Trong quan trắc không khí, nhiều chất ô nhiễm không được đo trực tiếp tại hiện trường mà cần được thu vào một môi trường thích hợp rồi đưa về phòng thí nghiệm phân tích. Để làm được việc đó, cần tạo một dòng khí ổn định đi qua màng lọc, ống hấp phụ, dung dịch hấp thụ hoặc bộ phận thu mẫu theo yêu cầu của phương pháp.
Bơm lấy mẫu khí là thiết bị tạo dòng khí phục vụ quá trình này. Bơm có thể được sử dụng trong quan trắc không khí xung quanh, môi trường lao động, nghiên cứu cảm biến, thử nghiệm vật liệu và nhiều mô hình phòng thí nghiệm có yêu cầu hút hoặc cấp dòng khí với lưu lượng kiểm soát.
Một bơm lấy mẫu phù hợp không chỉ cần “hút được khí”. Điều quan trọng hơn là phải tạo được lưu lượng phù hợp, đủ ổn định và có khả năng làm việc với trở lực của toàn bộ hệ lấy mẫu.
Có thể hình dung một hệ lấy mẫu chủ động theo chuỗi:
Không khí cần lấy mẫu → bộ phận thu mẫu → đường ống → bơm → dòng khí thoát ra
Bộ phận thu mẫu mới là nơi giữ lại chất cần phân tích. Bơm có nhiệm vụ kéo một lượng không khí xác định đi qua bộ phận này.
Vì vậy, bơm lấy mẫu khí không tự xác định nồng độ SO₂, NO₂, NH₃, bụi hay các chất ô nhiễm khác. Kết quả cuối cùng thường được xác định từ lượng chất thu được kết hợp với thể tích không khí đã lấy và yêu cầu của phương pháp phân tích.
Trong nhiều phương pháp lấy mẫu, thể tích không khí đi qua bộ thu mẫu được xác định từ lưu lượng và thời gian.
Thể tích khí ≈ lưu lượng × thời gian lấy mẫu
Nếu lưu lượng thực tế thấp hơn hoặc cao hơn đáng kể so với yêu cầu, thể tích mẫu sẽ thay đổi và có thể ảnh hưởng đến kết quả.
Do đó, khi sử dụng bơm lấy mẫu, người vận hành không chỉ quan tâm bơm có chạy hay không mà cần biết:
Không có một mức lưu lượng duy nhất dùng cho tất cả các chất.
Một phương pháp dùng bình hấp thụ có thể yêu cầu lưu lượng tương đối thấp, trong khi lấy mẫu bụi hoặc một số hệ thu mẫu khác có thể cần lưu lượng lớn hơn nhiều.
Vì vậy, bơm nên được lựa chọn từ phương pháp lấy mẫu thực tế:
Phương pháp → lưu lượng yêu cầu → trở lực hệ thống → lựa chọn bơm
Cách lựa chọn này phù hợp hơn nhiều so với chỉ chọn bơm có lưu lượng tối đa càng lớn càng tốt.
Một bơm có dải rất lớn nhưng phần lớn thời gian phải làm việc sát giới hạn thấp chưa chắc là lựa chọn tối ưu.
Ngược lại, một bơm chỉ vừa đủ lưu lượng nhưng không còn khả năng bù khi trở lực tăng cũng có thể gặp khó khăn trong quá trình lấy mẫu.
Thiết bị phù hợp cần có dải làm việc tương thích với phương pháp và còn đủ khả năng duy trì dòng khi gắn toàn bộ bộ thu mẫu thực tế.
Khi không gắn gì vào đầu hút, bơm có thể tạo lưu lượng khá dễ dàng. Nhưng khi lắp thêm màng lọc, ống hấp phụ, bình hấp thụ, đường ống hoặc các phụ kiện khác, dòng khí phải vượt qua một mức trở lực nhất định.
Có thể hình dung:
Trở lực tăng → bơm phải làm việc nhiều hơn để duy trì cùng lưu lượng
Trong một số trường hợp, trở lực còn thay đổi ngay trong quá trình lấy mẫu. Ví dụ, vật chất tích tụ trên màng lọc có thể làm dòng khí khó đi qua hơn so với lúc bắt đầu.
Do đó, khả năng duy trì lưu lượng khi có tải thực tế quan trọng hơn nhiều so với giá trị lưu lượng đo được khi bơm chạy không tải.
Một sai sót dễ gặp là kiểm tra lưu lượng khi chỉ nối trực tiếp thiết bị đo lưu lượng với bơm, sau đó mới lắp bộ thu mẫu vào.
Cách kiểm tra có ý nghĩa hơn là đưa các thành phần của hệ lấy mẫu vào cấu hình gần với lúc sử dụng thực tế.
Ví dụ về nguyên lý:
Thiết bị kiểm tra lưu lượng → bộ thu mẫu → đường ống → bơm
Như vậy, giá trị kiểm tra đã phản ánh thêm trở lực của bình hấp thụ, màng lọc, ống hấp phụ hoặc bộ phận thu mẫu đang sử dụng.
Cấu hình cụ thể vẫn cần thực hiện theo phương pháp lấy mẫu tương ứng.
Với những công việc yêu cầu kiểm soát lưu lượng, việc kiểm tra trước khi lấy mẫu giúp xác nhận hệ thống đang hoạt động đúng trước khi bắt đầu.
Sau khi kết thúc, kiểm tra lại giúp phát hiện các trường hợp như:
Nếu sai khác vượt yêu cầu của phương pháp, dữ liệu mẫu cần được xem xét theo quy trình kiểm soát chất lượng tương ứng.
Một bơm lấy mẫu tốt cần quan tâm đến dòng khí thực tế, không chỉ tốc độ quay của động cơ.
Khi trở lực thay đổi, cùng một tốc độ động cơ chưa chắc tạo ra cùng một lưu lượng.
Trong hệ có phản hồi lưu lượng, nguyên lý điều khiển có thể được hiểu:
Lưu lượng đặt → đo lưu lượng thực tế → so sánh → điều chỉnh bơm → đo lại
Nhờ đó, hệ thống có thể bù lại một phần ảnh hưởng của thay đổi trở lực trong phạm vi làm việc của bơm.
Tuy nhiên, không nên hiểu rằng lưu lượng sẽ hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi mọi mức trở lực. Mỗi bơm đều có giới hạn về khả năng tạo chênh áp và duy trì dòng.
Một trong những cách phổ biến để theo dõi dòng khí là đo chênh áp qua một phần tử có đặc tính dòng đã biết.
Khi khí đi qua phần tử này, một mức chênh áp được tạo ra. Từ tín hiệu chênh áp và đặc tính của đường dòng, hệ thống có thể xác định lưu lượng sau khi được xây dựng và hiệu chuẩn phù hợp.
Ưu điểm của cách tiếp cận này là lưu lượng được đánh giá từ chính trạng thái dòng khí, thay vì chỉ suy ra từ tốc độ của động cơ bơm.
Tùy phương pháp và dải lưu lượng, bơm lấy mẫu chủ động có thể làm việc cùng nhiều dạng bộ thu mẫu khác nhau.
Việc lựa chọn vật liệu thu mẫu và điều kiện lấy mẫu phải dựa trên phương pháp tương ứng, không phụ thuộc riêng vào loại bơm.
Trong quan trắc môi trường, bơm có thể được sử dụng để thu các mẫu khí cần phân tích sau tại phòng thí nghiệm.
Một quy trình tổng quát thường gồm:
Chuẩn bị bộ thu mẫu → kiểm tra lưu lượng → lấy mẫu → ghi thời gian và điều kiện hiện trường → kiểm tra sau lấy mẫu → bảo quản và bàn giao mẫu
Mỗi chỉ tiêu có thể sử dụng bộ thu mẫu, lưu lượng, thời gian và điều kiện bảo quản khác nhau. Vì vậy, bơm là một thành phần của phương pháp chứ không phải thiết bị quyết định toàn bộ quy trình.
Trong đánh giá phơi nhiễm nghề nghiệp, bơm lấy mẫu cá nhân hoặc bơm lấy mẫu khu vực có thể được sử dụng để hút không khí qua môi trường thu mẫu trong một khoảng thời gian xác định.
Trong ứng dụng này, thiết bị thường cần gọn, ổn định và có khả năng duy trì dòng trong suốt thời gian lấy mẫu.
Tùy phương pháp, bộ thu mẫu có thể được bố trí tại vùng hô hấp của người lao động hoặc tại một vị trí cần đánh giá trong khu vực làm việc.
Ngoài quan trắc theo phương pháp chuẩn hóa, bơm lấy mẫu còn là một công cụ hữu ích trong nghiên cứu.
Một số ứng dụng có thể gồm:
Trong nghiên cứu, khả năng thay đổi lưu lượng và ghi lại điều kiện vận hành giúp người dùng dễ xây dựng các nghiệm thức khác nhau.
Thể tích khí cần thu phụ thuộc vào mục tiêu và phương pháp. Vì vậy, lưu lượng và thời gian luôn có mối liên hệ với nhau.
Nếu cần cùng một thể tích khí:
Lưu lượng thấp hơn → thời gian dài hơn
Tuy nhiên, không nên tùy ý tăng lưu lượng để rút ngắn thời gian lấy mẫu. Bộ thu mẫu và phương pháp thường có vùng lưu lượng phù hợp để đảm bảo hiệu quả thu mẫu.
Nếu hệ thống bị rò tại một vị trí sau bộ thu mẫu, một phần không khí có thể đi vào đường hút mà không đi qua bộ phận thu mẫu.
Khi đó, bơm vẫn có thể hiển thị dòng nhưng thể tích khí thực sự đi qua môi trường thu mẫu không còn tương ứng hoàn toàn.
Những vị trí nên được kiểm tra gồm:
Ống dẫn khí quá nhỏ hoặc quá dài có thể tạo thêm trở lực. Ống bị gập cũng có thể làm lưu lượng giảm rõ rệt.
Ngoài kích thước, vật liệu của đường ống cũng cần được xem xét đối với những phương pháp mà thành phần khí có khả năng tương tác với bề mặt ống.
Vì vậy, khi một cấu hình đã được xác nhận phù hợp, nên hạn chế thay đổi tùy ý chiều dài, đường kính và vật liệu ống giữa các lần lấy mẫu.
Thể tích khí thay đổi theo nhiệt độ và áp suất. Đối với một số phương pháp hoặc yêu cầu xử lý dữ liệu, các thông tin này có thể cần được ghi nhận để đánh giá hoặc quy đổi thể tích khí theo điều kiện quy định.
Tùy cấu hình, một bơm lấy mẫu hiện đại có thể được tích hợp thêm cảm biến môi trường hoặc kết nối với hệ ghi dữ liệu để lưu các thông tin hỗ trợ cùng với quá trình lấy mẫu.
Tuy nhiên, việc có cảm biến nhiệt độ hoặc áp suất không có nghĩa mọi kết quả đều tự động được quy đổi. Công thức và điều kiện quy chiếu vẫn phải tuân theo phương pháp đang sử dụng.
Với lấy mẫu kéo dài, một giá trị lưu lượng ghi ở đầu ca chưa cho biết điều gì đã xảy ra trong suốt thời gian bơm hoạt động.
Nếu thiết bị có khả năng ghi dữ liệu, có thể theo dõi các thông tin như:
Nhờ đó, khi mẫu có vấn đề, người sử dụng có thêm dữ liệu để kiểm tra xem quá trình lấy mẫu có xảy ra bất thường hay không.
Bơm lấy mẫu thường được sử dụng tại những vị trí không thuận tiện để kết nối liên tục với máy tính.
Vì vậy, một thiết bị hiện trường nên được thiết kế theo hướng thao tác đơn giản, có thể hoạt động độc lập và hiển thị rõ những thông tin cần thiết.
Tùy cấu hình, hệ thống có thể hỗ trợ:
Nếu một đơn vị thực hiện nhiều phương pháp lấy mẫu, nhu cầu lưu lượng có thể trải từ mức thấp đến khá cao. Một bơm duy nhất có dải rất rộng chưa chắc tối ưu cho toàn bộ vùng làm việc.
Trong trường hợp đó, việc chia thành các model hoặc cấu hình khác nhau theo dải lưu lượng có thể giúp:
Khi cần lấy mẫu một chất cụ thể, không nên chỉ hỏi “bơm này có lấy được chất đó không?”.
Câu hỏi đầy đủ hơn nên là:
Phương pháp lấy mẫu chất này sử dụng bộ thu mẫu nào, lưu lượng bao nhiêu và tạo trở lực như thế nào?
Nếu những yêu cầu đó nằm trong khả năng làm việc của bơm thì thiết bị mới phù hợp.
Cách tiếp cận này tránh việc gắn một danh sách chất rất dài cho bơm trong khi thực tế khả năng sử dụng phụ thuộc vào phương pháp lấy mẫu.
Bơm lấy mẫu là một mắt xích trong toàn bộ quá trình đảm bảo chất lượng mẫu.
Ngoài lưu lượng, người thực hiện còn cần quan tâm đến:
Một bơm có chất lượng tốt không thể bù lại cho một quy trình lấy mẫu không được kiểm soát đầy đủ.
Trong nghiên cứu, người sử dụng có thể chủ động xây dựng dải lưu lượng, thời gian và cấu hình đường khí theo mục tiêu thí nghiệm.
Trong quan trắc theo một phương pháp tiêu chuẩn hoặc quy định kỹ thuật, các điều kiện lấy mẫu phải tuân theo chính phương pháp đó.
Do vậy, nếu thiết bị được sử dụng cho hoạt động quan trắc chính thức, cần kiểm tra các yêu cầu liên quan đến:
ENVI phát triển bơm lấy mẫu khí theo hướng tập trung vào lưu lượng thực tế, khả năng duy trì dòng và sự thuận tiện khi sử dụng ngoài hiện trường.
Một hệ thống được xem xét theo toàn bộ chuỗi:
Phương pháp → bộ thu mẫu → trở lực → dải lưu lượng → bơm → kiểm tra → lấy mẫu → dữ liệu
Tùy nhu cầu, thiết bị có thể được phát triển theo nhiều dải lưu lượng để phù hợp với các phương pháp lấy mẫu khác nhau, đồng thời có thể tích hợp thêm chức năng theo dõi trạng thái và ghi dữ liệu.
Đối với các ứng dụng nghiên cứu, cấu hình cũng có thể được điều chỉnh theo đường khí, buồng thử và điều kiện vận hành thực tế.
Bơm lấy mẫu khí là thiết bị tạo và duy trì dòng khí qua bộ phận thu mẫu trong quan trắc và nghiên cứu. Giá trị của thiết bị không nằm ở việc hút càng mạnh càng tốt mà ở khả năng duy trì đúng lưu lượng cần thiết trong điều kiện có trở lực thực tế.
Khi lựa chọn bơm, cần bắt đầu từ phương pháp lấy mẫu, dải lưu lượng, bộ thu mẫu và cấu hình đường khí. Trong quá trình sử dụng, kiểm tra lưu lượng với hệ lấy mẫu thực tế trước và sau khi lấy mẫu là một phần quan trọng để kiểm soát chất lượng.
Khi được lựa chọn và vận hành phù hợp, bơm lấy mẫu có thể phục vụ linh hoạt từ quan trắc môi trường, môi trường lao động đến các mô hình nghiên cứu cảm biến, vật liệu và dòng khí trong phòng thí nghiệm.
Bơm lấy mẫu khí cho quan trắc và nghiên cứu
Bơm lấy mẫu khí thực sự làm nhiệm vụ gì?
Vì sao lưu lượng là thông số quan trọng nhất?
Mỗi phương pháp có thể yêu cầu một dải lưu lượng khác nhau
Lưu lượng lớn nhất không phải lúc nào cũng tốt hơn
Trở lực của hệ lấy mẫu ảnh hưởng như thế nào?
Vì sao nên kiểm tra bơm với toàn bộ bộ lấy mẫu?
Kiểm tra trước và sau khi lấy mẫu
Điều khiển lưu lượng khác với điều khiển tốc độ bơm
Đo lưu lượng bằng chênh áp
Bơm có thể sử dụng với những loại bộ thu mẫu nào?
Bộ phận thu mẫu
Ứng dụng chung
Màng lọc
Thu bụi, aerosol hoặc các thành phần cần giữ trên vật liệu lọc theo phương pháp.
Ống hấp phụ
Thu một số chất khí hoặc hơi trên vật liệu hấp phụ phù hợp.
Bình hấp thụ
Dẫn khí qua dung dịch hấp thụ theo yêu cầu của phương pháp lấy mẫu.
Cụm lấy mẫu chuyên dụng
Phục vụ các quy trình nghiên cứu hoặc phương pháp lấy mẫu có cấu hình riêng.
Bơm lấy mẫu trong quan trắc không khí xung quanh
Ứng dụng trong môi trường lao động
Ứng dụng trong nghiên cứu
Tính lưu lượng và thời gian theo mục tiêu lấy mẫu
Lưu lượng cao hơn → thời gian có thể ngắn hơn
Rò rỉ là lỗi nhỏ nhưng ảnh hưởng lớn
Đường ống cần phù hợp với hệ lấy mẫu
Nhiệt độ và áp suất có vai trò gì?
Ghi dữ liệu giúp quá trình lấy mẫu dễ kiểm tra hơn
Khả năng hoạt động độc lập tại hiện trường
Khi nào cần nhiều dải bơm khác nhau?
Lựa chọn bơm theo phương pháp thay vì theo tên chất
Thiết bị quan trắc cần được kiểm soát chất lượng
Bơm lấy mẫu nghiên cứu và bơm dùng cho phương pháp quy định
Một số ứng dụng phù hợp
Lĩnh vực
Ứng dụng
Quan trắc không khí xung quanh
Tạo dòng khí qua bộ thu mẫu theo yêu cầu của phương pháp.
Môi trường lao động
Lấy mẫu cá nhân hoặc lấy mẫu tại khu vực làm việc.
Nghiên cứu cảm biến
Tạo dòng khí qua buồng thử và theo dõi phản ứng của cảm biến.
Nghiên cứu vật liệu
Tạo dòng qua màng lọc, vật liệu hấp phụ hoặc mô hình thí nghiệm.
Phòng thí nghiệm
Phục vụ các hệ cần hút khí có kiểm soát trong một dải lưu lượng xác định.
Định hướng thiết kế của ENVI
Kết luận
Bài mới nhất
Đang tải bài mới...
0 nhận xét:
Đăng nhận xét