0,1 мкм (100 нм)

Особенности формирования,
биологического действия и
детектирования ультрадисперсной
фракции аэрозолей
ФГУ «Федеральный медицинский биофизический центр
имени А.И. Бурназяна»
Руководитель НЭИЦТП «Индивидуальная защита» ФМБА и ГК «Росатом»,
заведующий лабораторией СИЗ персонала опасных производств,
член ЦВАК-1 ГК «Росатом», зам. пред. ТК-320 «СИЗ» Ростехрегулирования,
д.т.н., к.х.н., профессор каф. МИПК «Атомэнерго», зав. кафедрой ИППО
РУБЦОВ В.И.
2
3
Пути вредного воздействия радиационных
и химических факторов на человека
1. Внешнее облучение
2. Пути проникания химически токсичных и радиоактивных
веществ внутрь организма и воздействие их на кожу:
•
через органы дыхания (ингаляционно) – возможно
быстрое всасывание и острое отравление, а также
хроническое
•
через кожу (перкутанно) – медленное либо быстрое
всасывание, раздражение, раны, ожоги
•
через рот, ЖКТ (перорально) – курение, пищевые
цепочки
3.
Состояние вещества:
• конденсированное (твердое, жидкое)
• аэрозольное (менее 50 мкм), кластерное (менее 50 нм)
• паро-, газообразное
Формы существования вредных веществ в
воздухе
4
Газ – при обычной температуре нельзя
конденсировать сжатием (изолирующие СИЗ,
хемосорбция)
Пар – может при обычной температуре находиться
в жидкой фазе либо быть сконденсирован
при сжатии (сорбция, хемосорбция)
Аэрозоль – частица (жидкая или твердая), витающая
в воздухе, с размером от 0,002 до 50 мкм
(фильтрация)
Кластер – частица, у которой число молекул (атомов)
на поверхности соизмеримо с числом
молекул (атомов) внутри (2 – 40 нм)
Наночастицы – один из линейных размеров
менее 50 или менее 100 нм;
другая растворимость
5
Пути образования аэрозолей
Путь образования
Диспергирование
Конденсация
Специальный
путь: агрегатная
отдача, радиоактивный
распад, гидролиз паров
Фазовое
состояние
Наименование
аэрозоля
твердое
пыль
жидкое
спрей
твердое
дым
жидкое
туман
«твердое»
кластеры
(наночастицы)
– процессы, приводящие к образованию наночастиц
Причины образования и
относительной стабильности
кластерных (нано-) частиц (2-50 нм)
• Агрегатная отдача (Po, Pu и др. α-излучатели;
«саркофаг» без выполнения работ).
• Распад инертных газов (Rn, Kr, Xe и др.).
• Гидролиз летучих соединений:
UF6; MeFn; Fe(CO)5; Zn(CH3)2 и т.д.
• Конденсация летучих продуктов деления урана
(131I, 137Cs и т.п.).
• Сварка, резка загрязненного оборудования с
образованием наночастиц.
- Униполярный заряд радиоактивных частиц.
- Отсутствие испарения «твердых» аэрозолей,
легко меняющих форму.
6
7
Ручная электродуговая сварка
Опасность наночастиц определяется:
1. Химической токсичностью и радиационным воздействием,
а также дисперсностью и растворимостью:
0,1 мкм (100 нм) – 1 ДОАперс в 1 м3
210Ро
2.
•
•
•
1 част.
1,0 мкм – 10 ДОАперс в помещении 100 м3
10,0 мкм (грубодисп.) – смертельная доза
Для химически малотоксичных, нерадиоактивных веществ:
дисперсностью;
их большей сорбционной способностью по отношению к газам
и парам;
их неправильной формой (нанотрубки 0,3 х 300 нм)
(40 – 2000 нм)
3. При ингаляционном воздействии:
•
•
•
более медленным самоочищением альвеолярной области
большей растворимостью мелких частиц
большим коэффициентом отложения, чем у паров
4. Для перкутанного и перорального пути растворимость имеет
большее значение, чем дисперсность
8
9
Счетная концентрация частиц монодисперсного
аэрозоля при весовой концентрации 15 мкг/м3
Диаметр частиц (мкм)
Счетная концентрация
частиц в 1 см3
5,0
1
0,5
0,1
0,05
0,01 (10 нм)
0,229
28,6
229
28 600
229 000
28 600 000
Благодаря развитой поверхности обладают большой сорбцией паров
1 г сухого х/б волокна имеет поверхность ~ 2000 м2
W, TiO2, NaCl, алмаз, углерод, фуллерен С60
10
Улавливание вредных веществ из воздуха
1. Хемосорбция - газы и пары - хемосорбенты,
ионообменники
2. Фильтрация - аэрозоли - материалы типа ФП,
картон, стеклин
3. Адсорбция - пары - активированный уголь,
силикагель, цеолиты
2 нм
размер микропор АУ
«Прочность» сорбции в микропорах выше, чем на поверхностях
11
Размеры объектов
Вещество
Размер, нм
Атом гелия
0,2
Молекула трития
Молекула йода;
0,24 х 0,31
Фуллерен С60
Молекула н-гептана (ОВ)
Фотохимический аэрозоль (смог)
Дымка окиси цинка
Табачный дым
0,43;
0,355
0,49 х 1,15
10 - 1000
50
100 – 1000
Вирус ящура
10
Ядра отдачи
5
Продукты распада радона
1 - 40
Продукты гидролиза ГФУ
20
Масляный туман – стандартный аэрозоль
300
Наиболее проникающие частицы-кластеры
40;
~3
12
Счетное распределение атмосферных аэрозолей
без ветровой сдувки и деятельности человека
1 мкм – стандартный размер частиц по НРБ-99
При установлении ПДК химических веществ размер аэрозоля
не нормируется
13
Мелкие капли испаряются, а крупные – растут
(~ 3 нм)
Распределение частиц аэрозоля
ДПР радона и торона и теоретическая кривая
Екатеринбург, 2009
14
15
16
Эффективность, %
ИБФ, 2003
FFР3
ФП
АУ
99,9 -
1012 Т1/2коаг ~ 30 мин
99,0 -
75,0 -
ГОСТ
«2015»
V=20cм/с
25,0 -
Зона дыхания
0,0004
0,002
Газы Пары
0,02
Кластеры
Наночастицы
Xe,
Rn,
T2
ГХБД,
I2 ,
ПКЖ
ДПРР,
ПГГФУ,
ПГПКЖ
Соед. I, Po
ГОСТ
2003
(NaCl)
ГОСТ
1976
(СМТ)
FFР1
Текстильные
волокна
V=1cм/с
Стационарный пробоотбор
0,04 0,3
0,8
1,0
, мкм
Конденсац. аэрозоли
Диспергац. аэрозоли
(дым, туман)
(пыль, спрей)
Электросварка
Мех. обработка,
барботаж
17
Время коагуляции частиц как функция
их размера и концентрации
Период полукоагуляции
Диаметр
частиц
(нм)
1 г/м3
1 мг/м3
1 мкг/м3
1 нг/м3
0,5
0,39 мкс
0,39 мс
0,39 с
6,5 мин
1
2,2 мкс
2,20 мс
2,2 с
36,67 мин
2
12 мкс
12 мс
12 с
3,34 ч
5
0,12 мс
0,12 с
2 мин
33,34 ч
10
0,7 мс
0,7 с
11,67 мин
8,1 дней
20
3,8 мс
3,8 с
63,34 мин
43,98 дней
18
19
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ
МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМАД
20
Рекомендуемые параметры
Сравниваемые
методы
Импактор
Диапазон
определения
АМАД, мкм
Скорости
отбора проб,
л/мин
Сопротивление
мм. вод. ст.
0,5 - 25
20 - 50
200 - 1200
Пакет фильтров
0,1 - 2,0
(0,1 - 7,0)
60 - 180
Более 750
Счетчик частиц
АЗ-10 (оптический)
0,3 - 10,0
2,2
-
Счетчик частиц
лазерный
Более 0,1
-
-
(опытные образцы)
Вероятно, верхняя граница размера наночастиц 100 нм была выбрана
исходя из данных этой таблицы.
Область распространения методов анализа
дисперсности частиц
21
Приборы фирмы
TSI (США):
.
22
.
Спектрометры
.
2005 г.
Счетчики
.
Мониторы
Масс-спектрометры
Анализатор макромолекул
Генераторы
Размеры частиц
.
.
В американских и английских сертификационных
центрах эффективность СИЗОД оценивают
по спектрам аэрозолей
2007 г.
США,
3М
С учетом различных моделей легочной системы
дозы облучения легких недооцениваются на порядок
23
24
2008 г.
НИФХИ
0,05
новые АФА
0,3
старые АФА,
Лепесток-200
ФПП получают из раствора; а ПП, ПЭ – из расплава
25
Необходимый комплекс работ
1. Необходимо создание нормативноправовой и нормативно-методической
базы
2. Необходима закупка
измерительных приборов
3. Необходимо создание стендов и
монтаж оборудования для испытаний
4. Нужна метрологическая аттестация и
поверка
26
Спасибо за внимание!
Федеральное государственное учреждение «Федеральный
медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна»
ФМБА России
123182, г. Москва, ул. Живописная, д. 46
Генеральный директор: КОТЕНКО Константин Валентинович
Тел./факс: (499) 193-11-11, 193-45-73
НЭИЦТП «Индивидуальная защита»
Лаборатория средств индивидуальной защиты
персонала опасных производств
E-mail: siz-fmbc@mail.ru
Руководитель НЭИЦТП «Индивидуальная защита»,
заведующий лабораторией, д.т.н.
РУБЦОВ Виктор Иванович
тел. (499) 190-62-66, 190-96-91
заместитель заведующего лабораторией, д.т.н.
КЛОЧКОВ Владимир Николаевич тел. (499) 190-52-82, 190-95-44