Пакет итоговых результатов 3
Мотивация
При использовании подходящих методов контроля, выбранных с учетом влияния наноматериалов на окружающую среду, здоровье людей и уровень безопасности, во внимание принимается и важность мер локализации экспонирования и контроля их параметров. Эти меры, учитывающие потенциально возможное экспонирование при наличии в воздухе наночастиц, должны содержать надежные приемы совершения операций и работ с такими материалами, применение широкого спектра технических средств контроля (например, изоляция опасного источника и установка местной вытяжной вентиляции) и использование средств индивидуальной защиты: защитная одежда, перчатки и средства защиты органов дыхания. Контроль свойств фильтрующих материалов (например, средств защиты органов дыхания), осуществляемый с учетом результатов оценки рисков и приемов их управления, должен проводиться при хорошем понимании эффективности фильтрующих материалов и совершенствовании методов ее измерения, которая меняется в зависимости от свойств аэрозолей и времени экспозиции.
В научной литературе уже сейчас можно найти множество сведений о фильтрующих материалах и эффективности респираторов. Эти данные помогут определить эффективность фильтрации аэрозольных частиц. Мартин и Мойер (Martin and Moyer, 2000) разработали и усовершенствовали методы, которые затем стали основой для утвержденного NIOSH тестирования респираторов при их сертификации. При определении эффективности фильтрующего материала на пропускание аэрозольных частиц используют хлорид натрия (NaCl) и диоктилфталат (DOP). При проверке фильтрации в первую очередь изучают наличие в фильтре аэрозольных частиц до начала испытаний (Fardi and Liu, 1991). В предыдущей работе по этой тематике сообщается, что при экспериментах с фильтрами NaCl и DOP ведут себя по-разному; свое влияние на результаты эксперимента также оказывает и заряд частиц аэрозоля, который является критическим параметром (Fissan et al., 1984; Ji et al., 2003). Было изучено влияние метода отбора проб и измерения заряженных и нейтральных монодисперсных частиц в аэрозолях на эффективность фильтрующих свойств металла и полимерных материалов; эффективность фильтрации определялась как зависимость от диаметра заряженных и незаряженных частиц в аэрозолях, эти параметры в свою очередь зависят от относительной влажности воздуха (Kim et al., 2006). Также исследовалась степень проникновения наночастиц серебра сквозь коммерческие фильтры (Kim et al., 2007). Хотя фильтрующие свойства, определяемые согласно протоколу на основе метода Манакина, не входят в сферу технических интересов NOSH Consortium (но они имеют важное значение с точки зрения охраны труда и здоровья), были проанализированы отчеты о степени прилегания защитных масок к лицу (sealed face fit), из которых ясно, что при оценке эффективности респираторов важное значение имеет нейтрализация заряда аэрозоля (Balazy et al., 2005). При изучении монодисперсных заряженных или нейтрализованых аэрозольных частиц (Kim et al.,
2006) или незаряженных аэрозольных частиц (Yun et al., 2007), которые затем используются для определения эффективности фильтрующего материала, применялись дифференциальные анализаторы подвижности (DMA). О показателях фильтрующих свойств разных материалов сообщается во многих научных источниках, в которых также можно найти информацию о влиянии заряда аэрозольных частиц на показатели работы электретного фильтрующего материала (Barrett and Rousseau, 1998) и фильтров НЕРА при воздействии субмикронных аэрозольных частиц (Sinclair, 1976).
Нынешние протоколы тестирования фильтрующих материалов используются при получении аэрозолей (как правило, NaCl или DOP) с известным размером частиц и распределением их по размерам; при этом способе тестирования аэрозоли подаются в испытательную камеру, где находится фильтрующая маска или картридж, часто прикрепленная/прикрепленный при помощи воска или клея, чтобы не допускать утечек материала вне фильтра. Эффективность фильтра рассчитывается путем деления общего числа аэрозольных частиц в воздушном потоке (с учетом частиц всех размеров) после прохождения через фильтрующий материал на общее число аэрозольных частиц в потоке, измеренное до прохождения через испытательную камеру и фильтрующий материал. Можно использовать и другой метод расчета: разделить количество аэрозольных частиц в газовом потоке на выходе из камеры на число частиц на входе, учитывая при этом только частицы с определенным диаметром. Дополнительную информацию можно найти в сертификационных документах N10SH (NIOSH 2005а, б).
Техническая часть исследования эффективности фильтрации, выполняемого NOSH Consortium, была сосредоточена на трех областях, в которых было целесообразно изучить современные методы аэрозольной фильтрации и приборы, предназначенные для этого: 1) количественное определение доли частиц, задержанных фильтром; 2) измерение эффективности фильтрующего материала при воздействии заряженных и повторно нейтрализованных аэрозольных частиц в зависимости от времени экспозиции и диаметра частиц; 3) изучение фильтрационной эффективности полидисперсных аэрозолей, содержащих частицы значимых для отрасли химических веществ.
При проведении тестирования фильтрующих материалов аэрозольные частицы воздействовали на изучаемый материал, в том числе на внутренние структуры фильтрующих элементов, а также на поверхности стенок камеры, ее конструкционные элементы, клеи и воски, используемые для крепления фильтра в месте его установки. Для количественной оценки эффективности захвата частиц только благодаря фильтрующему материалу необходимо определить потери частиц в результате действия других факторов, т. е. потери, происходящие помимо взаимодействия аэрозольных наночастиц с фильтрующим материалом, эти потери необходимо вычесть из общей величины потерь и только затем заниматься расчетом эффективности фильтрующих материалов. Хотя для более крупных аэрозольных частиц диффузионные потери могут быть не очень значительны, для наночастиц диффузия — более важный фактор, поэтому она должна учитываться при любых измерениях, проводимых при оценке поведения таких частиц. Для решения этих задач в конструкции, созданной для измерения фильтрации в NOSH Consortium, установлен прибор двойного нейтрализатора, который может быть встроен в систему диагностики аэрозоля; это позволяет оценить различия эффективности фильтрующих материалов заряженных (т. е. вновь созданных) и нейтрализованных частиц (т. е. переведенных в состояние, соответствующее равновесному распределению зарядов Больцмана) аэрозольных частиц с высокой дисперсностью. Количество и место расположения таких нейтрализаторов позволяют определить поведение этих частиц в зависимости от их диаметра и времени взаимодействия с фильтром с учетом различных ситуаций.
При тестировании типичных фильтрующих материалов для электростатической классификации (и может быть, электростатической регистрации) аэрозольных наночастиц используется нейтрализатор аэрозолей, который применяется либо для проверки соответствия желательному распределению частиц по размерам пределов заданных значений, либо для получения монодисперсных аэрозолей, воздействующих на проверяемый фильтрующий материал. Другой нейтрализатор используется в ряде экспериментов для последующей классификации заново нейтрализованных аэрозольных частиц. Такие аэрозоли впоследствии можно осаждать на электростатических пластинах для удаления всех заряженных частиц из повторно нейтрализованного аэрозоля, чтобы получить незаряженные монодисперсные аэрозоли (Barrett and Rousseau, 1998). При работе только одного нейтрализатора итоговые данные, зависящие от места его установки, позволяют собрать полезную информацию либо о заряженных, либо о незаряженных аэрозольных наночастицах, взаимодействующих с фильтрующим материалом. Получение результатов одновременно об обоих видах частиц невозможно. В некоторых примерах, описываемых в научной литературе, коэффициенты фильтрации заряженных и незаряженных частиц аэрозоля ошибочно считают эквивалентными. В одном из рассмотренных случаев элек- третные фильтры были настроены на удаление заряженных аэрозольных частиц из газов. Поэтому эксперименты по определению эффективности фильтрации, в которых отслеживается только поведение заряженных частиц, могут, вполне вероятно, показывать высокую начальную эффективность фильтрации таких фильтров для аэрозольных частиц. Но по значениям эффективности фильтрации для заряженных частиц нельзя судить о том, какой она будет для незаряженных аэрозольных частиц. В профессиональной деятельности, когда неизвестен заряд отдельных частиц или присутствие в среде незаряженных аэрозольных наночастиц, электретный фильтр не может обеспечить полную защиту, хотя опубликованные данные свидетельствуют о высокой эффективности фильтрации. Поэтому очень важно знать либо распределение зарядов частиц в промышленных аэрозолях, либо показатели рекомендованного фильтра для заряженных и незаряженных аэрозольных частиц, чтобы наилучшим образом защитить работников, выполняющих свои профессиональные обязанности в среде, где могут содержаться такие системы, а также аэрозоли с неизвестным распределением заряда поверхности частиц.
