Evaluation and Measurement chemical agents
Occupational Hygiene model of action
Anticipation
Identification
Evaluation
Controls
تقسیم بندی عوامل شیمیایی
الف – برمبنای حالت فیزیکی
1- گازها . موادی هستتد که در دمای 25 درجه سانتی گراد و فشار سطح دریا حالت گازی دارند.بعضی ها داری بو و برخی فاقد آن اند مانند مونواکسید کربن .گاز کلر سبز- اکسید ازت خرمائی – بخار برم قهوه ای
2- بخارها . محصول تبخیر مواد ی هستند که در دمای اتاق و فشار اتاق حالت مایع یا جامد دارند.مثل اسید کلریدریک که در منفی 83 درجه سانتی گراد می جوشد.
3- مواد معلق .انتشار و پراکنندگی ذرات جامد یا مایع در فاز گازی خاص یا هوا آئروسل نامیده می شود . ابعادشان بین 001/0 تا 100 میکرون متغیر است . این مواد شامل :
گردوغبار . ذرات نامنظم آلی و معدنی در فرایند مکانیکی و طبیعی هستند- از 1 تا 100 میکرون قطر دارند. شکل آنها متفاوت است : کروی مانند کربن بلاک – اکسید آهن – گرده گل
منشوری : آهن و کوارتز . – لیفی : آزبست و پنبه . – فلسی : میکا و تنباکو.
فیوم یا دمه . ذرات فلزی خارج شده از سطح فلز مذاب اند . کمتر از 1 میکرون قطر دارند. مثل فیوم های جوشکاری – اسفالت – سرب و کادمیوم .
الیاف . ذراتی هستند که طولشان بیش از عرض آنها ست . از الیاف معد نی مانند : پشم شیشه – آزبست – فایبر گلاس – کنف و پشم حیوانات
ب – بر پایه ترکیب شیمیایی . این طبقه بندی بسیار مفصل است . مانند فلزات – مواد معدنی – مواد آلی – حلا ل ها – هیدروکربنها . غیره
ج – بر پایه اثر های فیزیولوژیک . اثر فیزیولوژیک در گازها و بخار ها به تراکم ماده بستگی دارد لذا مشکل است که بر پایه این اثر تقسیم بندی موثری داشته باشیم . اما به طور عام :
مواد خفگی آور و محرک . آمونیا ک – اسید کرومیک
مواد خفگی آور . مانند دی اکسید کربن – مونو اکسید کربن
مواد بیهوشی آور . مانند هیدروکربنها
سموم سیستمیک . بنزن – فلزات سنگین –و شبه فلزات مانند آرسنیک و فسفر
مواد فیبروز دهنده یا حساسیت زا . مانند سیلیس – آزبست و گر ده گیا هان
کلیات
– درحدود 3000000 میلیون ترکیب شیمیایی تا کنون ثبت شده است . که در حدود 60000 ماده از آنها ارزش اقتصادی دارند. در هر سال تقریبا چیزی در حدود 1000 – 700 ماده شیمیایی جدید وارد بازار کار می شود . برای حدود 500 ماده شیمیایی مهم تاکنون استاندارد تماس حرفه ای تهیه شده است.
– برای نمونه سازمان OSHA استاندارد هایی را برای نظارت پزشکی اجباری برای 34 ماده شیمیایی وضع نموده است .
– در ایران نیز برای اولین بار از سوی گروه لیست عوامل شیمیایی در رابطه با مواجهات بیماریزا ی شغلی را در قالب یک جدول با 41 ماده شیمیایی به سفارش سازمان تامین اجتماعی تعیین ومشخص نموده است . این لسیت بخوبی می تواند برای ما نشانه ای از اولویت ها در مسیر تحقیقات و نظارت بر عوامل آسیب زای محیط کار باشد .
– چگونه می توان بر روی اثرات موادشیمیایی تحقیق کرد :
قدم اول . ملاحضات سم شناسی – تما س بسیار شدید – ارتباط سم شناسی و غیره
قدم دوم . چک کردن منابع اطلاعاتی موسسات؛اوشا و نایوش – مشاهده در محیط کار – تماس با مراکز کنترل سموم و….
قدم سوم . تفسیر داده ها و اطلاعات ملی و خارجی
Sources of Information: Niosh , Osha, www.nicem.com- www.os.dhhs.gov- www.cdc.gov- www.cdc.gov/niosh/pubs-
مقدمه ای بر هواشناسی آلودگی هوا
1- هوای اطراف کره زمین تا ارتفاع 1000 کیلومتر تخمین زده می شود
2- 95 % کل توده هوا تنها در 5/3 کیلومتری سطح زمین لایه ترو پوسفر* قرار دارد
لایه های مختلف هوا :
0 تروپو سفر . بین 6 تا 18 کیلومتری زمین که تمام انقلابات جوی در آن صورت می گیرد
0 تروپوپوز . بین طبقه تروپوسفر و استراتسفر قرار دارد
0 استراتسفر . بعد از تروپوپوز شروع می شود تا ارتفاع 80 کیلومتری ادامه دارد.هوا رقیق است
0 یونسفر . در ان طبقه فاصله ملکول های گاز در هوا کمتر شده و گازها اتمی می شوند
0 اگزوسفر . بالای 1000 کیلومتر ی است و این طبقه از الکترونها و پروتون ها است
3- وزن بخار آب همراه هوا 146 میلیون تن یا 6/2 در صد وزن کل هواست
4- غلظت آلاینده ها تحت تاثیر انتشار آتمسفری ( افقی و عمودی ) رقیق می شوند .
5- انتشار افقی الاینده ها
– زمین یک تبدیل کننده امواج است و فرکانس زیاد انرژی خورشید را به فرکانس کم ( گرمایی )
تبدیل می کند.
– انتقال گرما از زمین به فضا بوسیله کنوکسیون و تشعشع انجام می شود .
– اگر زمین نمی چرخید هوای نزدیک استوا گرم می شد و بالا می رفت و به قطب ها می رسید ,
اما زمین می چرخد و مناطق جدیدی برای تابش بوجود می آید , این چرخش یک الگواز باد ها را در اطراف جهان پدید می آورد . بادها برخی فصلی ( گردباد ) و برخی دائمی هستند.
حرکت افقی باد به نام سرعت باد است و به صورت یک گلباد رسم می شود .
6- انتشار عمودی آلاینده ها
توده هوا که در آتمسفر بالا می رود فشار کمتری را تحمل می کند ,منبسط شده و سرد می شود.
در شرایط مساعد یک توده هوا در هر 1000 فوت ( 3300 متر ) حدود 7/14(4/5 فارنهایت ) درجه سانتی گراد سرد تر می شود , اگر به طرف پائین بیاید به همین مقدار گرمتر می شود .
این گرم و سرد شدن را میزان بارند گی آدیابا تیک می گویند , که مستقل از دمای آتمسفر است .-
ادامه :
– نسبت 4/5 به 1000 فوت همیشه وجود دارد
– یک میزان بارند گی سوپرآدیاباتیک را میزان بارند گی قوی می گویند دمای آتمسفر از نسبت فوق بیشتر پائین می آید .
– بارندگی ساب آدیاباتیک میزان بارندگی ضعیف است .
حالت خاص از بارندگی ضعیف را اینورژن می گویند, که هوای گرم بالای هوای سردتر قرار می گیرد, این پدیده یک آتمسفر پایدار ایجاد می کند , مانند اینورژن تشعشعی که به هنگام شب وقتیکه زمین سرد می شود پدید می آید و هوای گرمتر در بالای هوای سرد قرار می گیرد.
7- پایداری آتمسفر را می توان به شکل ستون دود مشاهده کرد. در اینورژن حرکت دود افقی است .
8- عواملی که باعث تغییر درجه حرارت , رطوبت , فشار و سایر پدیده های جوی می شود :
الف . حرکت وضعی زمین (27 کیلومتر در دقیقه ) شب وروز را پدید می آورد
ب . حرکت انتقالی با سرعت 29 کیلومتر در ثانیه دور خورشید که سال پدید می اید
ج . جنس زمین . که به خاطر متفاوت بودن گرمای ویژه پوسته زمین و بالا تر بودن آن از دمای ویژه آب در صبحها ابتدا خشکی ها گرم می شوند بعد آب اما در شب ابتدا زمین سرد می شود بعد آب معمولا باد از سوی منطقه سرد به طرف منطقه گرم می وزد .
پایان
Sampling Strategies
The actual measurement is a holistic approach to prevention & reduction of ill health at work .
Questions to address:
Way sample ; what to measure ; How to sample;
Whose exposure should be measured; Where to collect;
When to measure; How long to sample for; How many measurement /reading; How often to sample; What to do with the data; What to record.
1- چرا نمونه برداری . یک سوال اساسی است ؛ برای ارزیابی قبول نمونه برداری؛ مطالعه اپیدمیو لوژیک ؛ برای ارزیابی کنترل ؛ اعتراضات و…..
میزان تماس . برای تعیین میزان تماس و تعیین نیاز : بررسی ها در بهداشت حرفه ای در 4 سطح انجام می شود: – ارزیابی اولیه ؛ ارزیابی مقدماتی ؛
بررسی عمیق و پایش عادی
– فلوچارت تصمیم سازی منطقی ………….
2- چه چیز اندازه کیری شود ؟ در صنعت معمولا یک ماده استفاده نمی شود؛ برای این موضوع باید تمام آلاینده ها ؛ مخلوط آنها به عنوان کل و مواد اصلی یا جانشینی .
3- چگونه نمونه برداری کنیم . همه روش ها ی اندازه گیری همراه با خطاهای تصادفی و سیستماتیک است .برای به حداقل رساندن آنها به مواد زیر توجه کرد : – وسیله نمونه برداری ؛ محیط واسط نمونه برداری ( جذب سطحی و فیلتر ) ؛ پمپ نمونه برداری ؛ و روش تجزیه ……..
4- از چه کسی باید اندازه گیری شود .
5- نمونه را از کجا جمع آوری کنیم . کارشناسان و متخصصین بهداشت حرفه ای برای نصب وسیله نمونه برداری از دو موقعیت استفاده مکنند:
الف – در هر قسمت از بدن ( نمونه برداری فردی )
ب- ثابت نمودن وسیله و قرار دادن در یک محل ثابت ( استاتیک )
– نمونه برداری فردی در محیط میکرو در منطقه تنفسی ودر فاصله 20-30 سانتی متری از دهان و بینی فرد است .
6- چه موقع اندازه گیری کنیم . در یک روز یا شیفت کاری ؟
فرایند ها کلا 3 نوع هستند : مداوم ؛ چرخه ای و تصادفی
7- چه مدت نمونه برداری کنیم . این متغیر در استاندارد ها ذکر شده است .بر اساس حدود تماس مجاز و متوسط غلظت زمانی در 8 ساعت کار و تماس کوتاه مدت این پروتکل تعیین می شود (برای نمونه درمورد بخارات آلوده کننده و سایر مواد خطر ناک حداقل 4 ساعت زمان برای نمونه برداری نیاز است.
8- چه مقدار اندازه گیری و قرائت لازم است .
9- اغلب چگونه نمونه برداری کنیم . با توجه به تخمین متوسط افراد و وجود یک سطح اطمینان و حدود خطای مشخص از رابطه tcv/e)2)= n میتوان تعداد روزهای لازم جهت نمونه برداری را بدست آورد.
10 – با داده ها چه باید کرد . پایان
وسایل اندازه گیری فلو یا حجم : به سه دسته تقسیم می شوند.
1- integrated volume meters (total)
2- flow rate meters
3- velocity meters
در گروه اول ؛ اسپیرومتر ؛ بطری ماریوتی , پیستون بدون اصطکاک و گاز مترترو خشک قرار دارند.
در گروه دوم ؛ دو نوع وسایل یافت می شوند.
1- variable area meter
2- variable heat meter
در دسته 1 روتامتر ها قرار دارند و در دسته 2 روزنه بحرانی یااورفیس قرار دارد.
– در گروه سوم ؛ لوله پیتو و آنومتر ها قرار دارند.
وسایل اندازه گیری حجم :
1- اسپیرو متر یک استاندارد اولیه است ؛ حجم را با روابط هندسی اندازه می گیرد v=a.h
کالیبراسیون نیاز ندارد ؛ و بین 9 تا 560 لیتر متغیر است , دوکار کالیبراسیون و اسپیرومتری را انجام می دهد .
2- بطری ماریوتی ؛ ساده و ارزان و یک استاندارد اولیه است . همان مقدار که هوا وارد می شود آب از آن خارج میگردد ؛ v=a.h
3- پیستون بدون اصطکاک یا بورت حباب صابون ؛ یک استانداد اولیه است ؛ v=a.dh برای حجم های کم کاربرد دارد 1تا 3 لیتر .
4- گازمتر تر ؛ یک استاندارد میانی است و از یک محفظه چهار قسمتی درست شده است . قبل از استفاده باید تراز شده و کالیبره شود . k=v ( H2O ) /A
5- گاز متر خشک ؛ هم یک استاندارد میانی است ؛ شبیه یک کنتور گاز ؛ و باید کالیبره شود.
k= ( second N – first N ) = ( second N of gas meter – first N gas meter)x
6- روتامتر ها ؛برای سنجش دبی به کار میروند؛ افت فشار کم و قرائت مستقیم است . قطر این
وسیله در حدود 12/0 تا 16 اینچ است ؛ q=(second reading- first reading/ t)k
7- روزنه بحرانی ؛ بر اساس اصل برنولی و تبدیل انرژی پتانسیل به سینیتیک کار می کند .
8- وانتوری ؛ گذر جریان را اندازه می کیرد. تغییر سطح مقطع در آن بتدریج است .
9- لوله پیتو و آنومومتر ها سرعت را اندازه می گیرند.
تعیین میزان جریان : نگاهی به یک مثال
برای نمونه فرض کنید یک مدار نمونه برداری شامل 1- بورت واژگون 2- فیلتر هولدر 3- پمپ نمونه برداری فردی , باشد. یک کارشناس بهداشت حرفه ای زمان حرکت حباب صابون را از 500 میلی لیتر به صفر به صورت زیر تعیین می کند :
1-زمان تعیین شده برای حجم 500 میلی لیتر :
بار اول : 42/13 ثانیه – بار دوم : 50/13 ثانیه و بار سوم : 49/13 ثانیه
با جمع دوره های زمانی سه بار آزما یش و تقسیم آن بر 3 , میانگین زمان حرکت 500 میلی لیتر هوا برابر می شود با 47/13 ثانیه .
2- تعیین میزان جریان
پس از تبدیل میلی لیتر بر ثانیه به لیتر بر دقیقه میزان جریان بدست می آید .
500ml/13.47s×1liter/1000ml×60sec/1min=2.22lpm
پس میزان جریان برای مدار نمونه برداری 22/2 لیتر بر دقیقه محایبه می شود.
تکنیک های نمونه برداری از هوا
دو روش عمومی برای نمونه برداری از هوا( گازها و بخارات ) وجود دارد :
1- روش قرائت مستقیم یا نمونه برداری آنی Direct –reading or Real –time
در این روش نتایج در کم ترین زمان ارائه میشود
2- روش مداوم یا نمونه بر داری جامع Integrated Sampling
این نمونه ها از طریق مکش هوا به درون یک جمع آوری کننده Sampling medium مانند فیلتر , محلول های جاذب و لوله های جاذب گرفته می شود .
معمولا برای تجزیه نمونه ها از روش نمونه برداری جامع استفاده می شود.
مدار نمونه برداری در این روش شا مل : 1- collection device 2- sampling medium 3- suction pump
روش نمونه برداری آنی : در شرایطی به کارمی رود که تراکم آلاینده بسیار بالا باشد . البته در این روش بدلیل کم بودن حجم هوای نمونه برداری شده باید تراکم در طول زمان یکنواخت باشد.
نمونه برداری آنی در موارد زیر توصیه نمی شود : 1- متغیر بودن تراکم آلاینده در طول زمان
2- کم بودن تراکم الاینده در محیط 3- تعیین میانگین زمانی تراکم مورد نظر باشد.
انواع نمونه بردارهای آنی :
1- فلاسک ها و حباب های خلا با گنجایش 200 تا 1000 میلی لیتر
2- ظروف جابجایی گاز یا مایع 250 تا 300 میلی لیتر 3- کیسه های نمونه برداری 15 تا 250 لیتری با جنس پلی استر ,تفلون و فلوروکربن
روش های نمونه برداری مداوم :
اگر در محیطی تراکم گازها و بخارها مقادیر بالایی نباشد لازم است حجم زیادی از هوا از درون یک ماده و یا یک محلول جاذب عبور داده شود تا با جمع آوری مقدار قابل قبولی از آلاینده , امکان تجزیه شیمیایی و تعیین مقدار آلودگی فراهم آید .
پدیده های مورد استفاده در ابزار های جمع آوری مداوم شامل :
1- جذب Absorption 2- جذب سطحی Adsorption
در پدیده جذب برای جمع آوری گاز ها و بخارات از انواع جاذب ها استفاده می شود. آلاینده ها با عبور از درون جاذب مایع در آن کاملا حل شده و یا با آن وارد واکنش مشوند وماده باقی مانده در آزمایشگاه تعیین مقدار میشود. راندمان این روش کمتر از صد در صد است و کارایی جمع آوری گازها و بخارات با این پدیده به عوامل زیر بسگی دارد :
حجم هوا – حجم مایع جاذب و فرار بودن آلاینده مورد نظر
وسایل مورد استفاده در روش جذب
بطریهای گاز شوی ساده ( ایمپینجرها ) : از پر مصرفترین وسایل نمونه برداری از هوا محسوب می شود. داری ظرفیت های مختلف است , و میزان جذب در این ظروف به عوامل چندی مانند ارتفاع مایع جذب , قطر بطری بستگی دارد . سری آنها راندمان بهتری دارند.
انواع آنها شامل : گرین بورگ اسمیت , نوع متوسط یا میدجت ایمپینجر و نوع کوچک یا میکرو
2. نمونه گیرهای متخلخل ( بابلرهای متخلخل ) : از جنس شیشه بوده و لوله ورودی هوا در آن به شیشه ای متخلخل منتهی می شود .
3. بطری های نمونه گیر با لوله مارپیچ 4. ستونهای حاوی گوی های شیشه ای
2- جذب سطحی
بسیاری از جامدات می توانند مقدار قابل توجه ای از گازها را با کمک پدیده ای کاملا فیزیکی در سطح خود جذب نمایند . از این روش برای جمع آوری گازها و بخارات نامحلول و واکنش ناپذیر استفاده می شود. تمرکز یک ماده روی سطح جامد یا مایع پدیده جذب نامیده می شود . نیروی عملکرد در جذب بر دو نوع است : 1- فیزیکی یا واندروالسی 2- شیمیایی یا جذب فعال
از معمولی ترین جاذب های سطحی می توان به : Activated charcoal , Silica Gel , Chromosorb and Tenax اشاره کرد .
عوامل موثر در جذب سطحی : سطح ماده , ماده جاذب , ساختمان ملکولی , فشار وگرما و …..
نحوه استفاده از جاذب های سطحی : برای جمع آوری گازها و بخارات از لوله های جاذب استفاده می کنند. Sorbent tubes لوله های شیشه ای کوچک هستند که محتوی واسطه نمونه برداری اند . واسطه می تواند یک جاذب مثل کربن فعال باشد. بازیافت این لوله ها به دو روش : بازیافت حرارتی و شیمیایی انجام می گیرد.
توجه : در برخی از موارد برای نمونه برداری بخارات آلی از فیلتر آغشته به مواد شیمیایی هم استفاده می شود . برای نمونه می توان به نمونه برداری از گلوترآلد ئید ها نام برد. البته بخارات و آئروسل های ترکیباتی مانند : 4-4 متیلن دی آنیلین , بنزیدین 3-3 دی کلروبنزیدین , 6,2 تولوئن دی آمین ها هم با همین روش نمونه برداری می شوند .
آشکارسازها یا دتکتورتیوب ها :
برای تعیین غلظت آلاینده های آتمسفری از سه نوع دستگاه قرائت مستقیم استفاده می گردد. 1- معرفهای مایع 2- کاغذهای حاوی مایع 3- لوله های آشکار ساز
معرفهای مایع آمپولهای حاوی موادی مانند معرف اکسید نیتروژن هستند که مستقیما رنگ ایجاد می کنند . کاغذ های معرف هم برای گا زها بکار می رود . مثل نوار معرف سیانید هیدروژن . اما دتکتور تیوب ها برای ارزیابی کمی و کیفی مواد مخاطره آمیز در هوای صنایع تولید شدند.
با توجه به روش کاروسایل اخیر به 2 نوع تقسیم می شوند :
1- آشکار ساز سریع 2- آشکار ساز طولانی مدت
در اشکار ساز سریع با توجه به غلظت آلاینده در زمانی در حدود 2-5 دقیقه می توان به جواب رسید . نوع دوم برای محل های است که غلظت الاینده کم باشد .
روش کار :
استفاده از این وسایل بسیار آسان است .دو سر تیوپ شکسته شده و به پمپ پیستونی متصل می شود . جهت اندازه گیری یک نوع گاز خاص نیاز به استفاده از اشکارساز مخصوص همان گار است . پمپ ها باید کالیبره شوند .
استفاده درست از گازیابها :
1- برای دقت کار باید به دستورالعمل های سازندگان توجه کر د .
2- قبل استفاده به تاریخ انقضا ء توجه شود .
3- لوله ها در محیطی خنک نگهداری شوند ؛ 25 درجه سانتی گراد کوتاه مدت .
4- چون تغییر رنگ سریع است باید قرائت سریع انجام شود .
5- بهتر است لوله ها در شرایط کالیبره شده استفاده شوند .
تاثیر ضریب تصحیح فشار در گازیاب ها :
F=1013/PA
=F برابر است با ضریب تصحیح فشار
= PA فشار جو بر حسب میلی بار
C = تراکم واقعی گاز
= R تراکم قرائت شده
C= R×F تراکم واقعی گاز ار این رابطه بدست می اید
ارزیابی در بهداشت حرفه ای :
ارزیابی شامل بررسی مقدماتی و پایش های کاربردی برای جمع آوری داده ها و اطلاعات است . البته اطلاعات به دودسته کمی و کیفی تقسیم می شود.
پایش محیط کار شامل نمونه برداری ، تشخیص و آشکار سازی ، شناسایی و اندازه گیری مخاطرات شیمیایی است .
در ارزیابی مواجهه شغلی نمونه برداری و تجزیه عبارتست از : جمع آوری – کشف و آشکارسازی – شناسایی و اندازه گیری عوامل مورد نظر محیط از قبیل هوا ، خاک ، آب ، و عوامل شیمیایی و غیره
اطلاعات جمع آوری شده پس از تجزیه و تحلیل برای ارزیابی مواجهه بلقوه و با لفعل شاغلین در مواجهه استفاده می شود . معمولا مقادیر بدست آمده با حدود تماس شغلی مقایسه خواهد شد .
چارچوب ارزیابی مواجهه در بهداشت حرفه ای
Framework for Occupational Exposure Assessment
چهارچوب ارزیابی و یا ارزشیابی در بهداشت حرفه ای شامل اقدامات زیر است :
ارزیابی مواجهه اپیدمیولوژی حرفه ای
تعیین مشخصات منبع و ارزیابی کنترل
اهداف نظارت و تنظیم از سوی موسسات بیرونی
تعیین تغییرات در مواجهه Exposure Variability
تعریف مواجهه
تعریف دز Dose
عدم قطعیت در اندازه گیری های فیزیکی
Uncertainties in Physical Measurements
اندازه گیری چیست ؟ کمیت های فیزیکی مانند دما ، جریان هوا و غلظت آلاینده ها
اجزای سامانه اندازی گیری : مانند سنسور ، سیگنال ها و خروجی ها
کالیبراسیون
خطا های اتفاقی و سیستمیک
عدم قطعیت انتشار Propagation of Uncertainties
عدم قطعیت کمی
هیستوگرام
توزیع پیوسته
توزیع نرمال یا طبیعی
ضریب تغییرات CV
اندازه گیری صحت روش
حد شناسایی یا Limit of Detection
Limit of Quantitation
Evaluation of Exposure to Airborne Particles
in the Work Environment
تماس حرفه ای با هوابردها و ائروسل ها در محیط کارو تاثیر آنها بر سلامتی انسان بسیار معمولی و از بدیهیات است .
آئروسل ها ما نند گردوغبار – دود های فلزی – میست ها و دودها معمولا در یک گستره ابعادی از خیلی ریزfine تا درشت قابل روئت coarse قرار دارند .
رفتار هوا بردها در هوا وبدن انسان به عواملی مانند مشخصات فیزیکی و شیمیایی آنها بستگی دارد . اندازه ؛ دانسیته و شکل هوابردها از متغیر هایی هستند که بر استقرار آنها در بد ن انسان و هوای محیط کار تاثیر بسزایی دارند . برای نمونه ذراتی که فقط دارای اثرات بیرونی مانند اثربر روی پوست هستند اندازه آنها بسیار بی اهمیت است . اما در آلاینده ها ذره ای که پس از ورود به بدن و جریان خون اثرات سیستمیک بجا می گذارند مانند سرب ؛ منگنز و غیره اندازه ذره بسیار مهم است .
اثرات خورندگی هوابرد ها بر سیستم تنفسی انسان به عواملی مانند حلالیت ؛ اندازه ؛ شکل ذرات و خصوصیات ویژه سیستم تنفسی بستگی دارد .
Particle size
اندازه ذره معمولی ترین مشخصه فیزیکی مواد معلق در هوا است . اندازه ذرات به طور معمول توسط قطر آن بیان می شود ؛ مگر شکل هندسی ذره مشخص باشد . اگر ذره گرد با شد قطر آن در واقع شاخص اندازه خواهد بود ؛ اما اگر ذره گرد نباشد قرارداد های معمولی دیگر باید اندازه ذره را توجیح کند . این قراردادهای معمولی شامل :
– حجم ذره – توده ذره – سرعت رسوب ذره – قطر بعنوان بعد آن
گسترده ترین مفهوم مورد استفاده در ارز شیابی بهداشتی هوابرد ها سرعت سقوط ذرات در هوا ست . تعادل بین دو نیرو ی سقوط و شناوری منجر به سرعت نهایی یا سرعت سقوط ذرات در هوا ست . تعادل بین دو نیرو ی سقوط و شناوری منجر به سرعت نهایی یا terminal velocity می شود . قطر معادل آئرودینامیک Aerodynamic equivalent diameter به طور واقعی قادر به اندازه گیری خطی ذرات نیست اما برای قطر دایره ای فرضی با دانسیته 1 گرم بر سانتی متر مکعب سرعت نهایی ته نشینی را در هوا بدون در نظر گرفتن اندازه هند سی ؛ شکل و دانسیته درست توجیح می کند .پس قطر آئرودینامیکی یک ذره معادل با قطر یک ذره کروی مبنا با واحد چگالی یک ؛ که همان سرعت ته نشینی ذره را دارد ؛ در نظر گرفته می شود .
در شق دیگر از قطر معادل استوکس Stokes equivalent diameter برای بیان قطر فیزیکی ذرات گرد دارای دانسیته متوسط و سرعت سقوط مشابه استفاده می شود. مطابق با این توصیف از سرعت نهایی سقوط ذرات گرد در رنج 50-1
میکرو متر متناسب است با دانسیته و مربع قطر شان . البته ذرات بدون شکل گرد از این قانون پیروی نمی کنند .
ذرات با قطر 05 /0 – 005 /0 میکرو متر به شکل بخارات کندانسه شده در فرایند های دارای دمای بالا و شیمیایی تولید می شوند.
ذرات در رنح 05 /0– 2 میکرومتر معمولا به شکل کواگوله شده در کندانسه شدن بخار تولید می شوند .
ذرات بزرکتر یا coarse particles در فرایندهای مکانیکی همچون پاشش مواد سا ینده تولید می شوند. قطر آنها کمتر از 100 میکرو متر است .
دود های فلزی دارای متوسط قطر کمتر از 1 میکرومتر تا 01 /0 ؛ میست ها دارای متوسط قطر کمتر از 5/.میکرومتر دارند .
در مجموع گردو غبار Dust معمولا قطری کمتر از 100 میکرون دارند .
ذرات هوابرد برای ورود به آلوئول های ریوی باید دارای سرعتی کمتر از
متر بر ثانیه که معادل 7 میکرومتر دانسیته واحد ذره کروی است باشد.
ذرات با قطر ائرودینامیکی بالا تر از 10 میکرومتر نمی توانند به درون نازوفارنکس نفوذ کنند و سرنوشت ذرات بزرکتر از 50 میکرومتر هم سد شدن توسط بینی و دهان است .
بسیاری از گردوغبار هوابرد دارای شکلی بی قاعده و متراکم هستند . رفتار ذرات متراکم بستگی به خصوصیات آئرودینامیک انها مانند اندازه و شکل دارد ؛ و اندازه میکروسکی آنها توجیح کننده آنها نیست . برای نمونه یک ذره ذغال سنگ را در نظر بگیریم که دارای قطر در حدود 15 میکرومتر است ؛ اما این ذره مشابه یک ذره با قطر گرد معادل آئرودینامیک 7 میکرومتر سقوط می کند . بنابراین ؛ اندازه آئرودینامیک ذرات مهمترین عامل در ارزشیابی آنهاست .
قطر آئرودینامیک به اندازه ذره کروی با دانسیته 1 ؛ رادیکال دانسیته و رادیکال ضریب کانیگهام بستگی دارد .
ذرات همگن یا مونو دیسپرس دارای انحراف معیار هندسی کمتر از 1/2 هستند ؛ اما ذرات پلی دیسپرس یا غیر همگن انحراف معیار هندسی بزکتر از 1/2 دارند.
شکل ذرات هوابرد Shape of particles
اندازه ذرات به تنهایی قادر به نشان دادن اثرات بیولوژیک هوابردها نیست ؛ مشخصات فیزیکی از قبیل شکل Shape؛ خلل وفرج Porosityو زبری Roughnessنیز همچنین در بروز و تشدیداین اثرات تاثیر دارند .
شکل ذرات به طور کلی به طبیعت آنها بستگی دارد ؛ در این رابطه به چند نمونه اشاره می شود :
ذرات گرد spherical مانند کربن بلاک ؛ اکسید آهن ؛ پولن ها
ذرات به شکل منشوری Prism مانند آهن و کوارتز
ذرات فیبری شکل Fibre مانند آسبستوز ؛ پنبه ؛ پشم سنگ و فیبر شیشه ای
ذرات به شکل ورقه Flake مانند ذرات چای ؛ میکا و تنباکو
شکل ذرات در هوابردهای رشته ای مانند آزبست بسیار مهم است . فیبر ها ذراتی هستند که در آنها نسبت طول به عرض در حدود 3 است . این نسبت یک عامل بحرانی در اثر گذاری الیاف ها بر روی انسان هستند .
پس خطر ذرات هوابرد در نتیجه ورود آنها به بافت ریه است .
ذرات کوچکتر از 10 میکرون به قسمت های عمیق ریه نفوذ می کنند
چون ذرات ناشی از فعالیت های صنعتی؛ پلی دیسپرس هستند لذا تعیین قطر آنها بسیار مهم است . در اندازه گیری قطر ذرات هوابرد 3 حالت ممکن است :
1- قطر سطح معادل projected area diameter ؛ که قطر دایره ای است برابر با مساحت ذره مورد نظر .
2- قطر فرت Feret diameter ؛ که فاصله بین دو خط منتهی الیه ذره است . البته به شرطی که همه اندازه گیری ها در یک راستا باشد .
3- قطر ما ر تین Martin diameter طول خطی است که ذره را به دو قسمت مساوی تقسیم می کند . این خط را می توان در هر راستا کشید .
واضح است که نه بزرگترین و نه کوچکترین قطر ذرات نخواهد توانست جرم ذرات اندازه گیری شده را به ما بدهد . فقط اندازه کوچکترین قطر ممکن است اطلاعاتی از رفتار آئرودینامیکی فیبرها و ذرات به ما بدهد .
قطر فرت برآوردی کمتر از حد انتظار دارد ؛ بر عکس قطر مارتین متوسط قطری بیش از حد حقیقی نشان می دهد ؛ اما قطر سطح معادل بهترین براورد است.
سطح و حجم در ذرات Surface area and volume
همانگونه که قبلا گفته شد ؛ شکل ذرات تعیین کننده نسبت بین سطح و حجم ذرات است . کل سطح ذرات یا سطح جذب سطحی آنها به کل سطح ایجاد شده توسط آنها بستگی دارد .
قابلیت حل شدن یا solubility یکی دیگر از خصوصیاتی است که در اثر گذاری بیولوژیک ذرات تاثیر به سزایی دارد . این اثر در نمونه برداری و تجزیه نیز قابل توجه است .
ترکیب هوابرد ها Composition تاثیر مستقیمی در نتایج سلامتی افراد در مواجهه شغلی و غیر شغلی دارد . آنا لیز ترکیبات یک آلاینده ذره ای برای تعیین اثرات آن مهم است . پس نمونه بردای بدون تعیین مقدار Bulk sample قادر به شناسایی ترکیب گردو غبار هوابرد نخواهد بود .
Sampling for total and respirable Dust
سازمان ISO گردوغبار را بر اساس چگونگی ته نشینی در دستگاه تنفس به 3 دسته تقسیم می کند :
الف – آنهایی که در ناحیه راههای هوایی سر ته نشین میشوند.
ب – آنهایی که در نای و نا یژه نشست می کند .
ج- آنهایی که در ناحیه تبادل گاز های تنفسی رسوب می کنند.
سازمان ACGIH گردو غبار ها را به صورت زیر تقسیم بندی کرده است :
– IPM گردوغبار قابل تنفس inhalable ؛ که در هر نقطه از دستگاه تنفسی ته نشین شوند مخاطره آمیز هستند . قطر آنها بزرکتر از10 میکرون است .
– TPMیا توراسیک به ذراتی گفته می شوند که در ناحیه نای و نایژه و ناحیه قفسه سیینه ایجاد آسیب می کنند , قطر آئرودینامیکی آنها 1 ± 10 میکرون است .
– RPM ذرات قابل استنشاقRespirable در ناحیه تبادل گازهای تنفسی یا کیسه های هوایی نفوذ کرده و ایحاد مزاحمت می کند .قطر آئرودینامیکی آنها در حدود 0/3 ± 3/5 میکرون است .
تعداد زیادی از گردوغبارها بدون تاثیر بیولوژیک قلمداد می شوند ؛ به این دسته گردوغبار آزار دهنده یا Nuisance اطلاق می شود . از این نمونه می توان به سلولز ؛ کوراندوم؛ گچ ؛ مرمر ؛ گل ؛ تالک و غیره اشاره کرد . حد مجاز تماس با این ذرات در حدود 5 میلی گرم بر متر مکعب است .
روش نمونه برداری معمولا مبتنی بر متغییر هایی ما نند هدف از نمونه برداری , مشخصات ماده نمونه برداری شده ؛و روش تجزیه می باشد . در این رابطه نموگرام اصلاح شده آقای Corn به این موضوع اشاره دارد .
برای نمونه حدود مجاز تماس با گردوغبار کریستالین آزاد سیلیکا SILICA برای دو منظور ارائه می شود : 1- کل مواد معلق TSPM 2 – ذرات قابل استنشاق
در این رابطه می توان به جداول استاندارد حدود مجاز تماس مراجعه کرد .
استراتژی نمونه برداری و نمونه برداری فردی از هوابرد ها :
نمونه برداری در محیط کار برای تعیین تماس حرفه ای انسان با ذرات هوابرد در محیط کار است . در نمونه برداری فردی پس از نصب نمونه بردار در فضای تنفسی کارگر در حدود 30 سا نتی متری جلوی صورت آن متوسط تماس کارگر از طریق محاسبه ارزش تراکمی غلظت ذرات بدست می آید . نتایج آنگاه با متوسط غلظت زمانی یا TWA مقایسه می شود .
راهبرد نمونه برداری از ذرات ؟
یک راهبرد مناسب باید متناسب با ارزشیابی تماس حرفه ای؛ اقتصادی و مبتنی بر اهداف باشد .در این رابطه باید به نقش تحلیل های آماری بپردازِم .
توجهات آماری در نمونه برداری از هوابرد ها :
صحت اندازه گیری ها ی ذرات هوابرد بستگی به ظرفیت نمونه فردی با توجه به متوسط آلاینده در نمونه ها دارد . دقت اندازه گیری غلظت آلاینده در هوا هم به اجرای صحیح اندازه گیری بستگی دارد . صحت و دقت نمونه برداری و تجزیه مواد باید در آزمایشگاه و با روش دیگری نیز تعیین شود. انحرف نسبی ازیک توزیع نرمال می تواند توسط ضریب انحراف coefficient of variation (cv)
همچون Relative standard deviation مشخص شود . Cv همچون یک روش به عنوان شاخص پراکنندگی برای ارزش های صحیح است .در عمل
cv=sd/mean . کل ضریب انحراف cvT یک ترم آماری مورد استفاده برای توصیف بررسی مجدد روش در آزمایشگاه است . این ضریب بین چندین منابع خطا شامل انحراف از جریان و خطای اندازه گیری مشترک است .
تفسیر رابطه غلظت هوابردهای ذره ای و محل نمونه برداری (تماس) :
بعد از اندازه گیری فردی در ناحیه تنفسی پارامترهای آماری برای توصیف تما س در آن ناحیه به کمک گرفته می شود .با توجه به توزیع غیر نرمال اندازه هوابردها در محیط کار ؛ از دو پارامتر توصیفی میا نگین هندسی و انحراف معیار هندسی استفاده می شود .برای مثال در یک محیط کار 7 کارگر؛ نمونه برداری فردی انجام شده است و غلظت های زیر بدست آمده است :
7/0 ؛ 4/5 ؛ 1/9 ؛ 0/12 ؛ 5/3 ؛ 20 و 18 میلی گرم بر متر مکعب
سوالات مطرح : 1- 95 درصد کارگران دراین حالت در مواجهه با چه غلظتی هستند . 2- چه احتمالاتی از نظر تماس ممکن است برای کارگران بوجود آید .
با توجه به توزِیع نرمال لوگاریتمی فراوانی تجمعی و در صد فراوانی تجمعی کمتر از غلظت اندازه گیری شده را بدست آورده و منحنی مربوطه رسم می شود .
نتایج : – 95 % کارگران با 75/1 تا 38 میلی گرم بر متر مکعب مواجهه دارند. – 5 % کارگران با بیش از 30 میلی گرم …. در تماس هستن .
– 10 % با 22 و 50 % با 8 و 90 % با 9/2 میلی گرم بر متر مکعب در تماس هستند .
اصول نمونه برداری از ذرا ت هوابرد Principles of particle collection
نمونه برداری از پلی دیسپرس ها در وحله اول به انتخاب مناسب وسیله نمونه برداری دارد. بطور کلی نمونه برداری از ذرات معلق به دو صورت آنی و مداوم امکان پذیر است . وسایل نمونه برداری از ذرات معلق براساس یک یا چند اصل زیر است :
1- ته نشینی ذرات Particle settlement
1-1 ته نشینی ثقلی Gravitational settlement
نیروی وزن عامل مهمی در در سقوط ذرات معلق در هواست البته ذرات بسیار ریز مدتها در هوا باقی می مانند . Elutriation یا خالص کردن فرایندی است که ذرات می توانند مطابق با سرعت رسوبشان جداشوند.
خا لص کردن یا الوتریاسیون روشی است که به ذ رات موجود در هوا اجازه داده می شود تا همراه جریان هوا از مجاورت سطحی عبور نموده و آنقدر به راه خود ادامه دهند تا بواسطه نیروی ثقل خود ته نشین گشته و از جریان هوا جدا شوند. این شیوه برای ذرات درشتر موثرتر است . از جمله وسایلی که بر این اساس ساخته شده ؛ الوتریاتورها Elutriatorsهستند. این وسایل شامل یک دسته صفحات بسیار نازک آلومینیمی می باشند که با فواصل مساوی و معینی به صورت افقی و عمودی در یک مجرای چهار گوش قرار گرفته و هوا با سرعتی مشخص از درون آن عبور می کند . نمونه دیگر هگز لت Hexlet است. این وسیله برای جمع آوری ذرات قابل استنشاق بکارمی رود.
2-1 ته نشینی با نیروی گریز از مرکز Centrifugal settlement
در روش اخیر ذرات درشت بدلیل نیروی گریز از مرکز از جریان هوا جدا شده ودر قسمت پایین دسگاه جمع آوری جمع می شوند , اما ذرات ریزتر یا قابل استنشاق همراه جریان هوا به طرف خروجی حرکت کرده و قابل صاف شدن خواهد بود .بر این اساس وسیله ای ساخته شد بنام سیکلون Cyclone که بر اساس خاصیت گریز از مرکز به جمع آوری ذرات می پردازد . این وسیله علاوه بر نمونه برداری ذرات قابل استنشاق در مقیاس بزرکتر برای کنترل نیز قابل استفاده است .
2- صا ف کردن Filtration
صاف کردن یکی از متداول ترین روش ها برای نمونه برداری از آئروسل ها به شمار می رود . دلایل آن هم روشن است ؛ هزینه کم ؛ سهولت کار و قابلیت نگهداری نمونه برای مدتها ی طولانی . جمع آوری ذرات در این روش چند مکانیسم دخالت دارند مانند : تماس مستقیم Interception ؛ انتشار Diffusion ؛ جذب الکتریکی Electrical attraction ؛ برخورد Impaction و ……
فیلتراسیون ذرات هوابرد به پارامتر های زیر بستگی دارد : اندازه ذرات ؛ شکل آنها ؛ وزن مخصوص ؛ مشخصات سطح ذرات ؛ مقدار آن ؛ دانسیته , رطوبت و سرعت گاز .
1-2محیط واسط یا فیلتر ها
فیلتر مورد استفاده در روش صاف کردن به عواملی مانند نوع آلاینده و روش نمونه برداری بستگی دارد . معمولی ترین آنها عبارتند از :
– فیلتر سلولزی cellulose filter – فیلتر غشائی Membrane filter
– فیلتر الیاف شیشه ای Glass fibre filter – فیلتر نقره ای silver
– فیلتر الیاف پلاستیکی Plastic fibre filter – فیلتر نوکلپور Nucleopre
3- رسوب گیر الکترواستاتیکی Electrostatic precipition
اساس روش بدین صورت است که گاز حاوی ذرات از مجرایی با اختلاف پتانسیل 10 – 25 کیلو وات عبور کرده و باردار می شود ؛ و ذرات باردار شده برروی سطح الکترود جمع آوری بدام می افتند . دراین دسته رسوبگیرهای الترواستاتیکی قرار دارند . البته برای محیط های دارای گردوغبار قابل انفجار مناسب نیست .
4-روش حرارتی : این روش بر اساس عبور هوا ی حامل ذرات از درون مسیر باریکی که اختلاف دمای بسیار زیادی بین سطوح گرم و سرد آن بر قرار است ؛ استوار است .بدین ترتیب که وجود گرادیان دمایی بالا و عمود بر جهت جریان موجب جذب ذرات به سطح سرد مس شود. پدیده اخیر را ترموفورزیس Thermophoresis
می نامند .
نمونه برداری برای گردوغبار کل و قابل تنفس Total and Respirable
هدف از نمونه برداری کل نشان دادن نمونه ای از کل ذرات معلق در هوا ست .
و اما هدف از نمونه برداری ذرات قابل تنفس بدام انداختن آن دسته از ذراتی است که می توانند به آلوئول های ریوی برسند .
برای ا نجام این مهم راهبرد نمونه برداری به دو صورت است :
1- نمونه برداری فردی 2- نمونه برداری ثابت و در محل تولید آلاینده
نمونه برداری فردی برای گردوغبار کل
1- کا لیبراسیون پمپ فردی و انتخاب هولدر مناسب
2- آماده سازی فیلترها و کا ست ها ( وزن کردن ؛ سرهم کردن کاست ها ؛ سازمان دهی نمونه بلا نک ….) 3- اجرای نمونه برداری
نمونه برداری فردی برای گردوغبار قابل تنفس
1- انتخا ب پمپ و کا لیبره کردا آن 2- آماده سازی فیلتر و هو لدر ها
3- انتخاب سیکلون ده میلی متری مانند دور اولیور 4- وز ن کردت فیلترها در قبل
4- توزین فیلتر ها بعد از نمونه برداری 5- تعیین غلظت از رابطه مورد نظر
Sizing Methodology
مشخصات ذرات معلق یا هوابردها
در جلسات گذشته در این مورد کمی صحبت شد ؛ گفتیم که مهمترین عامل در شناسایی و بررسی رفتار ذرات بحث در موردSize اندازه آنهاست . اندازه ذرات ممکن است در یک رنجی از 10به توان منفی 7 سانتی متر تا ذرات کندانسه شده با قطری معادل 10 به توان منفی 3 ساتتی متر باشد . در مجموع جهت توضیح رفتار ذرات هوابرد توصیف اندازه آنها مهم است . زیرا بسیاری از خصوصیات ابرهای ذرات معلق مانند میزان رسوب کردن ؛ اکوموله شدن ؛ حرکت براونین و انتشار به اندازه ذرات بستگی دارد .
در این رابطه به موضوع شکل و دیسپرسیتی ذرات اشاره کردیم ودر این راستا به قطر آئرودینامیک ؛ سطح معا د ل ؛ فرت و مارتین هم اشاره ای شد . ضمنا برای درک بهتر موضوع باید به فاکتور شکل دینامیک ذرات هم اشاره ای کنیم ؛
این فاکتور از خا رج قسمت قطر معادل به قطر رسوبی به توان 2 بد ست می آید .
توجها ت آماری Statistical considerations
دانستیم که درجه دیسپرسیتی ذرات هوابرد بسیار مهمتر از شکل ذرات و حتی دانسیته آنهاست . پس یک متوسط قطر ذرات برای توجیح آنها مهم نیست .
با توجه به توزیع غیر نرمال ذرات هوابرد می توان از تکنیک های قوی آماری استفاده کرد .
بنا براین ما می توانیم بگویم که : 67% این ذرات دارای اندازه ای بین1 ± انحراف معیار از میانکین ؛ 95% آنها بین ±2 انحراف معیار و 7/99 % بین ±3 انحراف معیار هستند .پس متوسط توزیع اندازه ذرات می شود : d = ni di /ni ؛ d بار متوسط توزیع ذرات و ni تعداد ذرات با قطر di است .
انحراف معیارحسابی هم از رابطه معمولی بدست می آید .
متاسفانه اندازه ذرات بسیاری از آئروسل ها از توزیع نرمال پیروی نمی کنند ؛ بلکه توزیع منحنی آنها بصورت زنگی خواهد بود .
تکنیک های اندازه گیری ذرات هوابرد Measurement Techniques
در آئروسل ها هوا, فاز پیوسته و ذرات جامد فاز پراکنده آنها را تشکیل می دهند. این ذرات وقتی که به ذرات کوچکتری تقسیم شوند سطح کل آنها افزایش می یا بد ؛ برای نمونه اگر یک قطره آب با قطر 1 سانتی متر و سطح خارجی 3 ضرب در 10 به توان منهای 4 متر مربع به ذراتی به قطر یک میکرون تقسیم شود ؛ ذراتی با سطح کل 30 متر مربع ایجاد می کند .
پس نمونه برداری در شناخت ترکیبات هوا و تجزیه و تحلیل کمی و کیفی آلاینده های هوابرد از اهمیت ویژه ای برخوردار است . یکی از روش های نمونه برداری ذرات معلق در هوا استفاده از روش تر و با بطری های گاز شوی مانند ایمپینجر است . شما رش ذرات هوابرد با دیسپرسیتی بالا غالبا با میکروسکپ نوری انجام می شود . برای نمونه در سال 1932 برای اولین با آقای گرین بورگ بوسیله گراتیکول ویپل Whipple اقدام به شمارش ذرات پلی دیسپرس نمود .البته در سال 1942 این روش توسط سازمان ACGIH مورد تا یید قرار گرفت و به یک روش استاندارد تبدیل شد .
میکروسکپ نوری Optical Microscopy
میکروسکپ نوری شامل 5 قسمت است : 1- منبع نور 2- عدسی های کندانسور 3- قطعات لام 4- عدسی ها ی شئی 5- عدسی چشم یا اکولر
کیفیت تصویر نهائی توسط عدسی بهبود می یابد ؛ و همچنین این کیفیت به نور بستگی دارد . حد رزولوشن در میکروسپ ها ی نوری با رابطه زیر نشان داده می شود : d= 0.61λ/η sin α
در این رابطه d کمترین فاصله دو خطی است که بطور مجزا از هم تشخیص داده می شود. λ طول موج نور مود استفاده و η شاخص رفراکسیون نور بین محور سیستم نوری لام و عدسی می باشد . و α هم نیم زاویه ای است که شامل زاویه بین محور لام و عدسی است . حداکثر زاویه ای که عدسی می تواند نور را از لام درژافت کند 90 درجه است ؛ در این صورت لام کنار عدسی قرار دارد . Sin α
می تواند نزدیک به 1 و برخی اوقات 94 /0 برای بزرگنمایی عدسی باشد .
شاخص پراکندگی نور در اجسام مختلف متفاوت است ؛ برای هوا 1 ؛ برای آب 33/1 و برای روغن های امولسیون معمولی 55/1 است . حاصل شاخص پراکندگی و sinα عدد گشادگی numerical aperture است . این عدد برای بزرگنمایی زیاد ( 97x) 25/1 خواهد بود البته اگر از روغن امرسون استفاده شود . حد تئوریکی طول موج برای عدسی های نوری در فرمول فوق تقریبا 200 میلی میکرون یا 0.2 μm می باشد . با این حساب باید از عدسی با بیشترین عدد بزرگنما یی استفاغده نمود .
حدود تشخیص چشم انسان 1/0 میلی متر است ؛ یعنی اگر کوچکترین ذره در لام به اندازه 1/0 میلی متر دیده شود ؛ توسط چشم قابل تشخیص است . بنا براین ریزترین جز و قابل رویت بوسیله عدسی شیئی ( 0.2 μm) با ید 500 برابر بزرکتر شود تا بوسیله چشم قابل رویت گردد . اگر بزرگ کننده شیئی ( 46x) مورد استفاده قرار گیرد ؛ یک اکولر 10x با ید استفاده شود ؛ که در این صورت بزرگنمایی بیشترین مقدار خواهد بود یعنی 46 در 10 می شود 460 برابر .
آماده کردن لام و نحوه شمارش
آماده سازی نمونه ها در روش تر و یا فیلتر
در روش تر از سلول شمارش مانن دان استفاده می شود اما در روش فیلتر نمونه ها باید شفاف شوند .
برای جلوگیری از تجمع ذرات روی لام باید از یک مولد اولتراسونیک استفاده کرد .
استفاده مناسب از شبکه های مدرج چشمی . این گراتیکول ها پس از کالیبره شدن در قسمت عدسی چشمی قرار می گیرند . مانند : porton , new porton , walton beckett , whipple grids, british standard graticule.
روش نمونه برداری و شمارش الیاف آزبست Asbestos count
طبقه بندی آزبست : آزبست به گروهی از سیلیکاتهای معدنی از جمله سیلیکاتهای آهن و منیزیم اطلاق می شوند که در یک ترکیب زنجیری به صورت الیاف در طبیعت یافت می شوند .
انواع آزبست : الف – گروه آزبستهای مارپیچی یا سرپا نتین تنها نمونه معروف این گروه پنبه نسوز یا کرایزوتایل chtysotile است . 90 % تولید جهانی به این نوع اختصاص دارد .
ب – گروه آزبستهای دو شاخه ای یا آمفیبول . این گروه 5 نوع آزبست دارد .
1- کر و سیدولیت یا آزبست آبی 2- آموزیت یا آزبست قهوه ای 3- آنتوفیلات
4- تریمیو لیت 5- آکتینولا یت
مقدمه
ارزیا بی کمی و کیفی آزبست با استفاده از روش PCM یا استفاده از میکروسکپ نوری و فیلتر ممبران امروزه در اغلب کشور ها گسترش یافته است . کمیسیون جامعه اروپا C.E.C؛ اداره ایمنی و بهداشت آمریکا OSHA ؛ سازمان استاندارد بین المللی ISO؛ جامعه تست مواد آمریکا ASTM؛ موسسه ایمنی و بهداشت حرفه ای NIOSH و انجمن بین المللی آزبست AIA هر کدام با اختلافا تی در جزئیات روش هایی را برای اندازه گیری غلظت الیاف آزبست ارائه داد ه اند .
ااختلاف این سازمانها بیشتر در استفاده از مواد شفاف کننده و نوع گراتیکول است .
در این حال حدود مجاز TLV تماس با الیاف آزبست در کشورهای مختلف صنعتی کمی با هم اختلاف دارند . برای نمونه :
OSHA : 0.1 ASBESTOS FIBER ( < 5 Μm long/cc )
NIOSH : 0.1 F/CC ( F >5 Μm long )
ACGIH : 0.2 crocidolite; 0.5 amosite ; 2 chrysotile and other asbestos , fibers / cc
تاریخچه شمارش الیاف
اولین کاست در سال 1950 استفاده شد توسط کاخانه میلی پور
استفاده از ممبران فیلتر در سال 1964
در سال 1971 ACGIH وAIA روشی برای شمارش الیاف آزبست ارائه کردند.
در سال 1977 NIOSH قانون شمارش توجه به طول آزبست را ارائه کرد.
در سال 1978 Bougit & Reist قوانینی برای شمارش الیا ف آزبست بر اساس میدانهای شمارش ارائه کردند .
در سال 1978 Walton &Backet گراتیکول جدیدی را برای آزبست طراحی کردند .
روش شمارش الیاف آزبست
روشهای قابل استفاده می توان به روش 7400 Niosh که مورد تائید AIA هم است اشاره کرد . این روش به PCM هم معروف است .
وسایل مورد استفاده در این روش
1- استن برای شفاف کردن نمونه
2- پمپ نمونه برداری
3- ممبران فیلتر 8/0 – 2/1 میکرومتر با هلدر مناسب
4- لام ( کا ست ) ؛ لامل
5- میکروسکپ نوری ( فازکنتراست )
6- گراتیکول ترجیحا Walton-Backet
7- سرنگ هیپو درمیک و قیچی و غیره
8- میکرومتر
نمونه برداری Sample
1- نمونه بردار : فیلتر 0.45 –to 1.2 μm ,ester membrane ,25mm
2- جریان عبوری هوا : 0.5 to 16 l /min
3- نمونه شاهد : 2 to 10 field blanks per set
4- Accuracy : 80 to 100 fibers counted
روش آ زمایش Method
1- کالیبره کردن پمپ 2- نمونه برداری بر اساس روش استاندارد
3- جدا کردن هلدر و نگهداری مناسب نمونه 4- وزن کردن نمونه ها
4- شفاف کردن نمونه ها با بخار استن 5- شمارش الیاف در یک میدان 25 میلی متری
راهبرد نمونه برداری در داخل کانال ها :
گازها و بخارات در داخل کانالهای خروجی در صنایع بعلت دمای بالای آنها از مشخصات ویژه ای برخوردار هستند . درجه حرارت رابطه مستقیمی با فیلتر و مقاومت آن دارد . برای نمونه در دمای 800 درجه فیلتر ممبران کارائی ندارد اما بجای آن فیلتر فایبر گلاس از کارائی خوبی برخوردار است . مشخصات اتصلات ؛ واگرا و همگرا بودت آنها آشفتگی در داخل کانال ایجاد می کند ؛ این آشفتگی برای گازها مشکل ساز نیست چون آنها را یکنواخت می کند اما برای ذرات مشکل ایجاد می شود . در مورد ذرات باید نمونهای گرفت که نماینده تراکم اصلی باشد .
نمونه برداری در داخل کانال : وقتی نمونه بردار را داخل کانال می گذاریم در اصل بخشی از خطوط جریان را جدا می کنیم ؛ در این حالت با وسیله ای باشد که هوا را به سمت نمونه بردار ما هدایت کند . این کار را sampling probe انجام می دهد . در حقیقت با تغییر probe می توان سرعت را با هم برابر کرد . یعنی برای استفاده از یک فیلتر با قطر استاندارد در سرعتهای مختلف باید تغییری در probe داشته باشیم . در مجمو ع در شرایطی با ید نمونه برداری کنیم که سرعت داخل کانال با نمونه بردار برابر باشد .
حالات سرعت در پراب و کانال :
سه حالت در این رابطه داریم : 1- ایزوکنتیک isokinetic سرعت در پراب و کانال برابر است . 2- ساب کنتیک subkinetic سرعت پراب کمتر از سرعت کانال است . 3- سوپر کنتیک superkinetic که سرعت پراب بیشتر از سرعت کانال است .
اگر سرعت در پراب بیشتر از کانال باشد ؛ تراکمی که جمع می شود کمتر از تراکم واقعی است . چون اینرسی باعث می شود ذرات بزرکتر وارد پراب نشوند .
اگر سرعت در پراب کمتر باشد ؛ ذرات بزرکتر وارد پراب می شوند و ذرات کوچکتر باقی می مانند . نسبت سرعت داخل نمونه بردار به داخل کانال حائز اهمیت است و هر چه به یک نزدیک باشد بهتر است . البته اگر نسبت 2/1 – 8/0 باشد یعنی 20% ± باشد نمونه را قابل قبول وپمی دانند و اگر در این رنج نباشد مورد قبول نیست .
روش ها ی اندازه گیری گازها و بخارات
1- تجزیه ترکیبات شیمیایی در هوا توسط دستگاه گازکروما توگرافی (GC )
– کاربرد این دستگاه جهت تجزیه گازها در هوا روزافزون است . قدرت جداسازی ستونها ی کروما توگرافی به همراه حساسیت و گزینش پذیری آشکارسازها ی آن این دستگاه را روشی ایده آل برای تعیین بسیاری از ترکیبات شیمیایی در هوای محیط کار نموده است . NIOSH and OSHA تجزیه صدها هیدروکربنها را در هوا بوسیله GC توصیه نموده است .
– اساس جداسازی در این دستگاه بر پایه انتشار نمونه بین دو فاز استوار است . یکی از این فازها عبارت است از فاز ساکن ( شامل کستره وسیع ذرات با سطح بسیار زیاد ) و فاز متحرک یا فاز گازی است که از میان این بستر ساکن عبور می کند . GC روشی برای جدا سازی ترکیبات آلی با گذراندن یک جریان گازی از روی فاز ساکن است . چنانچه فاز ساکن جامد باشد آن را کروما توگرافی گاز جامد (G.S.C) و اگر فاز ساکن مایع باشد آن را کروما توگرافی گاز ما یع (G.L.C)می نا مند .
– اجزا ی دستگاه GC : استوانه گاز حامل ؛ کنترل کننده سرعت جریان گاز و کنترل کننده فشار آن ؛ محل تزریق نمونه ؛ ستونهای پرشده و مویین ؛ آشکارسازها ؛ نرم افزار و تنظیم کننده دمای محل تزریق
الف : ترکیباتی که توسط ذغال فعال نمونه برداری می شود و با GC تجزیه می شوند :
– مشخصات ترکیبات شیمیایی :
متوکسی اتا نول ؛ متوکسی اتیل استات ؛ اتوکسی اتانل ؛ دی پروپیلن ؛ گلیکول متیل اتر ؛ هیدروکبنهای هالوژنه ( بنزیل کلراید ؛ بروموفرم ؛ کلروبنزن ؛ کلروفرم ؛ ارتودی کلروبنزن ؛ هگزا کلرواتان ؛ وینیل بروماید ؛ متیل کلراید و غیره ) ؛ پروپیلن اکساید ؛ تترا هیدروفوران ؛ فرمالدئید ؛ اسید استیک ؛ فورفورال و غیره ؛
– اصول نمونه برداری :
استفاده از لوله ذغال فعال ( دارای طول 7 سانتی متر ؛ قطر داخلی 4 میلی متر ؛ قطر خارجی 6 میلی متر ؛ مش 20 -40 ؛ بخش جلویی 100 میلی گرم و بخش عقبی 50 میلی گرم ذغال فعال ) برای نمونه برداری . البته از لوله ذغال فعال بزرکتر حاوی 600 میلی گرم ( 400 میلی گرم در جلو و 200 میلی گرم در عقب ) هم استفاده می شود . روش کار روش استاندارد است و نمونه بردار باید در مسیر جریان هوا قرار گیرد ؛ ضمنا ارزیابی امکان خروج نمونه از قسمت جلوئی هم انجام می شود ؛ بعد با روش کروما توگرافی عمل تجزیه انجام می شود .
ب : ترکیباتی که توسط سیلیکاژل نمونه برداری می شود :
– گروه آمین های آلیفاتیک ( دی اتیل آمین ؛ دی متیل آمین ) ؛ گروه آمین های آروماتیک ( آنیلین ؛ ارتوتو لیدین ؛ 2و4 گزیلیدین ؛ ان ان دی متیل آنیلین ) ؛ ترکیبات آمینو اتانل ؛ دی متیل فرم آمید ؛ متانول ؛ نیترو بنزنها ؛ کلرو استالد ئید ؛ کلرو استیک اسید ؛ دی متیل استامید ؛ متیل اتیل کتون و ….
– اصول نمونه برداری :
استفاده از لوله سیلیکاژل برای نمونه برداری . بعد از آماده سازی پمپ لوله نمونه گیر ساخته می شود ( لوله سیلیکاژل به طول 7 سانتی متر ؛ قطر داخلی 4 میلیمتر و قر خارجی 6 میلی متر که از دو بخش جلوئی 150 میلی گرم و پسین 75 میلی گرمی در ست شده است ) .
ج : ترکیباتی که با فیلتر نمونه برداری و توسط GC تجزیه می شوند :
– انتشار بسیاری از هیدروکربن ها مانند آفت کشها و سموم ارگانوفسفره در محیط کار به صورت آئروسل بوده که جهت جمع آوری آنها از فیلتر استفاده می شود .
– ترکیبات آلی شامل : 4- تری ملیتیک آن هیدراید ؛ 5- تری ارتوکرزیل فسفا ت ؛ دی بوتیل فتالات ؛ دی فتالات ؛ 2- دی بوتیل فسفا ت ؛ کلر نیتید ترفنیل ؛ آلفا ویتا نفتیل آمین ؛ ارتوترفنیل ؛ پلی کلرو بنزن ؛ تری بوتیل فسفات ؛ اسید آزلئیک ؛ آندرین ؛ ترکیبات گلیکول ها ؛ …
– روش نمونه برداری و تجزیه :
وسایل مورد نظر ؛ پمپ نمونه برداری ؛ فیلتر مثلا استرسلولز ؛ ستون مورد نظر ؛ سرنگ میکرو متری ؛ ظزف اولتراسونیک ؛ ترازو و غیره
د – ترکیباتی که با بطریهای گازشو ی جمع آوری می شود :
این ترکیبات شامل ؛ آلدرین ؛ کپون ؛ منومتیل انیلین ؛ لیندان ؛ کلرومتیل اتر ؛ و غیره
نمونه برداری و تجزیه : وسایل مورد نیاز شامل پمپ نمونه برداری ؛ ستون مناسب برای گازکروما توگرافی ؛ سرنگ ؛ پی پت ؛ ترازو و غیره
روش نمونه برداری؛ هم استفاده از لوله گازشوی حاوی جاذب است . البته برای نمونه برداری از برخی مواد مانند آلدرین ؛ کپون و لیندین بطری بع همراه فیلتر استفاده می شود .
روش آماده سازی نمونه بر اساس روش های استاندارد است . برای مثال ؛ برای آلدرین محلول نمونه برداری شده داخل یک ویال یا بالن ریخته شده و بوسیله محلول ایزواکتان به حجم 15 میلی لیتر رسانده تا جهت تزریق به گاز کروما توگرافی آماده شود .
د- تجزیه ترکیبات نمونه برداری شده با فیلتر آغشته :
مقدمه : اساس نمونه برداری در تعداد قابل توجه ای از ترکیبات شیمیایی چون : 4-4 دی متیلن دی آنیلین ؛ بنزیدین ؛ 2-4 تولوئن دی آمین ؛ ارتوتولای داین ؛ ارتو- متا – پرا – تولوئیدین با استفاده از فیلتر فایبر گلاس آماده شده با اسید سولفوریک است . در نتیجه عبور هوا همراه با آلاینده مورد نظر از فیلتر ؛ تولید یک ماده ثانویه بنام هپتا فلوئورو بوتیریک اسید آن هیدراید HFAA می نماید . ماده مورد نظر بوسیله دستگاه گاز کرو ما توگراف مجهز به آشکار ساز الکترونی تجزیه می گردد.
ترکیبات شیمیا یی : 1-4 ؛ 4 متیلن دی آنیلین ؛ 2-3؛ 3 – دی کلروبنزیدین ؛ 5-ارتودیاسیندین ؛ 3-2؛4- تولوئن دی آمین ؛ ارتومتیل آنیلین ؛ امینو تولوئن ؛ متیل اتیل و بوتیل مرکپتا ؛ بنزید ین و غیره
آماده سازی نمونه ها : برای مثال ؛ جهت نمونه برداری از ترکیبات مرکپتان فیلتر فایبر گلاس باید از استات جیوه اشباع شود . بدین منظور فیلتر داخل محلول 5 % وزنی استات جیوه گذاشته می شود و در هوا خشک می کنند . در پایان کار ؛ رنگ زرد روی فیلتر نشان دهنده آمادگی جهت نمونه برداری است .
مثال دیگر نمونه برداری از گلوترآلدئید در هوا است :
برای نمونه برداری از گلوتر آلدئید روش استاندارد فیلتر آغشته را پیشنهاد می کند . نمونه گیر از یک کاست فیلتر روبز و دو فیلتر پشم شیشه آغشته به دی نیتروفنیل هیدرازین و اسید فسفریک تشکیل شده است . محلول 2و4 دی نیترو هیدازین و اسید فسفریک با حل کردن یک گرم از DNPH ؛ 5 میلی لیتر اسید فسفریک و استو نیتریل در یک بالن 250 میلی لیتری تهیه می شود . فیلتر را در دهانه بشر 30 میلی لیتری به نحوی قرار می دهیم که قسمت رویی آن به طرف بیرون باشد ؛ با استفاده از پی پت 5/0 میلی لیتری محلول دی نیترو فنیل هیدازین ؛ اسید فسفریک را قطره قطره بر روی فیلتر می چکانیم به طوریکه تما م سطح فیلتر آغشته شود .
2- تجزیه آلا یند ه های هوا با استفاده از کروماتوگرافی مایع HPLC
در میان روش های تجزیه ای کروما توگرافی ؛ بعد از GC گاز کر وما توگرافی مایع با کار کرد عالی High performance liquid chromatography بیشترین استفاده را در تجزیه هیدروکربنهای منتشره در هوا دارد . بیشترین نمونه هایی که به روش بطر ی های گازشوی ؛ فیلتر و لوله ذغال فعال از تر کیبات شیمیایی منتشر شده در هوا با روش HPLC تجزیه می شوند . این روش بر اساس انواع فازهای متحرک و ساکن است ؛ در ا ین روش فاز متحرک یک مایع بوده و فاز ساکن یک مایع یا یک جامد خواهد بود .
ادامه ….. اگر فاز ساکن مایع باشد ؛ کروماتوگرافی مایع – مایع است و در حالت دوم مایع – جامد نامیده می شود . یک دستگاه HPLC دارای اجزای زیراست .
1- فاز متحرک 2- منا بع ذخیره فاز متحرک 3- سیستم کنترل فاز متحرک
4- سیستم پمپ کننده 5- قسمت تزریق نمونه 6- ستون 7- آشکار ساز ها
از عوامل مهم در تعیین فاز متحرک پلا ریته یا قطبیت حلا ل است . قطبیت بدین معنی است که مولکول دارای دو مرکز مثبت و منفی بوده و لذا توسط مولکول های دیگر که دارای این خاصیت می باشند جذب می شوند . قطبیت آب بالا بوده اما ترکیبا ت اکسیژن دار آلی مانند الکل ها ؛ کتون ها ؛ استر ها دارای خاصیت دو قطبی کمتری بوده و لذا پلا ریته آنها از آب کمتر است .
ترکیبات شیمیایی :
الف – ترکیباتی که با فیلتر نمونه برداری و با HPLC تجزیه می شوند :
– پیرو تم ؛ ریبا ویرین ؛ استر یکتین ؛ پاراکوات ؛ ترکیبات چند حلقه ای آروما تیک ؛ بروموکسی نیل ؛ اسید سیا ندریک ؛ وارفارین ؛ گلوتر آلدیید؛ آسپارتام ؛ …..
آماده سازی فیلتر : برای نمونه ها ی مورد نظر از 4-4 متیلن دی آنیلین برای آغشته سازی فیلتر استفاده می شود ؛ آنگاه فیلتر فایبر گلاس را در یک ظرف شیشه ای پهن گذاشته و 5/0 میلی لیتر اسید سولفوریک 26/0 نرمال به آن اضافه می کنیم و سپس به مدت یک ساعت در دمای 100 درجه حرارت داده تا خشک شود . و پس از خشک شدن قابل استفاده خواهد بود .
ب- ترکیباتی که با جاذب سطحی نمونه برداری می شوند :
آنسایدین ؛ اتیلن دی آمین ؛ تری اتیلن تترا آمین ؛ گلو تر آلدئید ؛ پارا کلروفنل ؛ کاربادیل ؛ فنل ؛ دی متیل آمین ؛ اسید آکر یلیک ؛ متیل اتیل کتون ؛ متیل 2- سیا نو آکرولیت ؛ ….
ج – ترکیباتی که توسط بطری های گاز شوی نمونه برداری می شوند :
2-4 تولوئن دی آمین ؛ 2-6 تولوئن دی آمین ؛ استالدئید ؛ اتیلن ایمین ؛ ایزوسیا نات ها ؛ پنتا کلو فنا ؛ دی آمین و …………
3- جذب اتمی
امروزه کاربرد دستگاه جذب اتمی جهت تجزیه ترکیبات فلزی در هوا بر کسی پو شیده نیست . دقت این دستگاه همراه با کوره آن ؛ آنرا روشی ایده آل برای تعیین بسیاری از ترکیبات شیمیایی فلزی در هوا قرار داده است . موسسه ها ی NIOSH , OSHA تجزیه ده ها ترکیب شیمیایی فلزی با این دستگاه را توصیه نموده اند . طیف سنجی اتمی تحت عناوین نشر اتمی ؛ جذب اتمی و فلوئورسانس اتمی مور د بررسی قرار می گیرند . اجزای دستگاه جذب اتمی :
1- منبع تابش 2- اتم ساز 3- تکفام کننده و شکاف 4- آشکارساز ها
– با این روش نمی توان ترکیبات یک فلز را از هم تفکیک کرد ؛ مقدار و شکل ذرات را مشخص نمی کند و اما روش نمونه برداری بسیار ساده است .
– برای نمونه : ترکیبات آلومینیوم با فیلتر استر سلولز غشایی با خلل و فرج 8/0 و قطر 37 میلی متر نمونه برداری می شود . بعد از نمونه برداری با یک پنس فیلتر را داخل یک بشر قرار می دهیم ؛ 6 میلی لیتر اسید نیتر یک بر روی آن می ریزیم ؛ و روی آن را برای مدتی می پوشانیم . نمونه را بر روی اجاقی با دما ی 140 درجه حرارت داده تا کل نمونه حل شود و یک رنگ زرد پدید آید .
بعد محلول استاندار را تهیه می کنیم و با روش استاندار مطابق با دستورالعمل کا رخانه سازنده عمل اندازه گیری را انجام می دهیم .
4- دستگاه اسپکتروفتومتر
اندازه گیری کمی در روش های طیف سنجی جذبی بر اساس تابش یک دسته پرتو نورانی تکفام یا مونو کروماتیک به نمونه و اندازه گیری مقدار نور جذب شده توسط محلول قرار دارد . کلیه مواد آلی و اکثر مواد معدنی قادر به جذب تابش الترومغنا طیس می باشند . زیرا تمام آنها الترون های والانس ( ظرفیتی ) دارند که می توانند به ترازهای با انرژی بالاتر ارتقا یابند . در این رابطه قانون بیر توانایی جذب یک تابش را تفسیر می کند . قانون بیر در شرح رفتار جذبی تنها برای محلول های رقیق موفقیت دارد . در غلظت های بالا متوسط فاصله بین گونه های چذب کننده کاهش می یابد . در این موارد قانون بیر لامبرت بخوبی صادق است .
– اجزای یک دستگاه اسپکترو فتومتر شامل :
1- منبع انرژی تابشی 2- تکفام ساز 3- کنترل کننده شدت نور 4- سلول ها ی شفاف برای نگهداری نمونه ها 5- ردیاب 6- ثبات
– ترکیبات زیر بخوبی با این روش اندازه گیری می شوند : دمتیل هیدرازین ؛ کرم ؛ آهن ؛ فرم آلدئید ؛ سیانید هیدروژن ؛ میست های نفت ؛ اکسید سیلیس ؛ آمونیاک ؛ و………….