Personlig luftprovtagare (personlig provtagare) är en bärbar anordning för luftprovtagning i andningszonen [1] som arbetar i en förorenad atmosfär.
Inandning av skadliga ämnen i överdriven koncentration skapar en ökad risk för att utveckla yrkessjukdomar (inklusive obotliga och irreversibla sådana: pneumokonios - silikos och antrakos , etc.). För en korrekt bedömning av koncentrationen av skadliga ämnen i andningszonen är det nödvändigt att utföra regelbundna och systematiska mätningar. Resultaten av ett flertal studier har dock visat att både det momentana värdet och det genomsnittliga skiftvärdet för koncentrationen av skadliga ämnen i andningszonen (nära ansiktet) kan skilja sig väsentligt från koncentrationen på ett avstånd av endast 2-3 meter från arbetaren på grund av variationen i koncentrationen av ämnen i rymden. Detta ledde till utvecklingen av icke-stationär bärbar utrustning för luftprovtagning i andningszonen. Den korrekta mätningen av inandad luftförorening gör att du kan avgöra om värdena för den maximalt tillåtna koncentrationen av skadliga ämnen i luften i arbetsområdet (MAC) överskrids, och om de överskrids är det korrekt att välja ett ganska effektivt medel för personligt andningsskydd (PPE).
Det är allmänt accepterat att i de fall skadliga ämnens påverkan på en person vid till exempel inandning understiger ett visst ”gränsvärde” blir risken för att utveckla en arbetssjukdom försumbar. Sådana värden för koncentrationen av skadliga ämnen i luften i Ryska federationen (tidigare i Sovjetunionen) kallas MAC , i USA - PEL ( OSHA ), REL ( NIOSH ), TWA (ACGIH); i Storbritannien - OEL, etc. Värden är vetenskapligt underbyggda genom studier av fall av förgiftning av arbetare, experiment på människor och djur etc., och är fastställda i nationell lagstiftning som reglerar arbetarskydd och hälsa . Arbetsgivaren är skyldig att säkerställa sådana arbetsförhållanden under vilka koncentrationen av skadliga ämnen inte kommer att överstiga MPCrz, vilket innebär att man mäter den (och om det är omöjligt att undvika att överskrida MPCrz, är den skyldig att förse anställda med tillräckligt effektivt personligt andningsskydd utrustning i enlighet med de fastställda kraven för deras val och användning ). Men koncentrationen av skadliga ämnen i luften kan variera i rum och tid, och dess mätning bör utföras på ett sådant sätt att hänsyn tas till detta. Att mäta koncentrationen av skadliga ämnen i luften i ett arbetsrum med hjälp av stationär utrustning kan ge ett resultat som skiljer sig från den verkliga med flera gånger.
1957 gjordes de första framgångsrika modellerna av personliga provtagare med en elektrisk pump och en galvanisk kraftkälla [3] [4] vid kärnkraftscentret AERE [2] i Harvel ( Storbritannien ) . Enheten var inrymd i ett hölje från en elektrisk cykellampa, och ett batteri räckte för en veckas arbete (1 skift per dag). Testet av denna enhet visade objektivt att den genomsnittliga koncentrationen av skadliga ämnen i arbetarens andningszon kan vara till exempel 41 gånger högre än på ett avstånd av 2-3 meter från den (när man använder en stationär mätare).
| + Förhållandet mellan koncentrationerna av radioaktiva partiklar: uppmätt av en personlig provtagare till koncentrationen uppmätt av en stationär provtagare ( medelvärden för 4 månaders mätningar ), 1966 | Plats för mätningar | Typ av strålning | Koncentrationsförhållande - medelvärden |
|---|---|---|---|
| Aktivt arbetsområde | Alfa | 0,7
4.1 | |
| Område för dekontaminering | Alfa | 2.7
41 |
Resultaten som erhållits av Robert Sherwood vid Harvel stimulerade utvecklingen och tillämpningen av sådana anordningar, såväl som studier som jämförde resultaten av mätningar av stationära och personliga provtagare. NIOSH- dokumentet [5] granskade liknande studier där koncentrationer mättes samtidigt i andningszonen med en personlig provtagare och i luften i arbetszonen med en stationär provtagare. De visade att:
Därför rekommenderade författarna till dokumentet [5] , som inte var rättsligt bindande, att arbetarnas exponering för luftföroreningar mäts enbart genom luftprovtagning i andningszonen. Och i många fall är detta omöjligt utan användning av en personlig provtagare ( om en anställd reser långa sträckor under arbetet, etc. ). Rekommendationerna i detta dokument användes vid utvecklingen av standarder för arbetarskydd vid arbete med farliga ämnen, vilka är juridiskt bindande för arbetsgivaren ( bly [6] , asbest [7] etc., samt instruktioner för arbetarskyddsinspektörer ( OSHA ) , som kräver att endast mäta arbetstagares exponering för luftföroreningar med personliga provtagare [8] .
Av de ~1,5 miljoner mätningar som gjorts av amerikanska arbetarskyddsinspektörer (OSHA) under perioden 1979-2013, gjordes 78,4% av mätningarna av personliga provtagare [9] .
Det finns olika sätt att bestämma koncentrationen av dammavlagring på filtret, följt av vägning eller lämplig kemisk analys ; mätning av de optiska egenskaperna hos dammig luft som pumpas genom detektorn, etc. [11] . För att fånga upp gaser kan man använda pumpning av förorenad luft genom ett sorbent eller till exempel en lösning av ett kemiskt ämne som reagerar med en gasformig förorening (till exempel formaldehyd [12] ). Personliga provtagare måste vara lätta och diskreta, så endast en delmängd av tillgängliga metoder för att bestämma koncentrationen av ämnen i luft är tillämpliga på dem.
De mest utbredda är provtagningsanordningar, där förorenad luft tvingas pumpas genom fångstmediet med hjälp av en pump för att fånga in skadliga ämnen. Batteridrivna pumpar används ofta . Enheten kan ha en, två eller flera kanaler, luftflödet är vanligtvis justerbart och kan nå 20 l/min. För att korrekt bestämma koncentrationen (förhållandet mellan mängden av ett skadligt ämne och luftvolymen) är det nödvändigt att veta exakt hur mycket luft som pumpas genom fångstmediet under mätningen. Luftflödet genom provtagaren kan förändras på grund av till exempel en ökning av motståndet i aerosolfiltret (om det är förorenat under mätningar) och batteriurladdning. Därför försökte man under 1900-talets andra hälft kalibrera instrument både före mätstart och efter mätning, och när man genomförde en serie på varandra följande mätningar kunde kalibrering utföras i början och i slutet av skiftet. . För att mäta luftflödet kan till exempel bubbelflödesmätare ( bubbelflödesmätare ) användas. Senare byggdes små flödesmätare ( rotametrar ) in i pumpenheten, vilket gjorde det möjligt att övervaka upprätthållandet av ett konstant luftflöde direkt under drift utan att stänga av enheten.
Fångstmediet kan vara olika och bero på typen av förorening. Aerosolfilter och membran kan användas för att fånga upp aerosoler. Vid användning av membran kan ett svepelektronmikroskop användas för att bestämma formen och storleken på partiklarna. Om en kemisk analys ska göras för att bestämma dammets sammansättning kan analysresultatet påverkas av förekomsten av analyter i själva filter-/membranmaterialet - tillverkning av bakgrundskontamination. I sådana fall kan filter som inte har använts alls analyseras och den uppmätta genomsnittliga bakgrundskontaminationen subtraheras från värdet som erhålls från analysen av filter på vilka damm har lagt sig [13] .
Impaktorer kan användas för att bestämma storleksfördelningen av aerosolpartiklar . I dessa anordningar passerar luft genom munstycken med olika diametrar (först genom stora, sedan genom små), och de resulterande strålarna kolliderar med substratet. Ju större aerosolpartikeln är och ju mindre håldiametern är, desto större är dess tröghetsegenskaper och desto större är sannolikheten för kollision och avsättning på substratet. Jämförelse av dammhalten på substrat efter hål med olika diametrar gör det möjligt att uppskatta dammfraktionerna med olika partikelstorleksintervall. För att förhindra att damm studsar av underlaget kan en "klibbig" beläggning appliceras på det. Om partiklarna är stora och ömtåliga kan de förstöras vid stöten, vilket förvränger mätresultatet.
Arbetsskyddsstandarder i industriländerna begränsar i många fall koncentrationen av olösligt damm i luften i industriföretag, inte för alla partiklar, utan endast för små partiklar (respirabel fraktion), som vid inandning kan tränga djupt ner i lungorna och sedimentera i alveolerna , vilket orsakar maximal skada på hälsan . För att mäta luftvägskoncentrationen av damm kan förfilter användas som separerar stora partiklar, till exempel små cykloner med en diameter på ~10 mm. Mätningar har visat att fluktuationer i luftflödet [14] (vid användning av kolvprovtagningspumpar) kan påverka mätningarnas effektivitet [15] .
Ett rör med aktivt kol , impinger, bubbler , etc. kan användas för att fånga upp gasformiga föroreningar En impinger är ett kärl med ett munstycke riktat mot ytan av fångstvätskan. När en stråle av förorenad luft och en speciell vätska möts kan massöverföring ske , och mätning av mängden förorenande gas i vätskan, eller mängden av ett speciellt utvalt kemiskt reagens (upplöst i vätskan) som reagerade med den förorenande gasen, låter dig bestämma mängden gasformiga skadliga ämnen i den pumpade luften.
Vid infångning av bioaerosoler uppstår problem liknande dem vid infångning av fasta stora ömtåliga partiklar: stötar med en avlagringsyta (fast eller flytande) kan förstöra mikroorganismen eller döda den, vilket minskar kvaliteten på mätresultaten [16] .
I ett försök att minska vikten, komplexiteten och underhållskostnaderna för pumpprovtagare har passiva provtagare utvecklats [17] . De använder diffusion av skadliga gasmolekyler för att fånga de senare och har inga rörliga delar. Med en skillnad i koncentrationen av molekyler av ett ämne i rymden, kommer molekylerna av det senare, på grund av diffusion, att börja röra sig i riktning mot minskande koncentration. Om ett fångstmedium (till exempel aktivt kol) placeras i en förorenad atmosfär, kommer koncentrationen av molekyler nära det att minska, och nya molekyler kommer att börja röra sig mot fångstmediet. Om detta medium är i en behållare med ett öppet hål (till exempel i botten av en cylindrisk låda med en gasgenomsläpplig motsatt ände), då vet du parametrarna för behållaren, diffusionshastigheten och massan av fångade molekyler ( efter att ha analyserat fångstmediet) är det möjligt att beräkna motsvarande koncentration framför hålet.
Strukturellt är sådana provtagare extremt enkla. Det kan vara en liten lätt cylindrisk låda med en diameter som vanligtvis är större än höjden, i botten på vilken finns till exempel aktivt kol. Behållaren fästs nära kragen med till exempel klädnypor och stör inte arbetet. Under andra hälften av 1900-talet, innan produktionen och användningen av passiva provtagare började, utvecklades och användes deras föregångare, gaskoncentrationsindikatorer. Det kan till exempel vara specialpreparerade impregnerade pappersark som ändrade färg när impregneringskemikalien reagerade med luftburna föroreningar i gasform. Indikatorer fästes på kläder och gjorde det enkelt att identifiera fall av överdriven exponering för skadliga gaser.
Mätnoggrannheten hos passiva provtagare kan påverkas av närvaron eller frånvaron av omgivande luftrörelse, påverka gaskoncentrationen nära mynningen och (om den inte är väl utformad) påverka rörelsen av molekyler i enheten. Man tror att mätnoggrannheten hos pumpade provtagare är högre, och OSHA-inspektörer har ännu inte börjat använda passiva provtagare när de utför inspektionsmätningar på arbetsplatser [8] .
I Sovjetunionen genomfördes studier som visade på möjligheten av passiv diffusionsprovtagning för att fastställa luftföroreningar inomhus [18] ; och i Ryska federationen har krav på passiva provtagare utvecklats [19] [20] .
De anordningar som beskrivs ovan gör det möjligt att bestämma koncentrationen av skadliga ämnen, men först efter slutet av mätningen (efter analys av fångstmediet). Detta gör det svårt att snabbt bedöma arbetsförhållandena och korrigera dem vid överdriven exponering. Därför har NIOSH- experter arbetat med att skapa en personlig dammmätare för gruvarbetare, som kan mäta masskoncentrationen av damm i andningszonen [21] . I en personlig dammmonitor (PDM) för dammuppsamling pumpas luft genom ett känsligt element - en cylinder med ett aerosolfilter i änden. När damm samlas på filtret ändras dess massa, vilket påverkar avkänningselementets naturliga frekvens. Noggrann mätning av förändringen i frekvensen av svängningar gör att du kan bestämma massan av damm och beräkna inte bara det aktuella värdet av koncentrationen, utan också "dos" koncentrationen av damm från början av skiftet. För att minska förekomsten av obotlig pneumokonios är det planerat att använda enheten i stor skala i amerikanska kolgruvor [22] . Sedan februari 2016 har MPC-värdena för respirabelt koldamm sänkts från 2 till 1,5 mg/m3, och lagen ålägger arbetsgivaren att använda nya enheter (kostnaden 2016 är cirka 27 000 USD) på alla de dammigaste arbetsplatserna [ 23] .
Nackdelen med enheten är att den i princip inte tillåter att bestämma den kemiska sammansättningen av damm ( andelen kvarts ), åtminstone i realtid. För att bestämma påverkan av kvarts är det nödvändigt att analysera det uppsamlade dammet och räkna om mätresultaten.
Enheten är integrerad i en gruvarbetares hjälm med en lampa, och enligt gruvarbetarna själva är det bekvämare än ett standardmätningssystem.
Det finns likheter mellan filtrerande andningsskydd och personliga provtagare:
Därför gör analysen av mängden skadligt ämne som kvarhålls av respiratorfiltret (massan av damm på partikelfiltret [24] och mängden gas i gasmaskfiltret) det möjligt att uppskatta mängden av det skadliga ämnet som kan komma in i andningsorganen under arbete utan personlig skyddsutrustning. Det finns en betydande skillnad mellan en personlig provtagare och en respirator - den första har ett konstant luftflöde och är mätbar, vilket gör det möjligt att bestämma den genomsnittliga koncentrationen för mätningen; och den andra är inte konstant och mäts vanligtvis inte, vilket inte tillåter bestämning av koncentrationen. Men risken för att utveckla yrkessjukdomar bestäms ofta inte så mycket av koncentrationen som av dosen, den totala mängden skadliga ämnen som har kommit in i kroppen. Och en personlig provtagare mäter inte dosen – den kan bara beräknas grovt om arbetarens luftintag kan uppskattas. I [25] föreslogs det att installera en flödesmätare mellan filtret och masken för att eliminera denna nackdel.
Vägning av respiratorfilter beskrivs i [26] som ett sätt att bestämma dammbelastningen på gruvarbetarnas andningsorgan. För att (försöka) ta hänsyn till skillnaden mellan mätresultaten och de verkliga värdena använde vi information om hur lång tid respiratorn användes under arbetet.
I [27] föreslogs det att använda en konventionell gasmask för att bestämma koncentrationen av radon .
Nackdelen med att använda andningsskydd som ett sätt att bedöma luftföroreningar är att det, på grund av negativa effekter på välbefinnande och prestanda, inte är ovanligt att arbetare tar av sig sina masker när de befinner sig i en förorenad atmosfär. Detta kan leda till underskattningar av luftföroreningar och arbetarexponeringar.
I Sovjetunionen, standarden [28] som krävs för att mäta luftföroreningar endast i andningszonen, och gav en definition av denna term, liknande den amerikanska. Detta krav behölls i den senare sovjetiska standarden [29] (Båda dokumenten innehåller inga hänvisningar till andra dokument för att avgöra vad dessa rekommendationer bygger på. Men på många ställen liknar de mycket det amerikanska dokument som användes som grund för att utveckla krav på koncentrationsmätningar av inspektörer och arbetsgivarkrav i arbetssäkerhetsstandarder för vissa farliga ämnen i USA).
I nyare dokument [30] [31] , vars användning är obligatorisk (för att erhålla ett resultat som kan användas vid certifiering av arbetsplatser, eller vid en särskild bedömning av arbetsförhållanden), finns ingen sådan entydighet, och det finns ingen definition av begreppet "andningszon". Dokumenten gör det möjligt att göra mätningar i luften i arbetsområdet på avstånd från arbetaren och använda dessa resultat för att bestämma faroklasserna och förekomsten av överskridande av MAC.
1.8. För att kontrollera luften i arbetsområdet utförs luftprovtagning i arbetarens andningszon eller med den närmaste luftintagsanordningen till den ( på en höjd av 1,5 m från golvet/arbetsplattformen när man arbetar stående och 1 m när man arbetar stående. arbetar sittande ). Om arbetsplatsen inte är fast, görs provtagning på de punkter på arbetsområdet , där den anställde befinner sig under skiftet.
1.9. Provtagningsanordningar kan placeras på fasta punkter i arbetsområdet (stationär metod) eller fästas direkt på arbetarens kläder (personlig övervakning). Den stationära provtagningsmetoden som den huvudsakliga används för att lösa följande problem:
…
- fastställande av överensstämmelse med de faktiska nivåerna av skadliga ämnen med deras maximalt tillåtna koncentrationer, såväl som genomsnittliga skift-MPCs - i de fall då en anställds arbete utförs (minst 75 % av skifttiden) vid en fast arbetsplats.
Personlig övervakning av koncentrationer av skadliga ämnen i arbetstagarnas andningszon rekommenderas att användas som den huvudsakliga övervakningen för att bestämma överensstämmelsen med deras faktiska nivåer med genomsnittliga skift-MPC i de fall där en anställds arbete utförs vid icke -fasta arbetsplatser.
(Bilaga 9 (obligatorisk) Allmänna metodkrav för att organisera och övervaka innehållet av skadliga ämnen i luften i arbetsområdet [30]
Provtagningen utförs i andningszonen för en arbetsluftintagsanordning eller så nära den som möjligt ( på en höjd av 1,5 m från golvet på arbetsplattformen när man arbetar stående och 1,0 m när man arbetar sittande). — 4.2. Rekommendationer för att välja metod för luftprovtagning med hänsyn till föroreningens hygieniskt signifikanta egenskaper [31]
8.4.3. På arbetsplatser ska dammkoncentrationen mätas i andningszonen eller , om sådan provtagning inte är möjlig, med luftintagsanordningen så nära som möjligt ( på en höjd av 1,5 m från golvet vid stående arbete och 1,0 m vid stående arbete. arbetar sittande). [32]
Standarden [33] specificerar helt enkelt inte vilken provtagningsmetod som ska användas: "... dammpartiklar provtas med hjälp av en personlig eller stationär provtagningsanordning" (s. 5).
Luftprovtagning är dock bara en del av att mäta koncentrationen av skadliga ämnen i luften. Godkända metoder för analys av utvalda prover i Sovjetunionen och Ryska federationen kan innehålla ett krav på att använda sådan utrustning som inte kan användas tillsammans med en personlig provtagningspump, placera den på arbetaren (till exempel ömtåliga glaskärl med reagenslösningar, etc.) Därför användes personliga provtagare i Sovjetunionen och Ryska federationen mycket mindre frekvent än i väst, och detta kan leda till en underskattning av den uppmätta koncentrationen av skadliga ämnen jämfört med den verkliga.
En potentiell underskattning av den uppmätta koncentrationen av skadliga ämnen i inandningsluften i förhållande till den verkliga kan leda till [34] :
Nya standarder har utvecklats för personliga provtagare och deras användning [36] .
Att mäta koncentrationerna av skadliga ämnen i andningszonen har stimulerat västerländska experter att utveckla metoder för skydd mot inandning av luftföroreningar som inte kräver en minskning av koncentrationen av skadliga ämnen i hela rummet (när detta är omöjligt eller svårt att genomföra) - luftduschar [37] [38] [39] , etc. P.
NIOSH personlig provtagare (bioaerosolkoncentrationsbestämning)
Demonterad cyklon ( används för att separera stora dammpartiklar vid mätning av koncentrationen av fint respirabelt damm )
Cyklon, fångar upp grovt damm framför aerosolfiltret
Provtagningspumpens kalibreringsanordning
Rör med sorbent för mätning av gaskoncentration
Impinger (vänster) och bubbler (höger)
Aerosolfilterkassett, vy från sidan av luftintaget