, установленных последовательнодруг на друга и состоящих из сопловой решетки 3 и подложки 4.Насадка состоит из цилиндрическойкамеры 5 с входным каналом 6, в которой коаксиально размещены цилиндрическая многосопловая решетка и подложка. Цилиндрическая многосопловаярешетка представляет собой перевернутый стакан 7, на боковой поверхности которого размещены сопла 8одинакового диаметра, а в основании,стакана - единичное сопло 9 с диффуэором 10, Подложка выполнена в виде полого цилиндра 11, размещенно. го коаксиально внутри стакана 7,ц с к-20 40 Диаметр диффузора 10 единичногосопла 9 и диаметр входного каналакамеры 3 выбирают такими, чтобыскорости газа на входе диффузора 10и во входном канале б были одина 45ковыми,50 3 1141 внутренняя полость которого связана с цилинДрическими ступенями 2 импактора через канал 12. Наружная поверхность подложки покрыта липким материалом 13.5Сечение единичного сопла 9 и общее сечение всех сопел 8 определяются для каждой насадки из условий обеспечения разделения анализируемого потока воздуха на пропорциональные потоки 10 с заданным коэффициентом пропорциональности К, который, при изменении расхода воздуха через устройство от 1 до 60 л/мин, остается без изменения и связан с другими конструктивными параметрами устройства следующей зависимостью: где 2 - диаметр единичного сопФ ла, мм; 2 - диаметр сопел многосоплоС вой решетки, мм; К - коэффициент пропорциональности; Й - число многосопловой решетки насадки разбавления. Число и диаметрсопла 8 выбираются из соотношения 30 д (1,73 10 ) =ЙПгде ойдо - медианный размер частиц,осажденных на липкойповерхности материала 13, 35который всегда меньше минимального размера анализируемых микробныхчастиц. Внутренняя полость подложки является камерой смешения анализируемого воздуха, проходящего через единичное сопло 9,с анализируемым воздухом, очищенным от микробных частиц за счет инерционного осаждения их на липком материале 13. Камера 5 выполнена цилиндрической, чтобы избежать образования внутри нее застойных зон,Входной канал 6 расположен соосно относительно всех элементов. неселек 113 4тивной насадки для равномерной подачи потока на многосопловую решетку,Подложка выполнена в виде пологоцилиндра, чтобы два конструктивныхэлемента (подложка и камера смешения) разместились в одном узлг,Коэффициент К - заданное значениесоотношения деления потоков - можноувеличить, если установить нескольконеселективных насадок последовательнодруг на друга,Пробу воздуха делят на два потока.чтобы отношение суммы этих потоковк меньшему было пропорциональнозаданному коэффициенту К; О+08К=мгде К - коэффициент пропорциональности - заданное значение соотношения деления потоков;ич - расход воздуха через единичм бное сопло и сопловую решеткустакана соответственно,л/мин. Каждая ступень импактора имеет характеристику, представленную на фиг. 2 (график эффективности осаждения частиц. Э на подложке в зависимости от размеров частиц 3 и от изменения относительного расстояния между сопловой решеткой и подложкой Р И) й35,-. Из: ефгде Э 5 О - 507-ная эффективностьосаждения частиц на подложке;др - РазмеР частиц, отвечающий50 Х-. ной эффективности осаждения;2 С - диаметр сопла.Из анализа фиг, 2 видно, что если размер основного количества анализируемых микробных частиц будет меньше границы разделения частиц на фракции для данной ступени 35 , то эффективность их осаждения будет значительно меньше 503, Если размер основного количества анализируемых микробных частиц будет больше значения 3, то эффективность их осаждения будет значительно больше 507.Для правильно сконструированных импакторов крутизна характеристики (тангенс угла наклона) не более 1,4. Этого достигают выбором отношения1/Эс в пределах от 1 до 3/8. В данном случае 1 /Э - 1, а минимальный . размер анализируемых частиц не менее 1 мкм, Для рассматриваемого случая граница разделения частиц на улавли ваемые и неулавливаемые на подложке равна 0,43 мкм. При прохождении через такую ступень частиц, равных 1 мкм, эффективность их осаждения будет около 100%.Значение коэффициента К выбирают в зависимости от значения анализируемой.концентрации микробных частиц в воздухе. С ростом анализируемой концентрации значение коэффициента К 15 должно быть больше, Если число сопелна той или иной ступени устройства превышает число выросших колоний и;(М,) л ), то вероятность попадания нескольких микробных частиц в одно 20 отверстие с последующим образованием одной колонии, .видимой невооруженным глазом, будет незначительна .Например, М = 400, п = 40, Р = 41, и; Р 25Если число выросших колоний и соизмеримо с числом сопел в той или иной ступени М;, то в одно отверстие в сопловой решетке может попасть несколько микробных частиц (до 6), 30 при этом вероятностное число микробных частиц, из которых выросло п,колоний, можно определить по формуле 10 1Р;-й; - + - + - - .ф. Й; й;- М" М;-оса 35 3=16ч, НапримерМ = 400, и = 399,Р = 2397, и;Р, .Если М, = и то обработатьэкспериментальные данные невозможно.Соблюдение требования изокинетичности является важным условием дляправильного отбора проб. Чтобы пробабыла представительна, необходимособлюсти равенство скоростей вовходном канале 6 ( ) и на входе вдиаметр диффузора 10 единичногосопла 9 Ч) МВлияние на точность измерения отклонения от условий изокинетичностипредставлено на фиг. 3Диаметр входного канала 6 выбирается таким, чтобы скорость газа внем была 5-15 м/с. Входной диаметр 3диффузора 10 определяется из урав 55 нениял/мин;мм;м/с.и диаметр сопел 8 4 опреиз уравнения где Ц -а -ч -Числоделяются где р - динамическая вязкость где М - число сопел в многосопловой решетке ступени импактора.Концентрацию микробных частиц С определяют по уравнению 1000,Е Р,С=С к чОСт/м где- время отбора пробы, мин;л0 - расход воздуха через устройство, л/мин;- общее число ступеней импактора;К - коэффициент пропорциональности,В табл., 1 выборочно приведены значения Р; от в для Н, = 400. Н своздуха,мЙв - расход большего потокавоздуха, л/минр - плотность частиц, кг/м;51 К - число Стокса, соответствующее 507-ной эффективностиосаждения частиц;число сопел в стакане.Решая данное уравнение, получаемлКтмоф и,пМинимальный размер диаметр сопел2 выбирают 0,2-0,25.мм. Задаваясьзначением дно и Пс, определяют числосопел М.Вероятностное число осажденных наподложке частиц Р; определяют поуравнению или находят из таблиц.Подсчет выращенных на подложкахколоний микроорганизмов определяютпосле термостатирования подложек. Почислу выращенных колоний и определяют вероятностное число осевших накаждой подложке микробных частиц РЕпо формуле1141113 Иэ табл, 1 видно, что с увеличением числа осажденных на подложке частиц увеличивается вероятность того, что из 2-х и более частиц вырастет одна колония. Когда ; / М;, 0,1, то и Р . При и300 можно предположить, что под многими соплами на . подложке выросли колонии из двух и более числа микробных частиц. Чем больше число микробных частиц, из которых образовались колонии, тем больше ошибка при подсчете числа частиц, так как значение Р зависит от верхнего и нижнего пределов выбранного доверительного интервала. Кроме того, наложение микробных частиц друг на друга часто мешает им прорасти,Поэтому, чем ниже анализируемаяоконцентрация (до 10 част/мз ), тем меньше ошибка в измерении. При и;/Н, 0,1, ошибка при измерении сведена к нулю. Перед началом отбора пробы воздуха устройство собирают в стерильном 2боксе, относят его к месту проведения анализа, подсоединяют к источнику разрежения и устанавливаютвыбранный расход воздуха (например30 л/мин). Анализируемый объем воздуЗОха попадает на входной канал 6, вкотором его меньшая часть (например,десятая) изокинетически отбираетсяединичным соплом 9 и попадает навнутреннюю полость стакана 7, а остальная, большая часть проходит35через сопла 8. Число и диаметр сопел8 подобраны таким образом, что засчет инерционных сил на липкомматериале 13 осаждаются частицы сразмерами большими (например,0,43 мкм). Значение 3 для многосопловой решетки каскада разбавлениявыбирается заведомо меньше минимального размера анализируемых микробных частиц (который равен илибольше размера единичной клетки)для того, чтобы все микробные частицы, пройдя через сопла 8 стакана 7,осели на липком материале 13 сэффективностью 1007, и большаячасть потока очистилась бы от микробных частиц и стала бы стерильной. ЯПосле отбора пробы подложки 4 извлекают иэ устройства и устанавли 1 вают в термостат для образования в местах осаждения микробных частиц видимых колоний микроорганизмов.Проводят сравнительные испытания предлагаемого и известного способов микробиологического анализа воздуха. Для реализации известного способа анализа воздуха используют известное устройство, а для реализации предлагаемого способа устройство, технические характеристики которого и приведены в табл. 2. В динамической камере объемом 1 м распыляют культуру микроорганизмов чудесной палочки с помощью барботажного генератора аэрозолей. Концентрацию клеток чудесной палочки меняют в исходной взвеси из опыта к опыту для получения различной концентрации микробных частиц в динамической камере. Затем к камере подсоединяют два устройства (известное и предлагаемое) и одновременно отбирают пробу воздуха.Результаты сравнительных испытаний, приведенные в табл. 3, показывают что при концентрации микробУ7ных частиц до 10 част/м результаты. совпадают, а при концентрации их выше 10 част/м измерить параметры с помощью известного устройства не удается.Таким образом, предлагаемое устройство для микробиологического анализа воздуха позволяет предварительно снизить исходную анализируемую концентрацию микробных частиц (например в 10 раз), что, с одной стороны, расширяет верхний предел измерения, а с другой, повышает точность анализа в 10 раэ за счет уменьшения эффекта наложения отдельных микробных частиц друг на друга с последующим образованием одной колонии.Предлагаемое устройство может быть использовано для оценки эффективности систем фильтрации воздуха, индивидуальных средств защиты органов дыхания, изучения физического и биологического отмирания микробных частиц в камерах.10 1141113 Табл ив 40 100 200 300 10 20 330 360 399 380 Таблица 2 Границаразделения часЧислосопелв ступени ДиаРасстояниемежду Расход воздуха черезустройствол/мин СтупеДиаметрвходногоканала,мм Диаметрдиффузораединичногосопла, мм ни устройстметрсопел,3)мм с опловой тиц нафранции4 сприД = 30 л/м ва решеткой и подложкой,180 0,25 1 1,1 200 2,0 200 1,5 200 1,3 400 0,8 400 0,6 400 0,4 400 0,25 0,43 2,0 11,6 6,0 30 4,0 30 3,0 7,2 5,8 3,0 30 4,0 2,0 30 2,0 30 2,3 2,0 1,0 30 0,6 2,0 30 0,6 301141113 12 ТаблицаЗ Параметры дисперсногосостава микробных частиц Концентрация микробных часИспользуемоеустройство ВремяотборапробыаналиОпыт тиц,част/л(част/м) Границаразделения частицы фракцииДмкм за воздуха, с 970 О,х 10 ),4 3 Известное 2,0 Извести О,0 1,8 длагаем вести параметры дисперсного состава о устройства не представляется МИзмериизвест обных частиц с помощьюможным. редлагаемое 1,0 2, Предлагаем Расходвоздухачерезустройство114 1113 ит Ф Ъ Ф.иа. 2 оиаение урр скоростей %Дешетник рректо Подписное 7 лиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная 22 Тираж 525 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раув