Prelevatorul de eșantionare personal de aer (prelevator personal) este un dispozitiv purtabil pentru prelevarea de probe de aer în zona de respirație [1] care funcționează într-o atmosferă poluată.
Inhalarea substanțelor nocive la concentrația excesivă a acestora creează un risc crescut de apariție a bolilor profesionale (inclusiv a celor incurabile și ireversibile: pneumoconioză - silicoză și antracoză etc.). Pentru o evaluare corectă a concentrației de substanțe nocive în zona de respirație, este necesar să se efectueze măsurători regulate și sistematice. Cu toate acestea, rezultatele a numeroase studii au arătat că atât valoarea instantanee, cât și valoarea medie de schimbare a concentrației de substanțe nocive în zona de respirație (în apropierea feței) pot diferi semnificativ de concentrația la o distanță de numai 2-3 metri de muncitorul datorită variabilităţii concentraţiei substanţelor în spaţiu. Acest lucru a determinat dezvoltarea echipamentelor purtatoare nestaționare pentru prelevarea de probe de aer în zona de respirație. Măsurarea corectă a poluării aerului inhalat vă permite să determinați cu exactitate dacă valorile concentrației maxime admise de substanțe nocive în aerul zonei de lucru (MAC) sunt depășite și, dacă sunt depășite, este corect. să aleagă un mijloc de protecție personală respiratorie (EIP) destul de eficient .
Este general acceptat că, în cazurile în care impactul substanțelor nocive asupra unei persoane în timpul, de exemplu, inhalării, devine sub o anumită valoare „limită”, riscul de a dezvolta o boală profesională devine neglijabil. Astfel de valori ale concentrației de substanțe nocive în aer în Federația Rusă (fostă în URSS) se numesc MAC , în SUA - PEL ( OSHA ), REL ( NIOSH ), TWA (ACGIH); în Marea Britanie - OEL etc. Valorile sunt fundamentate științific prin studii ale cazurilor de otrăvire a lucrătorilor, experimente pe oameni și animale etc. și sunt stabilite în legislația națională care reglementează securitatea și sănătatea în muncă . Angajatorul este obligat să asigure astfel de condiții de muncă în care concentrația de substanțe nocive să nu depășească MPCrz, ceea ce presupune măsurarea acestuia (și dacă este imposibil să se evite depășirea MPCrz, este obligat să asigure angajaților protecție respiratorie personală suficient de eficientă). echipamente în conformitate cu cerințele stabilite pentru selecția și utilizarea lor ). Dar concentrația de substanțe nocive în aer poate fi variabilă în spațiu (și în timp), iar măsurarea acesteia ar trebui efectuată în așa fel încât să țină cont de acest lucru. Măsurarea concentrației de substanțe nocive în aerul unei încăperi de lucru cu ajutorul echipamentelor staționare poate da un rezultat care diferă de mai multe ori de cel real.
În 1957, la centrul nuclear AERE [2] din Harvel ( Marea Britanie ) au fost realizate primele modele de succes de probe personale cu pompă electrică și sursă galvanică [3] [4] . Aparatul a fost găzduit într-o carcasă dintr-o lumină de bicicletă electrică, iar o baterie era suficientă pentru o săptămână de muncă (1 schimb pe zi). Testarea acestui dispozitiv a arătat în mod obiectiv că concentrația medie de substanțe nocive în zona de respirație a lucrătorului poate fi, de exemplu, de 41 de ori mai mare decât la o distanță de 2-3 metri de acesta (când se folosește un contor staționar).
| + Raportul dintre concentrațiile de particule radioactive: măsurat de un prelevator personal la concentrația măsurată de un prelevator staționar ( valori medii pentru 4 luni de măsurători ), 1966 | Locul măsurătorilor | Tip de radiație | Raportul concentrației – valori medii |
|---|---|---|---|
| Zona de lucru activă | Alfa | 0,7
4.1 | |
| Zona de decontaminare | Alfa | 2.7
41 |
Rezultatele obținute de Robert Sherwood la Harvel au stimulat dezvoltarea și aplicarea unor astfel de dispozitive, precum și studii care au comparat rezultatele măsurătorilor de eșantionare staționare și personale. Documentul NIOSH [5] a analizat studii similare în care concentrațiile au fost măsurate simultan în zona de respirație cu un prelevator personal și în aerul zonei de lucru cu un prelevator staționar. Ei au arătat că:
Prin urmare, autorii documentului [5] , care nu era obligatoriu din punct de vedere juridic, au recomandat ca expunerea lucrătorilor la poluarea aerului să fie măsurată exclusiv prin prelevarea de probe de aer din zona de respirație. Și, în multe cazuri, acest lucru este imposibil fără utilizarea unui prelevator personal ( dacă un angajat parcurge distanțe lungi în timpul muncii etc. ). Recomandările acestui document au fost utilizate în elaborarea standardelor de protecție a muncii atunci când se lucrează cu substanțe periculoase, care sunt obligatorii din punct de vedere juridic pentru angajator ( plumb [6] , azbest [7] , etc., precum și instrucțiuni pentru inspectorii de securitate a muncii ( OSHA ) , care impune măsurarea expunerii lucrătorilor la poluarea aerului numai cu probe personale [8] .
Din cele ~1,5 milioane de măsurători efectuate de inspectorii de securitate ocupațională (OSHA) din SUA în perioada 1979-2013, 78,4% dintre măsurători au fost efectuate de eșantionare personale [9] .
Există diferite moduri de a determina concentrația de depunere de praf pe filtru, urmate de cântărire sau analiză chimică adecvată ; măsurarea proprietăților optice ale aerului prăfuit pompat prin detector etc. [11] . Pentru captarea gazelor, se poate folosi pomparea aerului poluat printr-un sorbent sau, de exemplu, o soluție dintr-o substanță chimică care reacționează cu un poluant gazos (de exemplu, formaldehida [12] ). Prelevatoarele personale trebuie să fie ușoare și discrete, astfel încât li se aplică doar un subset de metode disponibile pentru determinarea concentrației de substanțe în aer.
Cele mai răspândite sunt dispozitivele de prelevare de probe, în care aerul poluat este forțat să fie pompat prin mediul de captare cu ajutorul unei pompe pentru a capta substanțele nocive. Pompele alimentate cu baterii sunt utilizate în mod obișnuit . Aparatul poate avea unul, două sau mai multe canale, debitul de aer este de obicei reglabil și poate ajunge la 20 l/min. Pentru a determina corect concentrația (raportul dintre cantitatea de substanță nocivă și volumul de aer), este necesar să se cunoască exact cantitatea de aer pompată prin mediul de captare în timpul măsurării. Fluxul de aer prin prelevator se poate modifica din cauza, de exemplu, unei creșteri a rezistenței filtrului de aerosoli (dacă este contaminat în timpul măsurătorilor) și a descărcării bateriei. Prin urmare, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, au încercat să calibreze instrumentele atât înainte de începerea măsurării, cât și după măsurare, iar la efectuarea unei serii de măsurători succesive, calibrarea putea fi efectuată la începutul și la sfârșitul schimbului. . Pentru a măsura debitul de aer , de exemplu, ar putea fi utilizate debitmetre cu bule (debitmetru cu bule ). Mai târziu, în unitatea de pompare au fost încorporate debitmetre mici ( rotametre ), ceea ce a făcut posibilă monitorizarea menținerii unui debit constant de aer direct în timpul funcționării, fără a opri dispozitivul.
Mediul de captare poate fi diferit și depinde de tipul de poluare. Filtrele și membranele de aerosoli pot fi folosite pentru a capta aerosolii. Când se utilizează membrane, se poate folosi un microscop electronic cu scanare pentru a determina forma și dimensiunea particulelor. Dacă urmează să se efectueze o analiză chimică pentru a determina compoziția prafului, rezultatul analizei poate fi afectat de prezența analiților în materialul filtrului/membrană în sine - contaminarea de fundal de fabricație. În astfel de cazuri pot fi analizate filtre care nu au fost deloc folosite, iar contaminarea medie de fond măsurată este scăzută din valoarea obținută din analiza filtrelor pe care s-a depus praful [13] .
Impactorii pot fi utilizați pentru a determina distribuția dimensiunilor particulelor de aerosoli . În aceste dispozitive, aerul trece prin duze de diferite diametre (întâi prin cele mari, apoi prin cele mici), iar jeturile rezultate se ciocnesc cu substratul. Cu cât particulele de aerosol sunt mai mari și cu cât diametrul găurii este mai mic, cu atât sunt mai mari proprietățile sale inerțiale și cu atât este mai mare probabilitatea de a se ciocni și de a așeza pe substrat. Compararea conținutului de praf de pe substraturi după găuri de diferite diametre face posibilă estimarea fracțiilor de praf cu diferite dimensiuni ale particulelor. Pentru a preveni praful să sară de pe substrat, se poate aplica pe acesta o acoperire „lipicioasă”. Dacă particulele sunt mari și fragile, ele pot fi distruse la impact, ceea ce distorsionează rezultatul măsurării.
Standardele de protecție a muncii din țările industrializate limitează în multe cazuri concentrația de praf insolubil în aerul întreprinderilor industriale nu pentru toate particulele, ci numai pentru particulele mici (fracția respirabilă), care, atunci când sunt inhalate, pot pătrunde adânc în plămâni și se pot instala în alveolele , dăunând maxim sănătăţii . Pentru a măsura concentrația respiratorie a prafului, pot fi utilizate prefiltre care separă particulele mari, de exemplu, cicloni mici cu un diametru de ~10 mm. Măsurătorile au arătat că fluctuațiile debitului de aer [14] (când se folosesc pompe de prelevare cu piston) pot afecta eficiența măsurătorilor [15] .
Pentru a capta contaminanții gazoși se pot folosi un tub de cărbune activat , un impinger, un barbotator etc .. Un impinger este un vas cu o duză îndreptată spre suprafața lichidului de captare. Atunci când un jet de aer poluat și un lichid special se întâlnesc, poate avea loc transferul de masă , iar măsurarea cantității de gaz poluant din lichid sau a cantității de reactiv chimic special selectat (dizolvat în lichid) care a reacționat cu gazul poluant, vă permite să determinați cantitatea de substanțe nocive gazoase din aerul pompat.
La captarea bioaerosolilor apar probleme similare cu cele în capturarea particulelor solide mari fragile: impactul cu o suprafață de depunere (solidă sau lichidă) poate distruge microorganismul sau îl poate ucide, ceea ce scade calitatea rezultatelor măsurătorilor [16] .
În încercarea de a reduce greutatea, complexitatea și costurile de întreținere ale eșantionarelor cu pompe, au fost dezvoltate probe pasive [17] . Ei folosesc difuzia moleculelor de gaz dăunător pentru a le prinde pe acestea din urmă și nu au părți mobile. Cu o diferență în concentrația moleculelor unei substanțe în spațiu, moleculele acesteia din urmă, datorită difuziei, vor începe să se miște în direcția scăderii concentrației. Dacă un mediu de captare (de exemplu, cărbune activ) este plasat într-o atmosferă poluată, atunci concentrația de molecule din apropierea acestuia va fi redusă și noi molecule vor începe să se deplaseze către mediul de captare. Dacă acest mediu se află într-un recipient cu o gaură deschisă (de exemplu, în partea de jos a unei cutii cilindrice cu un capăt opus permeabil la gaz), atunci cunoașterea parametrilor recipientului, viteza de difuzie și masa moleculelor prinse ( după analiza mediului de captare), este posibil să se calculeze concentrația corespunzătoare în fața găurii.
Din punct de vedere structural, astfel de probe sunt extrem de simple. Poate fi o cutie cilindrică ușoară mică, cu un diametru care este de obicei mai mare decât înălțimea, la baza căreia se află, de exemplu, cărbune activ. Containerul este atașat lângă guler folosind, de exemplu, agrafe de rufe și nu interferează cu munca. În a doua jumătate a secolului al XX-lea, înainte de începerea producției și a utilizării probelor pasive, au fost dezvoltați și utilizați predecesorii acestora, indicatorii de concentrație a gazelor. Acestea ar putea fi, de exemplu, foi de hârtie impregnată special pregătite, care și-au schimbat culoarea pe măsură ce substanța chimică de impregnare a reacționat cu contaminanții gazoși din aer. Indicatorii au fost atașați la îmbrăcăminte și au facilitat identificarea cazurilor de expunere excesivă la gaze nocive.
Precizia măsurării probelor pasive poate fi afectată de prezența sau absența mișcării aerului înconjurător, afectând concentrația de gaz în apropierea orificiului și (dacă nu este bine proiectată) afectând mișcarea moleculelor în interiorul dispozitivului. Se crede că precizia de măsurare a probelor pompate este mai mare, iar inspectorii OSHA nu au început încă să folosească probe pasive atunci când efectuează măsurători de inspecție la locurile de muncă [8] .
În URSS s-au efectuat studii care au arătat posibilitatea prelevării de probe prin difuzie pasivă pentru a determina poluarea aerului din interior [18] ; iar în Federația Rusă au fost dezvoltate cerințe pentru eșantionarele pasive [19] [20] .
Dispozitivele descrise mai sus permit determinarea concentrației de substanțe nocive, dar numai după terminarea măsurării (după analiza mediului de captare). Acest lucru face dificilă evaluarea rapidă a condițiilor de lucru și corectarea acestora în caz de expunere excesivă. Prin urmare, experții NIOSH au lucrat la crearea unui contor personal de praf pentru mineri, capabil să măsoare concentrația în masă a prafului în zona de respirație [21] . Într -un monitor personal de praf (PDM) pentru colectarea prafului, aerul este pompat printr-un element sensibil - un cilindru cu un filtru de aerosoli la capăt. Pe măsură ce praful se acumulează pe filtru, masa acestuia se modifică, ceea ce afectează frecvența naturală a elementului de detectare. Măsurarea precisă a modificării frecvenței oscilațiilor vă permite să determinați masa prafului și să calculați nu numai valoarea curentă a concentrației, ci și concentrația „dozei” de praf de la începutul schimbului. Pentru a reduce incidența pneumoconiozei incurabile, este planificată utilizarea dispozitivului pe scară largă în minele de cărbune din SUA [22] . Din februarie 2016, valorile MPC pentru praful de cărbune respirabil au fost reduse de la 2 la 1,5 mg/m3, iar legea obligă angajatorul să folosească dispozitive noi (costul în 2016 este de aproximativ 27.000 USD) în toate locurile de muncă cele mai prăfuite . 23] .
Dezavantajul dispozitivului este că, în principiu, nu permite determinarea compoziției chimice a prafului ( proporția de cuarț ), cel puțin în timp real. Pentru a determina impactul cuarțului, este necesar să se analizeze praful colectat și să se recalculeze rezultatele măsurătorilor.
Dispozitivul este integrat într-o cască de miner cu o lampă și, potrivit minerii înșiși, este mai convenabil decât un sistem de măsurare standard.
Există asemănări între respiratoarele cu filtrare și mostrele personale:
Prin urmare, analiza cantității de substanță nocivă reținută de filtrul respirator (masa de praf de pe filtrul de particule [24] și cantitatea de gaz din filtrul mască de gaz) face posibilă estimarea cantității de substanță nocivă care ar putea pătrunde în sistemul respirator în timpul lucrului fără echipament individual de protecție. Există o diferență semnificativă între un prelevator personal și un respirator - primul are un flux de aer constant și este măsurabil, ceea ce face posibilă determinarea concentrației medii pentru măsurare; iar al doilea nu este constant și de obicei nu este măsurat, ceea ce nu permite determinarea concentrației. Cu toate acestea, riscul de a dezvolta boli profesionale este adesea determinat nu atât de concentrație, cât de doză, de cantitatea totală de substanțe nocive care au pătruns în organism. Iar un prelevator personal nu măsoară doza – aceasta poate fi calculată doar dacă aportul de aer al lucrătorului poate fi estimat. În [25] s-a propus instalarea unui debitmetru între filtru și mască pentru a elimina acest dezavantaj.
Cântărirea filtrului respirator este descrisă în [26] ca o modalitate de a determina sarcina de praf pe organele respiratorii ale minerilor. Pentru a (încerca) să ținem cont de diferența dintre rezultatele măsurătorilor și valorile reale, am folosit informații despre proporția de timp în care a fost folosit respiratorul în timpul lucrului.
În [27] , s-a propus utilizarea unei mască de gaz convențională pentru a determina concentrația de radon .
Dezavantajul utilizării unui respirator ca mijloc de evaluare a poluării aerului este că, din cauza efectelor adverse asupra bunăstării și performanței, nu este neobișnuit ca lucrătorii să-și îndepărteze măștile în timp ce se află într-o atmosferă poluată. Acest lucru poate duce la subestimarea poluării aerului și a expunerii lucrătorilor.
În URSS, standardul [28] impunea măsurarea poluării aerului doar în zona de respirație și dădea o definiție a acestui termen, similară cu cea americană. Această cerință a fost reținută în standardul sovietic de mai târziu [29] (Ambele documente nu conțin referințe la alte documente pentru a determina pe ce se bazează aceste recomandări. Dar în multe locuri sunt foarte asemănătoare cu documentul american folosit ca bază pentru dezvoltarea cerințele pentru măsurătorile concentrației de către inspectori și cerințele angajatorului în standardele de siguranță a muncii pentru anumite substanțe periculoase din Statele Unite).
În documentele mai noi [30] [31] , a căror utilizare este obligatorie (pentru a obține un rezultat care poate fi utilizat în certificarea locurilor de muncă, sau într-o evaluare specială a condițiilor de muncă), nu există o astfel de neambiguitate și există nicio definiție a termenului „zonă de respirație”. Documentele fac posibilă efectuarea de măsurători în aerul zonei de lucru la distanță de lucrător și utilizând aceste rezultate pentru a determina clasele de pericol și prezența depășirii MAC.
1.8. Pentru a controla aerul din zona de lucru, prelevarea de probe de aer se efectuează în zona de respirație a lucrătorului sau cu cel mai apropiat dispozitiv de admisie a aerului de aceasta ( la o înălțime de 1,5 m de podea/platformă de lucru când se lucrează în picioare și 1 m când lucrează în timp ce stai ). În cazul în care locul de muncă nu este permanent, prelevarea de probe se efectuează în punctele din zona de lucru , unde se află salariatul în timpul schimbului.
1.9. Dispozitivele de prelevare pot fi amplasate în puncte fixe din zona de lucru (metoda staționară) sau atașate direct de îmbrăcămintea lucrătorului (monitorizare personală). Metoda de eșantionare staționară ca principală este utilizată pentru a rezolva următoarele probleme:
…
- determinarea conformității nivelurilor reale de substanțe nocive cu concentrațiile maxime admise ale acestora, precum și a MPC-urilor medii în schimburi - în cazurile în care efectuarea operațiunilor de muncă de către un angajat este efectuată (cel puțin 75% din timpul schimbului) la o loc de muncă permanent.
Monitorizarea personală a concentrațiilor de substanțe nocive în zona respiratorie a lucrătorilor este recomandată a fi utilizată ca principală pentru a determina conformitatea nivelurilor lor reale cu MPC-urile medii în schimburi în cazurile în care efectuarea operațiunilor de muncă de către un angajat se realizează la -locuri de munca permanente.
(Anexa 9 (Obligatoriu) Cerințe metodologice generale pentru organizarea și monitorizarea conținutului de substanțe nocive din aerul zonei de lucru [30]
Eșantionarea se efectuează în zona de respirație a unui dispozitiv de admisie a aerului de lucru sau cât mai aproape de acesta ( la o înălțime de 1,5 m de podeaua platformei de lucru când se lucrează în picioare și la 1,0 m când se lucrează stând în picioare). — 4.2. Recomandări pentru alegerea metodei de prelevare a probelor de aer ținând cont de caracteristicile semnificative din punct de vedere igienic ale poluantului [31]
8.4.3. La locurile de muncă, concentrația de praf trebuie măsurată în zona de respirație sau , dacă o astfel de prelevare nu este posibilă, cu dispozitivul de admisie a aerului cât mai aproape de acesta ( la o înălțime de 1,5 m de podea când se lucrează în picioare și 1,0 m când se lucrează în picioare). lucrând în timp ce stă așezat). [32]
Standardul [33] pur și simplu nu specifică ce metodă de eșantionare să folosească: „… particulele de praf sunt prelevate folosind un dispozitiv de prelevare personal sau staționar” (p. 5).
Cu toate acestea, prelevarea de probe de aer este doar o parte din măsurarea concentrației de substanțe nocive din aer. Metodele aprobate pentru analiza probelor selectate în URSS și Federația Rusă pot conține o cerință de a utiliza un astfel de echipament care nu poate fi utilizat împreună cu o pompă de prelevare personală, plasându-l pe lucrător (de exemplu, vase fragile de sticlă cu soluții de reactivi, etc.). Prin urmare, în URSS și Federația Rusă s-au folosit mostrele personale mult mai rar decât în Occident, iar acest lucru ar putea duce la o subestimare a concentrației măsurate de substanțe nocive față de cea reală.
O potențială subestimare a concentrației măsurate de substanțe nocive în aerul inhalat în raport cu cel real poate duce la [34] :
Au fost dezvoltate noi standarde referitoare la eșantionarele personale și la utilizarea acestora [36] .
Măsurarea concentrațiilor de substanțe nocive în zona de respirație a stimulat experții occidentali să dezvolte metode de protecție împotriva inhalării poluării aerului care nu necesită o scădere a concentrației de substanțe nocive în întreaga încăpere (când acest lucru este imposibil sau dificil de implementat) - dușuri cu aer [37] [38] [39] , etc. P.
Prelevator personal NIOSH (Determinarea concentrației de bioaerosol)
Ciclon dezasamblat ( utilizat pentru a separa particulele mari de praf atunci când se măsoară concentrația de praf fin respirabil )
Ciclon, captează praful grosier în fața filtrului de aerosoli
Dispozitiv de calibrare a pompei de eșantionare
Tub cu sorbent pentru măsurarea concentrației de gaz
Impinger (stânga) și bubbler (dreapta)
Casetă cu filtru de aerosoli, vedere din partea laterală a admisiei de aer