Osobní vzorkovač vzduchu (personal sampler) je nositelné zařízení pro vzorkování vzduchu v dýchací zóně [1] pracující ve znečištěné atmosféře.
Vdechování škodlivých látek v jejich nadměrné koncentraci vytváří zvýšené riziko rozvoje nemocí z povolání (včetně těch nevyléčitelných a nevratných: pneumokoniózy - silikózy a antrakózy atd.). Pro správné posouzení koncentrace škodlivých látek v dýchací zóně je nutné provádět pravidelná a systematická měření. Výsledky četných studií však ukázaly, že jak okamžitá hodnota, tak průměrná hodnota posunu koncentrace škodlivých látek v dýchací zóně (v blízkosti obličeje) se může výrazně lišit od koncentrace ve vzdálenosti pouhých 2-3 metrů od pracovníka díky proměnlivosti koncentrace látek v prostoru. To podnítilo vývoj nestacionárního nositelného vybavení pro odběr vzorků vzduchu v dýchací zóně. Správné měření vdechovaného znečištění vzduchu umožňuje přesně určit, zda jsou překročeny hodnoty maximální přípustné koncentrace škodlivých látek ve vzduchu pracovního prostoru (MAC) , a pokud jsou překročeny, je to správné zvolit poměrně účinný prostředek osobní ochrany dýchacích cest (OOP).
Obecně se má za to, že v případech, kdy se vliv škodlivých látek na člověka při např. inhalaci dostane pod určitou „mezní“ hodnotu, je riziko vzniku nemoci z povolání zanedbatelné. Takové hodnoty koncentrace škodlivých látek v ovzduší v Ruské federaci (dříve v SSSR) se nazývají MAC , v USA - PEL ( OSHA ), REL ( NIOSH ), TWA (ACGIH); ve Velké Británii - OEL atd. Hodnoty jsou vědecky podložené studiemi případů otrav pracovníků, pokusy na lidech a zvířatech atd. a jsou stanoveny v národní legislativě upravující bezpečnost a ochranu zdraví při práci . Zaměstnavatel je povinen zajistit takové pracovní podmínky, při kterých koncentrace škodlivin nepřekročí MPCrz, což obnáší její měření (a není-li možné se překročení MPCrz vyhnout, je povinen zajistit zaměstnancům dostatečně účinnou osobní ochranu dýchacích cest zařízení v souladu se stanovenými požadavky na jejich výběr a použití ). Koncentrace škodlivých látek v ovzduší však může být prostorově (a v čase) proměnlivá a její měření by mělo být prováděno tak, aby to zohledňovalo. Měření koncentrace škodlivých látek ve vzduchu pracovní místnosti pomocí stacionárního zařízení může poskytnout výsledek, který se od skutečného liší několikanásobně.
V roce 1957 byly v jaderném centru AERE [2] v Harvelu ( Velká Británie ) vyrobeny první úspěšné modely osobních vzorkovačů s elektrickým čerpadlem a galvanickým zdrojem [3] [4] . Zařízení bylo umístěno v pouzdře od elektrosvítilny a jedna baterie stačila na týden práce (1 směna denně). Test tohoto zařízení objektivně ukázal, že průměrná koncentrace škodlivých látek v dýchací zóně pracovníka může být např. 41x vyšší než ve vzdálenosti 2-3 metry od ní (při použití stacionárního měřiče).
| + Poměr koncentrací radioaktivních částic: měřeno osobním vzorkovačem ke koncentraci naměřené stacionárním vzorkovačem ( střední hodnoty za 4 měsíce měření ), 1966 | Místo měření | Druh záření | Poměr koncentrací - střední hodnoty |
|---|---|---|---|
| Aktivní pracovní oblast | Alfa | 0,7
4.1 | |
| Oblast dekontaminace | Alfa | 2.7
41 |
Výsledky získané Robertem Sherwoodem v Harvelu podnítily vývoj a aplikaci takových zařízení a také studie, které porovnávaly výsledky měření stacionárních a osobních vzorkovačů. Dokument NIOSH [5] revidoval podobné studie, ve kterých byly koncentrace současně měřeny v dýchací zóně pomocí osobního vzorkovače a ve vzduchu pracovní zóny pomocí stacionárního vzorkovače. Ukázali, že:
Proto autoři dokumentu [5] , který nebyl právně závazný, doporučili, aby byla expozice pracovníků znečištění ovzduší měřena výhradně odběrem vzduchu v dýchací zóně. A to se v mnoha případech bez použití osobního vzorkovníku neobejde ( pokud zaměstnanec během práce cestuje na velké vzdálenosti apod. ). Doporučení tohoto dokumentu byla využita při zpracování norem pro ochranu práce při práci s nebezpečnými látkami, které jsou pro zaměstnavatele právně závazné ( olovo [6] , azbest [7] atd., jakož i pokyny pro inspektory bezpečnosti práce ( OSHA ) , který vyžaduje měření expozice pracovníků znečištění ovzduší pouze pomocí osobních vzorkovačů [8] .
Z přibližně 1,5 milionu měření provedených americkými inspektory bezpečnosti práce (OSHA) v období 1979–2013 bylo 78,4 % měření provedeno osobními vzorkovači [9] .
Existují různé způsoby, jak stanovit koncentraci prachu - usazování na filtru, následované vážením nebo vhodnou chemickou analýzou ; měření optických vlastností prašného vzduchu čerpaného přes detektor atd. [11] . K zachycení plynů lze využít čerpání znečištěného vzduchu přes sorbent nebo např. roztok chemické látky, která reaguje s plynnou škodlivinou (například formaldehydem [12] ). Osobní vzorkovače musí být lehké a nenápadné, takže je na ně použitelná pouze podmnožina dostupných metod pro stanovení koncentrace látek ve vzduchu.
Nejrozšířenější jsou odběrová zařízení, u kterých je znečištěný vzduch nucen pomocí čerpadla přečerpávat záchytným médiem k zachycení škodlivých látek. Běžně se používají čerpadla na baterie . Zařízení může mít jeden, dva nebo více kanálů, průtok vzduchu je obvykle nastavitelný a může dosáhnout 20 l / min. Pro správné určení koncentrace (poměru množství škodliviny k objemu vzduchu) je nutné přesně znát množství vzduchu přečerpaného záchytným médiem při měření. Průtok vzduchu vzorkovačem se může změnit např. zvýšením odporu aerosolového filtru (pokud je při měření znečištěn) a vybitím baterie. Proto se ve druhé polovině 20. století pokusili kalibrovat přístroje jak před začátkem měření, tak po měření a při provádění série po sobě jdoucích měření bylo možné provést kalibraci na začátku a na konci směny. . Pro měření průtoku vzduchu lze použít například bublinkové průtokoměry ( bublinový průtokoměr ). Později byly do čerpací jednotky zabudovány malé průtokoměry ( rotametry ), které umožňovaly sledovat udržování konstantního průtoku vzduchu přímo za provozu bez vypínání zařízení.
Záchytné médium mohlo být různé a záviselo na typu znečištění. K zachycení aerosolů lze použít aerosolové filtry a membrány. Při použití membrán lze pro určení tvaru a velikosti částic použít rastrovací elektronový mikroskop . Pokud má být provedena chemická analýza ke stanovení složení prachu, může být výsledek analýzy ovlivněn přítomností analytů v samotném materiálu filtru/membrány - kontaminace pozadím výroby. V takových případech lze analyzovat filtry, které nebyly vůbec použity, a naměřená průměrná kontaminace pozadí se odečte od hodnoty získané analýzou filtrů, na kterých se usadil prach [13] .
K určení distribuce velikosti aerosolových částic lze použít impaktory . V těchto zařízeních vzduch prochází tryskami různých průměrů (nejprve velkými, pak malými) a výsledné proudy narážejí na substrát. Čím větší je aerosolová částice a čím menší je průměr otvoru, tím větší jsou jeho inerciální vlastnosti a tím větší je pravděpodobnost kolize a usazení na substrátu. Porovnání obsahu prachu na substrátech po otvorech různých průměrů umožňuje odhadnout podíly prachu s různými rozsahy velikosti částic. Aby se zabránilo odskakování prachu od podkladu, lze na něj nanést „lepkavý“ nátěr. Pokud jsou částice velké a křehké, mohou se při nárazu zničit, což zkreslí výsledek měření.
Normy ochrany práce průmyslových zemí v mnoha případech omezují koncentraci nerozpustného prachu v ovzduší průmyslových podniků ne pro všechny částice, ale pouze pro malé částice (respirabilní frakce), které při vdechnutí mohou proniknout hluboko do plic a usadit se v alveoly , což způsobuje maximální poškození zdraví. K měření respirační koncentrace prachu lze použít předfiltry, které oddělují velké částice, například malé cyklony o průměru ~10 mm. Měření ukázala, že kolísání průtoku vzduchu [14] (při použití pístových odběrových čerpadel) může ovlivnit účinnost měření [15] .
K zachycení plynných kontaminantů lze použít trubici s aktivním uhlím , impinger, bubbler atd . Impinger je nádoba s tryskou namířenou na povrch lapače kapaliny. Při setkání proudu znečištěného vzduchu a speciální kapaliny může dojít k přenosu hmoty a měření množství znečišťujícího plynu v kapalině nebo množství speciálně vybraného chemického činidla (rozpuštěného v kapalině), které reagovalo se znečišťujícím plynem, umožňuje určit množství plynných škodlivých látek v čerpaném vzduchu.
Při zachycování bioaerosolů vznikají problémy podobné jako při zachycování pevných velkých křehkých částic: dopad na usazený povrch (pevný nebo kapalný) může zničit mikroorganismus nebo jej zabít, což snižuje kvalitu výsledků měření [16] .
Ve snaze snížit hmotnost, složitost a náklady na údržbu čerpacích vzorkovačů byly vyvinuty pasivní vzorkovače [17] . K jejich zachycení využívají difúzi molekul škodlivých plynů a nemají žádné pohyblivé části. S rozdílem v koncentraci molekul látky v prostoru se molekuly této látky v důsledku difúze začnou pohybovat ve směru klesající koncentrace. Pokud je záchytné médium (například aktivní uhlí) umístěno do znečištěné atmosféry, pak se koncentrace molekul v jeho blízkosti sníží a nové molekuly se začnou pohybovat směrem k záchytnému médiu. Pokud je toto médium v nádobě s otevřeným otvorem (například na dně válcové krabice s opačným koncem propustným pro plyn), pak znalost parametrů nádoby, rychlosti difúze a hmotnosti zachycených molekul ( po analýze záchytného média) je možné vypočítat odpovídající koncentraci před otvorem.
Strukturálně jsou takové vzorkovače extrémně jednoduché. Může to být malá lehká válcová krabička o průměru většinou větším než je výška, na jejímž dně je například aktivní uhlí. Nádoba se připevňuje v blízkosti límce pomocí například kolíčků na prádlo a nepřekáží při práci. Ve druhé polovině 20. století, před zahájením výroby a používání pasivních vzorkovačů, byli vyvinuti a používáni jejich předchůdci, indikátory koncentrace plynů. Mohou to být například speciálně upravené impregnované papírové listy, které měnily barvu, když impregnační chemikálie reagovala s plynnými nečistotami ve vzduchu. Indikátory byly připevněny k oděvu a usnadňovaly identifikaci případů nadměrného vystavení škodlivým plynům.
Přesnost měření pasivních vzorkovačů může být ovlivněna přítomností nebo nepřítomností pohybu okolního vzduchu, což ovlivňuje koncentraci plynu v blízkosti otvoru a (pokud není dobře navrženo) ovlivňuje pohyb molekul uvnitř zařízení. Předpokládá se, že přesnost měření čerpaných vzorkovačů je vyšší a inspektoři OSHA zatím nezačali používat pasivní vzorkovače při provádění kontrolních měření na pracovištích [8] .
V SSSR byly provedeny studie, které prokázaly možnost pasivního difúzního vzorkování pro stanovení znečištění vnitřního ovzduší [18] ; a v Ruské federaci byly vyvinuty požadavky na pasivní vzorkovače [19] [20] .
Výše popsaná zařízení umožňují stanovit koncentraci škodlivých látek, ale až po ukončení měření (po rozboru záchytného média). To ztěžuje rychlé posouzení pracovních podmínek a jejich nápravu v případě nadměrné expozice. Odborníci NIOSH proto pracovali na vytvoření osobního prachoměru pro horníky, schopného měřit hmotnostní koncentraci prachu v dýchací zóně [21] . V osobním prachovém monitoru (PDM) pro sběr prachu je vzduch čerpán přes citlivý prvek - válec s aerosolovým filtrem na konci. Jak se prach hromadí na filtru, mění se jeho hmotnost, což ovlivňuje vlastní frekvenci snímacího prvku. Přesné měření změny frekvence kmitů umožňuje určit hmotnost prachu, a vypočítat nejen aktuální hodnotu koncentrace, ale i „dávkovou“ koncentraci prachu od začátku směny. Pro snížení výskytu nevyléčitelné pneumokoniózy se plánuje použití zařízení ve velkém měřítku v amerických uhelných dolech [22] . Od února 2016 byly hodnoty MPC pro dýchatelný uhelný prach sníženy z 2 na 1,5 mg/m3 a zákon ukládá zaměstnavateli povinnost používat nová zařízení (náklady v roce 2016 cca 27 000 USD) na všech nejvíce prašných pracovištích [ 23] .
Nevýhodou zařízení je, že v zásadě neumožňuje určit chemické složení prachu ( podíl křemene ), alespoň v reálném čase. Pro stanovení vlivu křemene je nutné analyzovat zachycený prach a přepočítat výsledky měření.
Zařízení je integrováno do hornické helmy s svítilnou a podle samotných horníků je pohodlnější než běžný měřicí systém.
Mezi filtračními respirátory a osobními vzorkovači existují podobnosti:
Proto analýza množství škodlivé látky zadržené filtrem respirátoru (hmotnost prachu na filtru pevných částic [24] a množství plynu ve filtru plynové masky) umožňuje odhadnout množství škodlivé látky, které při práci bez osobních ochranných prostředků by se mohl dostat do dýchacího ústrojí. Mezi osobním vzorkovačem a respirátorem je podstatný rozdíl - první má konstantní průtok vzduchu a je měřitelný, což umožňuje určit průměrnou koncentraci pro měření; a druhý není konstantní a obvykle se neměří, což neumožňuje stanovení koncentrace. O riziku vzniku nemocí z povolání však často nerozhoduje ani tak koncentrace, jako spíše dávka, celkové množství škodlivých látek, které se do těla dostaly. A osobní vzorkovač dávku neměří – lze ji pouze zhruba vypočítat, pokud lze odhadnout příjem vzduchu pracovníka. V [25] bylo navrženo instalovat mezi filtr a masku průtokoměr, aby se tato nevýhoda odstranila.
Vážení dýchacího filtru je popsáno v [26] jako způsob stanovení prašnosti dýchacích orgánů horníků. Abychom (pokusili) zohlednit rozdíl mezi výsledky měření a skutečnými hodnotami, použili jsme informace o podílu doby, po kterou byl respirátor během práce používán.
V [27] bylo navrženo použít ke stanovení koncentrace radonu konvenční plynovou masku .
Nevýhodou použití respirátoru jako prostředku pro hodnocení znečištění ovzduší je to, že v důsledku nepříznivých účinků na pohodu a výkonnost není neobvyklé, že si pracovníci ve znečištěném ovzduší sundávají masky. To může vést k podcenění znečištění ovzduší a expozice pracovníků.
V SSSR norma [28] požadovala měřit znečištění ovzduší pouze v dýchací zóně a dávala definici tohoto pojmu, podobnou té americké. Tento požadavek byl zachován i v pozdější sovětské normě [29] (Oba dokumenty neobsahují žádné odkazy na jiné dokumenty, které by určovaly, z čeho tato doporučení vycházejí. Ale na mnoha místech jsou velmi podobné americkému dokumentu použitému jako základ pro vývoj požadavky na měření koncentrace inspektory a požadavky zaměstnavatelů na normy bezpečnosti práce pro určité nebezpečné látky ve Spojených státech amerických).
V novějších dokumentech [30] [31] , jejichž použití je povinné (pro získání výsledku využitelného při certifikaci pracovišť, popř. při zvláštním posuzování pracovních podmínek), taková jednoznačnost není a existuje žádná definice pojmu "dýchací zóna". Dokumenty umožňují provádět měření ve vzduchu pracovního prostoru ve vzdálenosti od pracovníka a používat tyto výsledky ke stanovení tříd nebezpečnosti a přítomnosti překročení MAC.
1.8. Pro kontrolu vzduchu v pracovním prostoru se odběry vzduchu provádějí v dýchací zóně pracovníka nebo pomocí zařízení pro nasávání vzduchu, které je k němu nejblíže ( ve výšce 1,5 m od podlahy / pracovní plošiny při práci ve stoje a 1 m při práci práce vsedě ). Není-li pracoviště trvalé, provádí se odběr vzorků v místech pracovního prostoru , kde se zaměstnanec nachází během směny.
1.9. Odběrová zařízení mohou být umístěna na pevných bodech v pracovní oblasti (stacionární metoda) nebo připevněna přímo k oděvu pracovníka (osobní sledování). Stacionární metoda vzorkování jako hlavní se používá k řešení následujících problémů:
…
- zjišťování souladu skutečných hladin škodlivých látek s jejich nejvyššími přípustnými koncentracemi, jakož i průměrnými MPC směny - v případech, kdy je výkon pracovních operací zaměstnancem (nejméně 75 % doby směny) prováděn v stálé pracoviště.
Osobní sledování koncentrací škodlivých látek v dýchací zóně pracovníků se doporučuje používat jako hlavní pro zjištění souladu jejich skutečných hodnot s průměrnými směnovými MPC v případech, kdy je provádění pracovních operací zaměstnancem prováděno v non - stálá pracoviště.
(Příloha 9 (Povinné) Obecné metodické požadavky na organizaci a sledování obsahu škodlivých látek v ovzduší pracovního prostoru [30]
Odběr vzorků se provádí v dýchací zóně zařízení pro sání pracovního vzduchu nebo co nejblíže k němu ( ve výšce 1,5 m od podlahy pracovní plošiny při práci vestoje a 1,0 m při práci vsedě). — 4.2. Doporučení pro volbu způsobu odběru vzorků vzduchu s přihlédnutím k hygienicky významným charakteristikám znečišťující látky [31]
8.4.3. Na pracovištích musí být koncentrace prachu měřena v dýchací zóně nebo , není-li takový odběr možný, s přívodem vzduchu co nejblíže k němu ( ve výšce 1,5 m od podlahy při práci ve stoje a 1,0 m při práci ve stoje ). práce vsedě). [32]
Norma [33] jednoduše nespecifikuje, jakou metodu odběru vzorků použít: „... prachové částice se odebírají pomocí osobního nebo stacionárního odběrového zařízení“ (str. 5).
Odběr vzorků vzduchu je však pouze součástí měření koncentrace škodlivých látek v ovzduší. Schválené metody pro analýzu vybraných vzorků v SSSR a Ruské federaci mohou obsahovat požadavek na použití takového zařízení, které nelze použít společně s osobním odběrovým čerpadlem, umístěním na pracovníka (například křehké skleněné nádoby s roztoky činidel, V SSSR a Ruské federaci se proto osobní vzorkovače používaly mnohem méně často než na Západě, což mohlo vést k podhodnocení naměřené koncentrace škodlivých látek oproti skutečné.
Případné podhodnocení naměřené koncentrace škodlivých látek ve vdechovaném vzduchu ve vztahu ke skutečné může vést k [34] :
Byly vyvinuty nové normy týkající se osobních vzorkovačů a jejich použití [36] .
Měření koncentrací škodlivých látek v dýchací zóně podnítilo západní odborníky k vývoji metod ochrany před vdechováním znečištění ovzduší, které nevyžadují snížení koncentrace škodlivých látek v celé místnosti (když je to nemožné nebo obtížné realizovat) - vzduchové sprchy [37] [38] [39] atd. P.
NIOSH osobní vzorkovač (stanovení koncentrace bioaerosolů)
Rozebraný cyklon ( používá se k oddělení velkých prachových částic při měření koncentrace jemného dýchatelného prachu )
Cyklon, zachycuje hrubý prach před aerosolovým filtrem
Kalibrační zařízení vzorkovacího čerpadla
Trubice se sorbentem pro měření koncentrace plynu
Impinger (vlevo) a bubbler (vpravo)
Aerosolová filtrační kazeta, pohled ze strany vstupu vzduchu