Personlig luftprøvetager (personlig prøveudtager) er en bærbar enhed til luftprøvetagning i åndedrætszonen [1] , der arbejder i en forurenet atmosfære.
Indånding af skadelige stoffer i deres overdrevne koncentration skaber en øget risiko for at udvikle erhvervssygdomme (herunder uhelbredelige og irreversible: pneumokoniose - silikose og antrakose osv.). For en korrekt vurdering af koncentrationen af skadelige stoffer i vejrtrækningszonen er det nødvendigt at udføre regelmæssige og systematiske målinger. Resultaterne af talrige undersøgelser har imidlertid vist, at både den øjeblikkelige værdi og den gennemsnitlige forskydningsværdi af koncentrationen af skadelige stoffer i åndedrætszonen (nær ansigtet) kan afvige væsentligt fra koncentrationen i en afstand på kun 2-3 meter fra arbejderen på grund af variationen i koncentrationen af stoffer i rummet. Dette førte til udviklingen af ikke-stationært bærbart udstyr til luftprøvetagning i åndedrætszonen. Den korrekte måling af inhaleret luftforurening giver dig mulighed for nøjagtigt at bestemme, om værdierne for den maksimalt tilladte koncentration af skadelige stoffer i luften i arbejdsområdet (MAC) overskrides, og hvis de overskrides, er det korrekt at vælge et ret effektivt middel til personlig åndedrætsværn (PPE).
Det er almindeligt accepteret, at i tilfælde, hvor påvirkningen af skadelige stoffer på en person under for eksempel indånding, bliver under en vis "grænseværdi", bliver risikoen for at udvikle en erhvervssygdom ubetydelig. Sådanne værdier for koncentrationen af skadelige stoffer i luften i Den Russiske Føderation (tidligere i USSR) kaldes MAC , i USA - PEL ( OSHA ), REL ( NIOSH ), TWA (ACGIH); i Storbritannien - OEL osv. Værdier er videnskabeligt underbygget gennem undersøgelser af tilfælde af forgiftning af arbejdere, forsøg på mennesker og dyr osv., og er fastsat i national lovgivning, der regulerer sikkerhed og sundhed på arbejdspladsen . Arbejdsgiveren er forpligtet til at sikre sådanne arbejdsforhold, hvor koncentrationen af skadelige stoffer ikke vil overstige MPCrz, hvilket indebærer måling af det (og hvis det er umuligt at undgå at overskride MPCrz, er det forpligtet til at give medarbejderne tilstrækkelig effektiv personlig åndedrætsværn udstyr i overensstemmelse med de fastsatte krav til deres valg og brug ). Men koncentrationen af skadelige stoffer i luften kan variere i rum (og i tid), og dens måling bør udføres på en sådan måde, at der tages højde for dette. Måling af koncentrationen af skadelige stoffer i luften i et arbejdsrum ved hjælp af stationært udstyr kan give et resultat, der adskiller sig fra det virkelige med flere gange.
I 1957 blev de første succesrige modeller af personlige prøveudtagere med en elektrisk pumpe og en galvanisk strømkilde [3] [4] fremstillet ved AERE [2] atomcentret i Harvel ( Storbritannien ) . Enheden var anbragt i et hus fra en elektrisk cykellygte, og et batteri var nok til en uges arbejde (1 skift om dagen). Testen af denne enhed viste objektivt, at den gennemsnitlige koncentration af skadelige stoffer i arbejderens åndedrætszone kan være for eksempel 41 gange højere end i en afstand på 2-3 meter fra den (ved brug af en stationær måler).
| + Forholdet mellem koncentrationerne af radioaktive partikler: målt af en personlig prøveudtager til koncentrationen målt af en stationær prøveudtager ( middelværdier for 4 måneders målinger ), 1966 | Målingssted | Type af stråling | Koncentrationsforhold - middelværdier |
|---|---|---|---|
| Aktivt arbejdsområde | Alfa | 0,7
4.1 | |
| Område for dekontaminering | Alfa | 2.7
41 |
Resultaterne opnået af Robert Sherwood på Harvel stimulerede udviklingen og anvendelsen af sådanne enheder, såvel som undersøgelser, der sammenlignede resultaterne af målinger af stationære og personlige prøveudtagere. NIOSH- dokumentet [5] gennemgik lignende undersøgelser, hvor koncentrationer blev målt samtidigt i vejrtrækningszonen med en personlig prøveudtager og i luften i arbejdszonen med en stationær prøveudtager. De viste, at:
Derfor anbefalede forfatterne af dokumentet [5] , som ikke var juridisk bindende, at arbejdernes eksponering for luftforurening udelukkende blev målt ved indåndingszoneluftprøvetagning. Og i mange tilfælde er dette umuligt uden brug af en personlig prøveudtager ( hvis en medarbejder rejser lange afstande under arbejdet osv. ). Anbefalingerne i dette dokument blev brugt i udviklingen af standarder for arbejdsbeskyttelse ved arbejde med farlige stoffer, som er juridisk bindende for arbejdsgiveren ( bly [6] , asbest [7] osv., samt instruktioner til arbejdssikkerhedsinspektører ( OSHA ) , som kræver, at man kun måler arbejdstageres eksponering for luftforurening med personlige prøveudtagere [8] .
Af de ca. 1,5 millioner målinger foretaget af amerikanske arbejdssikkerhedsinspektører (OSHA) i perioden 1979-2013, blev 78,4% af målingerne foretaget af personlige prøveudtagere [9] .
Der er forskellige måder at bestemme koncentrationen af støvaflejring på filteret, efterfulgt af vejning eller passende kemisk analyse ; måling af de optiske egenskaber af støvet luft pumpet gennem detektoren osv. [11] . For at opfange gasser kan man bruge pumpning af forurenet luft gennem en sorbent eller for eksempel en opløsning af et kemisk stof, der reagerer med en luftformig forurening (for eksempel formaldehyd [12] ). Personlige prøveudtagere skal være lette og diskrete, så kun en delmængde af tilgængelige metoder til bestemmelse af koncentrationen af stoffer i luft er anvendelige for dem.
De mest udbredte er prøveudtagningsanordninger, hvor forurenet luft tvinges til at blive pumpet gennem opfangningsmediet ved hjælp af en pumpe for at opfange skadelige stoffer. Batteridrevne pumper er almindeligt anvendte . Enheden kan have en, to eller flere kanaler, luftstrømmen er normalt justerbar og kan nå 20 l / min. For korrekt at bestemme koncentrationen (forholdet mellem mængden af et skadeligt stof og luftvolumenet) er det nødvendigt at kende nøjagtigt mængden af luft, der pumpes gennem fangmediet under målingen. Luftstrømmen gennem prøveudtageren kan ændre sig på grund af for eksempel en stigning i modstanden af aerosolfilteret (hvis det er forurenet under målinger) og batteriafladning. Derfor forsøgte man i anden halvdel af det 20. århundrede at kalibrere instrumenter både før start af måling og efter måling, og ved udførelse af en række successive målinger kunne kalibrering udføres i begyndelsen og i slutningen af skiftet. . For at måle luftstrømmen kan der for eksempel bruges bobleflowmålere ( bobleflowmeter ). Senere blev der indbygget små flowmålere ( rotametre ) i pumpeenheden, hvilket gjorde det muligt at overvåge opretholdelsen af en konstant luftstrøm direkte under drift uden at slukke for enheden.
Fangstmediet kunne være anderledes og afhænge af typen af forurening. Aerosolfiltre og membraner kan bruges til at fange aerosoler. Ved brug af membraner kan et scanningselektronmikroskop bruges til at bestemme partiklernes form og størrelse. Hvis der skal udføres en kemisk analyse for at bestemme sammensætningen af støvet, kan analysens resultat blive påvirket af tilstedeværelsen af analytter i selve filter-/membranmaterialet - fremstilling af baggrundsforurening. I sådanne tilfælde kan filtre, der slet ikke har været anvendt, analyseres, og den målte gennemsnitlige baggrundsforurening trækkes fra værdien opnået ved analysen af filtre, hvorpå der har sat sig støv [13] .
Impactors kan bruges til at bestemme størrelsesfordelingen af aerosolpartikler . I disse enheder passerer luft gennem dyser med forskellige diametre (først gennem store, derefter gennem små), og de resulterende stråler kolliderer med substratet. Jo større aerosolpartikler og jo mindre huldiameter, jo større er dens inertiegenskaber og jo større er sandsynligheden for kollision og bundfældning på underlaget. Sammenligning af støvindholdet på substrater efter huller med forskellige diametre gør det muligt at estimere fraktionerne af støv med forskellige partikelstørrelsesområder. For at forhindre, at støv preller af underlaget, kan der påføres en "klæbrig" belægning. Hvis partiklerne er store og skrøbelige, kan de blive ødelagt ved stød, hvilket forvrænger måleresultatet.
Arbejdsbeskyttelsesstandarder i industrialiserede lande begrænser i mange tilfælde koncentrationen af uopløseligt støv i luften i industrivirksomheder, ikke for alle partikler, men kun for små partikler (respirabel fraktion), som ved indånding kan trænge dybt ned i lungerne og sætte sig i alveolerne , hvilket forårsager maksimal skade på helbredet. For at måle luftvejskoncentrationen af støv kan der bruges forfiltre, der adskiller store partikler, for eksempel små cykloner med en diameter på ~10 mm. Målinger har vist, at udsving i luftstrømmen [14] (ved brug af stempelprøveudtagningspumper) kan påvirke effektiviteten af målingerne [15] .
Et rør med aktivt kul , impinger, bubbler osv. kan bruges til at opfange gasformige forurenende stoffer En impinger er en beholder med en dyse rettet mod overfladen af opfangningsvæsken. Når en stråle af forurenet luft og en speciel væske mødes, kan masseoverførsel ske , og måling af mængden af forurenende gas i væsken eller mængden af et særligt udvalgt kemisk reagens (opløst i væsken), der reagerede med den forurenende gas, giver dig mulighed for at bestemme mængden af gasformige skadelige stoffer i den pumpede luft.
Ved indfangning af bioaerosoler opstår der problemer svarende til dem ved indfangning af faste store skrøbelige partikler: stød med en aflejrende overflade (fast eller flydende) kan ødelægge mikroorganismen eller dræbe den, hvilket reducerer kvaliteten af måleresultaterne [16] .
I et forsøg på at reducere vægten, kompleksiteten og vedligeholdelsesomkostningerne for pumpeprøveudtagere er der udviklet passive prøveudtagere [17] . De bruger diffusionen af skadelige gasmolekyler til at fange sidstnævnte og har ingen bevægelige dele. Med en forskel i koncentrationen af molekyler af et stof i rummet, vil sidstnævntes molekyler på grund af diffusion begynde at bevæge sig i retning af faldende koncentration. Hvis et fangstmedium (f.eks. aktivt kul) placeres i en forurenet atmosfære, vil koncentrationen af molekyler i nærheden blive reduceret, og nye molekyler vil begynde at bevæge sig mod fangningsmediet. Hvis dette medium er i en beholder med et åbent hul (f.eks. i bunden af en cylindrisk kasse med en gasgennemtrængelig modsat ende), skal du kende beholderens parametre, diffusionshastigheden og massen af fangede molekyler ( efter at have analyseret indfangningsmediet), er det muligt at beregne den tilsvarende koncentration foran hullet.
Strukturelt er sådanne samplere ekstremt enkle. Det kan være en lille let cylindrisk kasse med en diameter, der normalt er større end højden, i bunden af den er der for eksempel aktivt kul. Beholderen fastgøres nær kraven ved hjælp af for eksempel tøjklemmer og forstyrrer ikke arbejdet. I anden halvdel af det 20. århundrede, før starten på produktion og brug af passive prøveudtagere, blev deres forgængere, gaskoncentrationsindikatorer, udviklet og brugt. Det kunne for eksempel være specialfremstillede imprægnerede papirark, der skiftede farve i takt med, at imprægneringskemikaliet reagerede med luftbårne luftforurenende stoffer. Indikatorer blev fastgjort til tøj og gjorde det nemt at identificere tilfælde af overdreven eksponering for skadelige gasser.
Målenøjagtigheden af passive prøveudtagere kan påvirkes af tilstedeværelsen eller fraværet af omgivende luftbevægelser, påvirker gaskoncentrationen nær åbningen og (hvis den ikke er veldesignet) påvirker bevægelsen af molekyler i enheden. Det menes, at målenøjagtigheden af pumpede prøveudtagere er højere, og OSHA-inspektører er endnu ikke begyndt at bruge passive prøveudtagere, når de udfører inspektionsmålinger på arbejdspladser [8] .
I USSR blev der udført undersøgelser, der viste muligheden for passiv diffusionsprøvetagning for at bestemme indendørs luftforurening [18] ; og i Den Russiske Føderation er der udviklet krav til passive prøveudtagere [19] [20] .
De ovenfor beskrevne anordninger gør det muligt at bestemme koncentrationen af skadelige stoffer, men først efter målingens afslutning (efter analysen af fangstmediet). Dette gør det vanskeligt hurtigt at vurdere arbejdsforholdene og rette dem i tilfælde af overdreven eksponering. Derfor har NIOSH- eksperter arbejdet på at skabe en personlig støvmåler til minearbejdere, der er i stand til at måle massekoncentrationen af støv i åndedrætszonen [21] . I en personlig støvmonitor (PDM) til støvopsamling pumpes luft gennem et følsomt element - en cylinder med et aerosolfilter for enden. Når støv samler sig på filteret, ændres dets masse, hvilket påvirker sensorelementets naturlige frekvens. Nøjagtig måling af ændringen i svingningsfrekvensen giver dig mulighed for at bestemme støvmassen og beregne ikke kun den aktuelle værdi af koncentrationen, men også "dosis"-koncentrationen af støv fra begyndelsen af skiftet. For at reducere forekomsten af uhelbredelig pneumokoniose er det planlagt at bruge enheden i stor skala i amerikanske kulminer [22] . Siden februar 2016 er MPC-værdierne for respirabelt kulstøv blevet reduceret fra 2 til 1,5 mg/m3, og loven forpligter arbejdsgiveren til at bruge nye enheder (prisen i 2016 er omkring 27.000 USD) på alle de mest støvede arbejdspladser [ 23] .
Ulempen ved enheden er, at den i princippet ikke tillader bestemmelse af den kemiske sammensætning af støv ( andelen af kvarts ), i det mindste i realtid. For at bestemme virkningen af kvarts er det nødvendigt at analysere det opsamlede støv og genberegne måleresultaterne.
Enheden er integreret i en minearbejders hjelm med en lampe, og ifølge minearbejderne selv er den mere praktisk end et standardmålesystem.
Der er ligheder mellem filtrerende åndedrætsværn og personlige prøveudtagere:
Derfor gør analysen af mængden af skadeligt stof tilbageholdt af respiratorfilteret (massen af støv på partikelfilteret [24] og mængden af gas i gasmaskefilteret) det muligt at estimere mængden af det skadelige stof, der kunne trænge ind i åndedrætsorganerne under arbejde uden personlige værnemidler. Der er en væsentlig forskel mellem en personlig prøvetager og en respirator - den første har en konstant luftstrøm og er målbar, hvilket gør det muligt at bestemme den gennemsnitlige koncentration for målingen; og den anden er ikke konstant og måles normalt ikke, hvilket ikke gør det muligt at bestemme koncentrationen. Risikoen for at udvikle erhvervssygdomme bestemmes dog ofte ikke så meget af koncentrationen som af dosis, den samlede mængde af skadelige stoffer, der er kommet ind i kroppen. Og en personlig prøveudtager måler ikke dosis - den kan kun beregnes groft, hvis arbejderens luftindtag kan estimeres. I [25] blev det foreslået at installere en flowmåler mellem filteret og masken for at eliminere denne ulempe.
Vejning af respiratorfilter er beskrevet i [26] som en måde at bestemme støvbelastningen på minearbejderes åndedrætsorganer. For at (forsøge) at tage højde for forskellen mellem måleresultaterne og de reelle værdier, brugte vi information om hvor lang tid respiratoren blev brugt under arbejdet.
I [27] blev det foreslået at bruge en konventionel gasmaske til at bestemme koncentrationen af radon .
Ulempen ved at bruge en åndedrætsværn som et middel til at vurdere luftforurening er, at det på grund af negative virkninger på trivsel og ydeevne ikke er ualmindeligt, at arbejdere fjerner deres masker, mens de er i en forurenet atmosfære. Dette kan føre til undervurderinger af luftforurening og arbejdstageres eksponering.
I USSR krævede standarden [28] kun at måle luftforurening i åndedrætszonen og gav en definition af dette udtryk, svarende til den amerikanske. Dette krav blev bibeholdt i den senere sovjetiske standard [29] (Begge dokumenter indeholder ingen henvisninger til andre dokumenter for at afgøre, hvad disse anbefalinger er baseret på. Men mange steder minder de meget om det amerikanske dokument, der blev brugt som grundlag for at udvikle krav til koncentrationsmålinger af inspektører og arbejdsgiverkrav i arbejdssikkerhedsstandarder for visse farlige stoffer i USA).
I nyere dokumenter [30] [31] , hvis anvendelse er obligatorisk (for at opnå et resultat, der kan bruges ved certificering af arbejdspladser, eller ved en særlig vurdering af arbejdsforhold), er der ikke en sådan entydighed, og der er ingen definition af begrebet "åndedrætszone". Dokumenterne gør det muligt at foretage målinger i luften af arbejdsområdet i en afstand fra arbejderen og bruge disse resultater til at bestemme fareklasserne og tilstedeværelsen af overskridelse af MAC.
1.8. For at kontrollere luften i arbejdsområdet udføres luftprøvetagning i arbejderens åndedrætszone eller med den nærmeste luftindtagsanordning ( i en højde af 1,5 m fra gulvet/arbejdsplatformen, når der arbejdes stående og 1 m, når der arbejdes stående og 1 m, når arbejder mens du sidder ). Hvis arbejdspladsen ikke er fast, foretages prøveudtagning på de punkter på arbejdsområdet , hvor medarbejderen er i vagten.
1.9. Prøveudtagningsudstyr kan placeres på faste punkter i arbejdsområdet (stationær metode) eller fastgøres direkte til arbejderens tøj (personlig overvågning). Den stationære prøveudtagningsmetode som den vigtigste bruges til at løse følgende problemer:
…
- Bestemmelse af overholdelse af de faktiske niveauer af skadelige stoffer med deres maksimalt tilladte koncentrationer, samt gennemsnitlige skift MPC'er - i tilfælde, hvor udførelsen af arbejdsoperationer af en medarbejder udføres (mindst 75 % af vagttiden) på en fast arbejdsplads.
Personlig overvågning af koncentrationer af skadelige stoffer i arbejdstagernes respiratoriske zone anbefales at blive brugt som den vigtigste til at bestemme overensstemmelsen af deres faktiske niveauer med gennemsnitlige skift MPC'er i tilfælde, hvor en medarbejders udførelse af arbejdsoperationer udføres på non- -faste arbejdspladser.
(Bilag 9 (obligatorisk) Generelle metodiske krav til organisering og overvågning af indholdet af skadelige stoffer i luften i arbejdsområdet [30]
Prøveudtagning udføres i indåndingszonen af en arbejdsluftindtagsanordning eller så tæt som muligt på den ( i en højde på 1,5 m fra gulvet på arbejdsplatformen, når du arbejder stående og 1,0 m, når du arbejder, mens du arbejder). — 4.2. Anbefalinger for valg af metode til luftprøvetagning under hensyntagen til forureningsstoffets hygiejnisk betydningsfulde egenskaber [31]
8.4.3. På arbejdspladser skal støvkoncentrationen måles i åndedrætszonen eller , hvis en sådan prøvetagning ikke er mulig, med luftindtagsanordningen så tæt som muligt på denne ( i en højde af 1,5 m fra gulvet ved stående arbejde og 1,0 m ved stående arbejde arbejder mens du sidder). [32]
Standarden [33] specificerer ganske enkelt ikke, hvilken prøveudtagningsmetode, der skal anvendes: "... prøver af støvpartikler ved hjælp af en personlig eller stationær prøveudtagningsanordning" (s. 5).
Luftprøvetagning er dog kun en del af måling af koncentrationen af skadelige stoffer i luften. Godkendte metoder til analyse af udvalgte prøver i USSR og Den Russiske Føderation kan indeholde et krav om at bruge sådant udstyr, der ikke kan bruges sammen med en personlig prøveudtagningspumpe, placere det på arbejderen (for eksempel skrøbelige glasbeholdere med reagensopløsninger, osv.) Derfor blev personlige prøveudtagere i USSR og Den Russiske Føderation brugt meget sjældnere end i Vesten, og dette kunne føre til en undervurdering af den målte koncentration af skadelige stoffer sammenlignet med den rigtige.
En potentiel undervurdering af den målte koncentration af skadelige stoffer i den indåndede luft i forhold til den virkelige kan føre til [34] :
Der er udviklet nye standarder vedrørende personlige prøveudtagere og deres anvendelse [36] .
Måling af koncentrationerne af skadelige stoffer i åndedrætszonen har stimuleret vestlige eksperter til at udvikle metoder til beskyttelse mod indånding af luftforurening, der ikke kræver et fald i koncentrationen af skadelige stoffer i hele rummet (når dette er umuligt eller vanskeligt at implementere) - luftbrusere [37] [38] [39] osv. P.
NIOSH personlig prøveudtager (bioaerosolkoncentrationsbestemmelse)
Adskilt cyklon ( bruges til at adskille store støvpartikler ved måling af koncentrationen af fint respirabelt støv )
Cyklon, fanger groft støv foran aerosolfilteret
Prøveudtagningspumpe kalibreringsanordning
Rør med sorbent til måling af gaskoncentration
Impinger (venstre) og bubbler (højre)
Aerosolfilterkassette, set fra siden af luftindtaget