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

Пути вредного воздействия радиационных и химических факторов на человека 3 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

Пути образования аэрозолей Путь образования Фазовое состояние Наименование аэрозоля Диспергирование твердоепыль жидкоеспрей Конденсация твердоедым жидкоетуман Специальный путь: агрегатная отдача, радиоактивный распад, гидролиз паров «твердое» кластеры (наночастицы) 5 – процессы, приводящие к образованию наночастиц

Причины образования и относительнойстабильности 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: UF 6 ; MeF n ; Fe(CO) 5 ; Zn(CH 3 ) 2 и т.д. Конденсация летучих продуктов деления урана ( 131 I, 137 Cs и т.п.). Сварка, резка загрязненного оборудования с образованием наночастиц. - Униполярный заряд радиоактивных частиц. - Отсутствие испарения «твердых» аэрозолей, легко меняющих форму. 6

Ручная электродуговая сварка 7

Опасность наночастиц определяется: 8 1.Химической токсичностью и радиационным воздействием, а также дисперсностью и растворимостью: 0,1 мкм (100 нм) – 1 ДОА перс в 1 м Ро 1 част.1,0 мкм – 10 ДОА перс в помещении 100 м 3 10,0 мкм (грубодисп.) – смертельная доза 2. 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

Счетная концентрация частиц монодисперсного аэрозоля при весовой концентрации 15 мкг/м 3 9 Диаметр частиц (мкм) Счетная концентрация частиц в 1 см 3 5,00, ,6 0,5229 0, , ,01 (10 нм) Благодаря развитой поверхности обладают большой сорбцией паров 1 г сухого х/б волокна имеет поверхность ~ 2000 м 2 W, TiO 2, NaCl, алмаз, углерод, фуллерен С 60

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 10 2 нм размер микропор АУ «Прочность» сорбции в микропорах выше, чем на поверхностях

Размеры объектов ВеществоРазмер, нм Атом гелия0,2 Молекула трития0,24 х 0,31 Молекула йода; Фуллерен С 60 0,43; 0,355 Молекула н-гептана (ОВ)0,49 х 1,15 Фотохимический аэрозоль (смог) Дымка окиси цинка50 Табачный дым100 – 1000 Вирус ящура10 Ядра отдачи5 Продукты распада радона Продукты гидролиза ГФУ20 Масляный туман – стандартный аэрозоль300 Наиболее проникающие частицы-кластеры 40 ; ~3 11

12 1 мкм – стандартный размер частиц по НРБ-99 При установлении ПДК химических веществ размер аэрозоля не нормируется Счетное распределение атмосферных аэрозолей без ветровой сдувки и деятельности человека

13 Мелкие капли испаряются, а крупные – растут (~ 3 нм)

Распределение частиц аэрозоля ДПР радона и торона и теоретическая кривая 14 Екатерин- бург, 2009

15

Зона дыхания Стационарный пробоотбор 99,9 - 99,0 - 25,0 - Эффективность, % 0,00040,0020,040,020,31,00,8, мкм ГазыПарыКонденсац. аэрозоли (дым, туман) Диспергац. аэрозоли (пыль, спрей) Кластеры 16 V=20cм/с V=1cм/с FFР3 ФП FFР1 Текстильные волокна АУ Т 1/2коаг ~ 30 мин 75,0 - Xe, Rn, T 2 ГХБД, I 2, ПКЖ ДПРР, ПГГФУ, ПГПКЖ Соед. I, Po Электросварка Мех. обработка, барботаж ГОСТ «2015» ГОСТ 1976 (СМТ) ГОСТ 2003 (NaCl) Наночастицы ИБФ, 2003

Время коагуляции частиц как функция их размера и концентрации 17 Диаметр частиц (нм) Период полукоагуляции 1 г/м 3 1 мг/м 3 1 мкг/м 3 1 нг/м 3 0,50,39 мкс0,39 мс0,39 с6,5 мин 12,2 мкс2,20 мс2,2 с36,67 мин 212 мкс12 мс12 с3,34 ч 50,12 мс0,12 с2 мин33,34 ч 100,7 мс0,7 с11,67 мин8,1 дней 203,8 мс3,8 с63,34 мин43,98 дней

18

19

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМАД 20 Сравниваемые методы Рекомендуемые параметры Диапазон определения АМАД, мкм Скорости отбора проб, л/мин Сопротивление мм. вод. ст. Импактор0, Пакет фильтров 0,1 - 2,0 (0,1 - 7,0) Более 750 Счетчик частиц АЗ-10 (оптический) 0,3 - 10,02,2- Счетчик частиц лазерный (опытные образцы) Более 0,1-- Вероятно, верхняя граница размера наночастиц 100 нм была выбрана исходя из данных этой таблицы.

Область распространения методов анализа дисперсности частиц 21

22 Приборы фирмы TSI (США): Спектрометры Счетчики Мониторы Масс-спектрометры Анализатор макромолекул Генераторы Размеры частиц г.

23 В американских и английских сертификационных центрах эффективность СИЗОД оценивают по спектрам аэрозолей С учетом различных моделей легочной системы дозы облучения легких недооцениваются на порядок 2007 г. США, 3М

г. НИФХИ новые АФА старые АФА, Лепесток-200 0,050,3 ФПП получают из раствора; а ПП, ПЭ – из расплава

25 1. Необходимо создание нормативно- правовой и нормативно-методической базы 2. Необходима закупка измерительных приборов 3. Необходимо создание стендов и монтаж оборудования для испытаний 4. Нужна метрологическая аттестация и поверка Необходимый комплекс работ

Спасибо за внимание! Федеральное государственное учреждение «Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна» ФМБА России , г. Москва, ул. Живописная, д. 46 Генеральный директор: КОТЕНКО Константин Валентинович Тел./факс: (499) , НЭИЦТП «Индивидуальная защита» Лаборатория средств индивидуальной защиты персонала опасных производств Руководитель НЭИЦТП «Индивидуальная защита», заведующий лабораторией, д.т.н. РУБЦОВ Виктор Иванович тел. (499) , заместитель заведующего лабораторией, д.т.н. КЛОЧКОВ Владимир Николаевич тел. (499) ,