Hiukkaskeräin
HK-10
Käyttöohje
Hiukkaskeräin HK-10 Pietiko Oy sivu 2
Pietiko Oy
Tykistökatu 4 B 310
20520 Turku
Puh. (02)2514402
[email protected]
www.pietiko.fi
Hiukkaskeräin HK-10 Pietiko Oy sivu 3
Hiukkaskeräimen osat
Hiukkaskeräin HK-10 on tarkoitettu mikrobisten hiukkasten näytteenottoon.
Näytteenoton yhteydessä keräin lajittelee hiukkaset osaskoon mukaan kuuteen eri
luokkaan. Varsinainen keräin muodostuu eloksoidusta alumiinista valmistetusta
koottavasta kammiojärjestelmästä, jossa hiukkaset lajitellaan osaskoon mukaan ja
kerätään agar-pohjaisiin Petri-maljoihin. Keräimen lajitteluominaisuuksista on
kerrotu enemmän kohdassa ”Hiukkaskeräimen toiminta”.
Näytteenottoa varten tarvittava ilmavirtaus saadaan aikaan hiililamellipumpulla, jossa
on rotametrityyppinen ilmanvirtausmittari. Ilman virtausta voidaan säätää mukana
seuraavalla työkalulla.
Lisäksi mukana seuraa kytkinkello, joka helpottaa
näytteenottoajan valvontaa, sekä jatkojohtokela ja kantolaukku.
Tarvittavat alustetut maljat hankitaan yleensä viljelyn suorittavasta laboratoriosta.
Hiukkaskeräimen toiminta
Johdanto
Kokeiden suorittamiset ilman mikrobisesta sisällöstä ovat tulleet yhä
merkityksellisimmiksi viime vuosikymmenen myötä sitä mukaa kun "saaasteettoman”
ympäristön tarve on tullut ilmeisemmäksi.
Suuren infektioriskin omaavien
sairaalapotilaiden sekä lääkinnällinen, että kirurginen hoito vaatii steriilien
materiaalien ja lääkeaineidenvalmistamista ja jalostamista. Lisäksi näiden tuotteiden
kasvava käyttö, massatuotanto ja sopivien elintarvikkeiden laaja-alainen jakelu sekä
kasvava kuluttajansuojan korostaminen ovat myötävaikuttaneet käyttöympäristön
kontrolloimisen tarpeeseen.
Biologiset aerosolit on määritelty, koska mikrobien biologista epäpuhtautta esiintyy
sekä kiinteissä että nestemäisissä ilman hiukkasissa. Näiden hiukkasten koko voi
vaihdella alle 0. 1:n mikronin viruksista yli 100:n mikrmin sieni-itiöihin. Ne voivat
esiintyä yksittäisinä vapaina organismeina tai ryhminä
Mikrobisten hiukkasten näytteenottolaitteita on käytetty pääasiassa kokoamaan ja
suorittamaan kokeita bakteerien ja sienikasvuston aerobisista lajeista. Vaikkakin
monet näytteenottolaitteet -myös luukkaskeräimet voivat kerätä joitakin
virushiukkasia ei ole olemassa helppoa ja käytännöllistä tapaa näiden hiukkasten
viljelyyn ja luetteloimiseen.
Kaikille mikrobisten hiukkasten näytteenottolaitteille on olemassa kaksi rajoitusta,
joiden vuoksi ei-biologiside aerosoleille ei ole olemassa analogista koetta.
Ensinnäkin hiukkaset täytyy erottaa ilmasta ennen minkäänlaista mikrobista koetta ja
toiseksi niiden lisääntymiskyky täytyy demonstroida.
Hiukkaskeräin HK-10 Pietiko Oy sivu 4
ESITTELY
6-KAMMIOINEN MIKROBISTEN HIUKKASTEN NÄYTTEENOTTOLAITE
Hiukkaskeräin eli 6-kammioinenn näytteenottolaite on moniaukkoimen kaskadierotin (=
suihkeen osaskoon määritys), jota käytetään normaalisti mittamaan aerobisen bakteeriston ja
sienikasvuston keskittymiä sekä seinien sisäpuolella olevasta että ympäröivästä ilmasta. Tätä
laitetta on käytetty laajasti standardina luetteloitaessa mikrobisia hiukkasia mikrobiologisista
aerosoleista. Nämä hiukkaset voidaan kerätä bakteorologiseksi agar -lajitelmaksi ja idättää
ne paikoillaan lämpökaapissa laskemista ja tunnistamista varten.
Näytteenottolaite on kalibroitu siten että kaikki kerätyt hiukkaset välittämättä fyysisestä
koosta, muodosta tai tiheydestä lajitellaan acrodynaamisesti ja voidaan suoraan verrata
ihmiskeuhkon kerrostumiin
6-KAMMIOINEN NÄYTTEENOTTOLAITE (lyhyt kuvaus laitteen käytöstä)
a.)
Keräyslevyt preparoidaan aseptisesti pipetoimalla 27 ml s bakteorologista agaria (4550 C) jokaiseen kuuteen mielellään lasiseen Petrimaljaan. Maljat on steriloitava ennen
käyttöä. . Muovisissa Petri-maljoissa staattinen varaus heikentää keräystehokkuutta
.
b.) Riippumatta näytteenoton päätarkoituksesta keräyslevyillä voidaan käyttää kiinteää
bakteriologista väliainetta, kuten tryptikaanista soija- tai veriagaria. Valikoivia väliaineita ei
suositella koska ne estävät vioittuneen tai rasittuneen solukon paranemisen ja kasvun.
c.) Jokaiseen
kammioon asetetaan yksi keräyslevy, josta on kansi poistettu.
d.) Näyteilma menee sisään kartiomaisesta tuloaukosta ja iskeytyy peräkkäisesti
kammioiden läpi järjestyksessä suuremmalla aukkonopeudella kammiosta yksi
kammioon kuusi. Järjestyksessä pienemmät hiukkaset painuvat hitaammin agar
keräyspinnoille.
e) Hiukkaset jäävät agarlevyille ja ”tyhjennetty ilma” johdetaan imuletkun läpi imulähteeseen
(pumppu tai sisäinen imusysteemi).
f) Maksimaalisen keräystehon saavuttamiseksi on huolehdittava ilmanäytteen
vakiovirtauksesta laitteeseen. Tästä vakiovirtuaksesta huolehtii jatkuvakäyttöinen
imupumppu ja sitä kotrolloidaan pumpussa olevalla säädettävällä venttiilillä. Suositus on
28.3 l/min.
g-) Näytteenoton jälkeen näytteenottoaika merkitään muistiin, agar keräyslevyt
poistetaan laitteesta ja jokainen Petrimalja peitetään kannella. Merkistse jokainen
levy näytteen- ja kammionumeron mukaan ( esim 1-1, 1-2, 1-3 ..jne.).
h.) Aseta kaikki agarlevyt ylösalaisin (tämä estää kondensoitumisesta aiheutuvan
pisaroinnin) idätyskaappiin 35 C:n lämpötilaan 18-24 tumiksi. Levyjä voidaan
Hiukkaskeräin HK-10 Pietiko Oy sivu 5
idättää huoneenlämmössä mikäli käyttäjä on kiinnostunein ympäristöbakteereista,
joiden optimi kasvulämpötila on alhaisempi kuin ruumiinlämpö tai 20..25 C:ssa
sienikasvuston palautumisen maksimoimiseksi.
i.) ldätyksen jälkeen lasketaan pesäkkeiden määrä jokaisesta laatasta käyttämällä
tavallista pesäkkeiden laskulaattaa.
j.)
Kun tietää ilmanäytteen virtausmäärän, näytteenottoajan ja hiukkasten
(aerobiset bakteerit ja/tai sienikasvusto) keskiarvomäärän, voidaan ilman
yksikkötilavuus laskea ja hiukkasprosentti jokaisessa kokoalueessa arvioida.
AERODYNAAMINEN HIUKKASLAJITTELIJA, perusteita
Näytteenottolaitteen idea kehittyi seuraavasti:
Ihmisen hengityselimet ovat aerodynaamisesti lajitteleva systeemi ilmassa leijuville
hiukkasille. Näytteenottolaitetta voidaan käyttää korvaamaan hengitysehmet
hiukkasten keruussa ja laitteen pitäisi antaa kohtuullinen vertailuarvo keuhkojen
läpäisykyvylle hiukkasten suhteen.
Murto-osa sisäänhengitetyistä hiukkasista säilyy hengityselimissäja kerrostumien
sijainti vaihtelee hiukkasten fyysisten ommaisuuksien mukaan (koko, muoto, tiheys)kts.aerodynaaminen mitoitus . Koska keuhkojen läpäisykyky hiukkasten
yksikkötiheyden suhteen tiedetään ja kun laitteen kammioon kerättyjen hiukkasten
koot on määntelty - ja jos vakiomalleja näistä laitteista ja vakio toimintamenetelmia
on käytetty - osoittaa kerätyn matenaahn jakauma kammioissa laajuudeltaan saman
kuin mitä on hengityselimien läpäisykyky.
Lukuisat pienet pyörösuihkut parantavat keräys (iskeytymis) tehokkuutta ja tuottavat
terävämmän leikkauksen hiukkaskoosta kussakin kammiossa hitaassa iskeytymisessä.
Täten 6 kammioinen laite ( 400 pientä pyörösuihkua per kammio) vastaa kaikkia
vaatimuksia ilmassa leijuvien mikrobisten hikkasten tehokkaasta keräyksestä.
Viimeaikaiset raportit ovat pohtineet kaskadierottimien tehokkuutta, koska hiukkasia
kimpoaa pois keräyspinnalta ja katoaa poistoilman mukana. Tämä vaikutus
minimituu kun tahmeaa agaria käytetään väliaineena keräilyssä.
Varhaisin ja olennaisin perustyö hitaan iskeytymisen teoriasta johdettiin 1950 - luvun
alussa Ranzin ja Wongin toimesta. Tässä työssä he osoittivat, että hiukkasten keruu
esteeseen on funktio hitaan iskeytymisen parametrista:
K=
CρUDp2 / 18µDc
jossa
U
= suhteellinen iskeytymisnopeus
Hiukkaskeräin HK-10 Pietiko Oy sivu 6
ρ
Dp
µ
Dc
C
= hiukkastiheys
= hiukkasen halkaisija
= kaasun viskositeetti
= pyörösuihkun halkaisija
= Cunninghamin virheenkorjauskerroin
Tieto hitaasta leikkautumisesta esitetään yleensä 50 %:na tehokkaasta leikkauksen
halkaisijasta. Hiukkaskeräimellä, jossa on pyörösuihkut ja laakeat keräyspinnat, 50
% leikkausläpimitta ontaa hitaan iskeytymisen parametriksi K arvon 0.14.
Cunninghemin virheenkorjauskerroin on normaalissa lämpötilassa ja paineessa:
C = 1 + 0.16 x 10 -4 / Dp
Kerroin korjaa virheen, joka aiheutuu hiukkasten poikkeamisesta kokonaisvirtauksen
keskiviivasta.
Tämä johtuu siitä, että hiukkasen halkaisijan lähetessä
kaasumolekyylin keskimääräisen vapaan matkan pituutta ne luiskahtavat helpommin
kaasumolekyylin keskeltä. Keräyksen tehokkuus on tämän vuoksi hieman suurempi
kuin se voisi olla ennustamalla hitaan iskeytymisen teorian mukaan., jossa hiukkasten
läpimitta määritellään yhden tai kahden mikronin välein.
Hiukkaskokojen limittyminen eri kammioiden välillä on ominaista kaikille
kaskadierottimille, mutta tämä on minimoitu hiukkaskeräimessä muotoilun avulla.
Ranz ja Wong ( 1952) totesivat, että kun hiukkanen kulkee suihkun läpi, sen
läheisyys suihkun akselin kanssa on yksi määräävä osatekijä riippumatta siitä
saavuttaako hiukkanen törmäyspinnan vai ei. Hiukkaskeräimessä on 400 pientä
pyörösuihkua, joten hiukkasen matka on rajoittunut lähelle suihkun akselia.
6-kammioinen näytteenottolaite
Kuvaus
Laite koostuu kuudesta alumiinikammiosta, jotka pysyvät yhdessä jousipuristimella
ja tiivisteenä on O-rengas. Kukin iskukammio sisältää tarkasti posratut aukot. Kun
ilmaa imetään laitteen läpi, monikertaiset suihkut joka kammiossa kohdistavat
leijuvat hiukkaset päin agar keräilypintaa. Yksittäisessä kammiossa olevat aukot ovat
yhtäsuuria, mutta pienenevät aina jokaisessa seuraavassa kammiossa. Yksittäiseen
kammioon kerättyjen hiukkasten koko riippuu suihkun nopeudesta ja edellisen
kammion leikkauksesta. Hiukkanen, jota ei kerätä esnimmäisessä kammiossa, seuraa
ilmavirtaa seuraavan kammion Petrimaljan alle. Kukin kammio sisältää 400 aukkoa
kooltaanensimmäisen kammion 1.18 mm:stä kuudennen kammion 0.25 mm:iin.
Jokaisessa kammiossa on irroitettava Petrimalja. Kammiossa oleva tyhjä tila on noin
Hiukkaskeräin HK-10 Pietiko Oy sivu 7
19 mm suurempi kuin Petrimalja. Tämän ansiosta törmäämättömät hiukkaset
kulkeutuvat ilmavirran mukana seuraavaan kammioon.
Näytteen
vakioilmavirtauksesta
huolehtii
jatkuvakäyttöinen
imupumppu.
Virtausmäärä pidetään vakiona pumpussa olevalla säädettävällä kuristimella, jonka
yhteydessä on virtausmittari.
Virtausmäärää suositellaan kalibroitavaksi
säännöllisesti.
Suihkuaukon mitat ja hiukkaskoot / kammio
Kammio
Aukon koko (mm)
1
2
3
4
5
6
1.18
0.91
0.71
0.53
0.34
0.25
Hiukkaskoko
(mikronia)
7.0 ja yli
4.7 - 7.0
3.3 - 4.7
2.1 - 3.3
1.1 - 2.1
0.65 - 1.1
Asennus
Kammioiden aukot tulee puhdistaa ja desinfioida joka käytön yhteydessä. Mieto
pesuaine ja lämmin vesi käyvät puhdistamiseen. Saippuan voi poistaa pitämällä
kammiota juoksevan kuuman veden alla tai upottamalle ne puhtaaseen veteen
ultraäänipuhdistimeen.
Joka kammion suihkusikoista täytyy poistaa kaikki
materiaali. Jos reiät ovat tukossa, ne voi puhdistaa paineilmalla tai freonipistoolilla.
Juuri ennnen käyttöä pyyhi kaikki pinnat 70 % isopropanolilla käyttäen sideharsoa.
Hiukkasekeräimen toimitukseen kuuluu keräin, virtausmittarilla varustettu
imupumppu, joka on säädetty ilmamäärälle 28.3 l / min. , kantolaukun, kytkinkellon
ja jatkojohtokelan pumpulle. Petrimaljoja ei toimitukseen kuulu, koska maljat
saadaan viljelyn suorittavasta laboratoriosta.
Keräin asennetaan käyttökuntoon asettamalla Petrimalja ilman kantta pohjalevyn
päälle siten, että malja lepää kolmen metallitapin päällä. Aseta kammio 6 Petrimaljan
päälle, Aseta toinen Petrimalja kammion 6 päälle ja jatka kunnes kaikki 6 maljaa on
laitteessa. Aseta sisäänmenokansi kammion 1 päälle ja sulje laite. Petrimaljojen
tulisi olla huoneenlämmössä ennen keräimeen asettamista.
Yhdistä poiston yhdysputki imupumpun tai muun imulähteen pohjalaattaan.
Näytteenotto.
Liitä kytkinkello jatkojohdon pistukkaan ja varmista, että kello on asennossa OFF.
Kytke pumppu kytkinkellon pistukkaan. Aseta kellon käynnisys 2 minuutin päähän
( jotta sinulla on hyvää aikaa asettaa kello) Aseta pysäytysaika halutuksi ( eli 12
Hiukkaskeräin HK-10 Pietiko Oy sivu 8
minuutin päähän, jos haluat 10 minuutin näytteenotttoaikaa).
Kytke kello
automaatille ja käynnistä kello ( run). Kellon asettaminen on helpointa, jos et kytke
kelloon paristoja. Tällöin kello aloittaa aina ajasta nolla, kun se kytketään
jännitteeseen.
Näyttenoton jälkeen pura laite, ja poista Petrimaljat yksitellen ja merkitse jokaisen
maljan kanteen näytteen numero ja kammion numero.
Pumpun huolto. Moottori ja pumppu ei tarvitse voitelua. Pumppu on tehtaalla
kalibroitu virtaukselle 28,3 l/s. Mukana olevalla työkalulla on mahdollista säätää
kuristinta. Pumpussa olevassa virtausmittarissa on punainen viiva 28,3 l/min
kohdalla. Virtausmittarin kartion paksuimman kohdan tulee olla punaisen viivan
kohdalla.
Alustetut Petri-maljat
Käytettävät petrimaljat saa viljelyn suorittavasta laboratoriosta. Tälläisia ovat
muuunmuassa Turun yliopiston aerobiologian laitos,
ja Kuopion
aluetyöterveyslaitos.
Porvoon aluetyöterveyslaitos toimittaa myös alustettuja maljoja itse viljeltäväksi.