Nanoobiekty - metody badań i pomiarów Artykuł: dr inż. ELŻBIETA JANKOWSKA Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy 2011, nr 4(70), s. 7–20

METODY BADANIA PARAMETRÓW NANOOBIEKTÓW

W przypadku stanowisk pracy, na których są emitowane zanieczyszczenia w wyniku realizacji typowych procesów produkcyjnych, do określania parametrów charakteryzujących zanieczyszczenia są stosowane różne, z reguły zdefiniowane metody badawcze. Do oceny narażenia jest przede wszystkim stosowana dozymetria indywidualna, natomiast w badaniach mających na celu identyfikację źródeł emisji i dobór środków ochronnych są stosowane różne techniki w zależności od rodzajów tych źródeł i wymagań w zakresie typu ochrony przewidywanej do zastosowania (np.: hermetyzacja, częściowa obudowa czy odciąg miejscowy zakończony ssawką).

Do podstawowych parametrów charakteryzujących takie zanieczyszczenia możemy zaliczyć ich stężenie masowe, zwykle oznaczane metodą grawimetryczną, a także wymiary cząstek.

W przypadku badania narażenia na nanoobiekty trudno jednak jednoznacznie określić najbardziej istotne parametry charakteryzujące ich emisję. Obecnie częściej uważa się, że takimi parametrami są: powierzchnie nanoobiektów, ich wymiar oraz stężenie liczbowe, a nie stężenie masowe. Podstawą metod stosowanych do oznaczenia tych parametrów nie są z reguły pomiary w odniesie-niu do średnicy aerodynamicznej cząstek, która jest najbardziej istotna z uwagi na ocenę procesu osadzania się cząstek w układzie oddechowym człowieka. W związku z powyższym, w badaniach parametrów charakteryzujących nanoobiekty są zazwyczaj stosowane jednocześnie różne przyrządy pomiarowe umożliwiające określenie: powierzchni, liczby i masy cząstek oraz ich wymiarów, a także metody mikroskopowe, w celu zobrazowania struktury badanych nanoobiektów (Mark 2007; ISO/TR 27628:2007; ISO/TS 27687:2008).

W tabeli 1. zestawiono metody badawcze stosowane do pomiarów parametrów charakteryzujących nanoobiekty.

Tabela 1.
Aparatura badawcza stosowana do pomiaru parametrów nanoobiektów (Mark 2007)

Parametr	Aparatura	Uwagi
Stężenie masowe	impaktory kaskadowe rodzaj wagi oscylacyjnej (tapered element oscillating micro- balance - TEOM) automatyczny impaktor kaskadowy (electrical low pressure impactor - ELPI) system analizy wymiarowej cząstek (scanning mobility particle sizer - SMPS)	impaktory kaskadowe z punktem odcięcia około 100 nm - możliwość grawimetrycznej i chemicznej analizy próbek urządzenie do pomiaru stężenia masowego nanoobiektów w funkcji czasu przyrząd umożliwiający selekcję cząstek wg ich wymiarów (średnica aerodynamiczna) z bezpośrednią detekcją w odniesieniu do ich aktywnej powierzchni; stężenie masowe może być określone, gdy znany jest ładunek cząstek i ich gęstość przyrząd umożliwiający selekcję cząstek wg ich wymiarów (średnica ruchliwości) z bezpośrednią detekcją w odniesieniu do ich liczby, dający rozkład wymiarowy cząstek; stężenie masowe może być określone, gdy znany jest kształt cząstek i ich gęstość
Stężenie liczbowe	kondensacyjny licznik cząstek (condensation particle counter - CPC) SMPS mikroskop elektronowy ELPI	przyrząd umożliwiający pomiar stężeń liczbowych cząstek w zakresie wymiarowym zdeterminowanym zakresami detekcji przyrząd umożliwiający selekcję cząstek wg ich wymiarów (średnica ruchliwości) z bezpośrednią detekcją w odniesieniu do ich liczby, dający rozkład wymiarowy cząstek przyrząd umożliwiający określenie stężeń liczbowych cząstek oraz określenie specyfiki ich kształtów przyrząd umożliwiający selekcję cząstek wg ich wymia-rów (średnica aerodynamiczna) z bezpośrednią detekcją w odniesieniu do ich aktywnej powierzchni; daje rozkład wymiarowy cząstek; dane mogą być interpretowane do stężenia liczbowego
Stężenie powierzchniowe	jonizator dyfuzyjny (diffusion charger) ELPI mikroskop elektronowy SMPS SMPS i ELPI stosowane jednocześnie	przyrząd umożliwiający pomiar aktywnej powierzchni cząstek; może być użyty do pomiaru nanoobiektów tylko wtedy, jeżeli jest stosowany z właściwym separatorem wstępnym przyrząd umożliwiający selekcję cząstek wg ich wymiarów (średnica aerodynamiczna) z bezpośrednią detekcją w odniesieniu do ich aktywnej powierzchni przyrząd umożliwiający określenie powierzchni cząstek w odniesieniu do ich wymiarów i kształtów przyrząd umożliwiający selekcję cząstek wg ich wymiarów (średnica ruchliwości) z bezpośrednią detekcją w odniesieniu do ich liczby; dane mogą być interpretowane w odniesieniu do powierzchni różnice w pomiarach aerodynamiki i ruchliwości mogą być zastosowane do wnioskowania o wymiarach frakcyjnych cząstek, które mogą być następnie użyte do oceny powierzchni

WYMAGANIA PRAWNE, NORMY I DZIAŁANIA ORGANIZACJI  WSPÓLNOTY GOSPODARCZEJ I ROZWOJU (OECD)

Systematyzowanie zagadnień związanych z nanotechnologiami w postaci przepisów prawa oraz norm jest ważnym mechanizmem w procesie tworzenia dobrych praktyk ochrony człowieka przed szkodliwym działaniem nanoobiektów. Obecnie nie ma przepisów ściśle związanych z nanomateriałami. Niemniej jednak aspekty dotyczące zdrowia, bezpieczeństwa i ochrony związanej z narażeniem na nanoobiekty są w różnym stopniu zawarte w głównych przepisach Unii Europejskiej, a mianowicie w dyrektywach: 89/391/EWG, 98/24/WE, 2004/37/WE, 89/655/EWG i 99/92/WE. Zastosowanie znajdują tu również przepisy dotyczące systemu REACH. W 2008 r. w Komisji i w agencjach EU rozpoczęto przegląd istniejących dokumentów pod kątem możliwości ich zastoso-wania w odniesieniu do nanomateriałów (Bard i in. 2009).

Ustanawianie i stosowanie standardów związanych z nanomateriałami jest istotnym narzędziem podczas wdrażania dobrych praktyk z uwagi na zdrowie i bezpieczeństwo pracowników zatrudnionych na stanowiskach pracy w procesach nanotechnologicznych. Komitet CEN (European Committee for Standardization) powołał Komitet techniczny CEN/TC 352 Nanotechnologies, ISO (International Or-ganization for Standardization) – Komitet ISO/TC 229 Nanotechnologies, natomiast IEC (International Electrotechnical Commission) – Komitet TC 113 Nanotechnology Standardization for Electrical and Electronic Products and Systems. Należy jednak podkreślić, że większość projektów standardów jest ustalana pod przewodnictwem Komitetu ISO/TC 229 Nanotechnologies.

OECD (Organisation for Economic Cooperation and Development) również powołała grupy robocze (Working Party on Manufactured Nanomaterials oraz Working Party on Nanotechnology), których działania mają na celu opracowywanie przewodników zawierających dobre praktyki z dziedziny nanomateriałów i nanotechnologii. Przewodniki te są dostępne na stronie internetowej http://www.oecd.org/document/53/0,3746,en_2649_37015404_37760309
_1_1_1_1,00.html.

OECD przedstawiła listę nanomateriałów, które są reprezentatywne dla wytwarzanych i stosowanych nanomateriałów. Lista ta obejmuje: fulareny, jednościenne (SWCNTs) i wielościenne (MWCNTs) nanorurki węglowe, nanocząstki srebra, żelaza, ditlenek tytanu, tlenek aluminium, tlenek ceru, tlenek cynku, ditlenek krzemu, dendrymery, nanokleje i nanocząstki złota.

PROJEKTY BADAWCZE

Należy podkreślić, że pomimo dużej liczby przepisów, przewodników i norm lub projektów norm dotyczących nanotechnologii nadal odczuwa się brak wiedzy, która stanowiłaby podstawę do dokonywania oceny narażenia ludzi na nanoobiekty podczas wytwarzania i stosowania nanomateriałów. Dlatego są opracowywane zarówno projekty europejskie, jak i projekty krajowe, których celem jest dostarczenie danych umożliwiających dokonywanie właściwej oceny narażenia. W celu zintensyfikowania współpracy między zespołami badawczymi realizującymi projekty dotyczące nanomateriałów powołano w 2010 r. NanoSafety Custer [http://www.nanosafetycluster.eu/], w którego skład wchodzą projekty realizowane przede wszystkim w ramach 6. i 7. programu ramowego Unii Europejskiej, w tym projekty współrealizowane przez CIOP-PIB, np. NANOSH i NANODEVICE.