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1、1一、气溶胶暴露评价一、气溶胶暴露评价*范围范围u评价对象：主要指暴露于纳米材料相关的各个环节的职业环境中的工作人员（操作工人、实验与科研人员、管理人员）。u主要评价环节包括：生产过程（manufacture processes）装卸过程（handling processes）应用/使用过程（using or application processes）。u纳米颗粒（nanoparticles）包括：纳米管、纳米粒子、纳米纤维和纳米薄膜等。*：ISO/TC 229 - WG 3 “Exposure Assessment to Nanoparticles”2二、人员的暴露途径二、人员的暴露途径（
2、一）通过呼吸道（一）通过呼吸道吸入（吸入（Inhalation）（二）通过口腔、食道（二）通过口腔、食道摄入（摄入（Ingestion）（三）通过皮肤（三）通过皮肤渗入（渗入（Dermal Exposure）艺文馆3（一）通过呼吸道吸入（一）通过呼吸道吸入（Inhalation）u呼吸性吸入是人员在工作场所中暴露于纳米颗粒中最最常常见见的途径，也是纳米颗粒进入人体最最有效有效和量最大量最大的途径。u呼吸习惯影响用口呼吸的沉积率大于用鼻呼吸。4不同尺寸颗粒在呼吸系统沉积的概率不同尺寸颗粒在呼吸系统沉积的概率20nm1nm的颗粒90%沉积在鼻咽区1nm的颗粒10%气管支气管区20nm的颗粒50%沉
3、积在肺泡区20nm的颗粒25%沉积在鼻咽及 气管支气管区5u团聚及其粒径对纳米颗粒沉积的影响非非团团聚聚纳米颗粒在呼吸道的沉积主要取决于其空气动力学粒径或热力学粒径。团团聚聚的纳米颗粒沉积与团聚粒径有关，而不是颗粒的原始粒径。非非团团聚聚颗粒纳米颗粒在肺部的沉积远大于可吸入颗粒物。颗粒物在肺部的沉积量随人体活动量增大而增大。6u动物实验研究表明，非团聚纳米颗粒可从肺部进入血液系统，并迁移到其他器官。可进入血液的纳米颗粒尺寸可界于20nm-500nm；在肝脏、心脏和肾脏有发现；穿透细胞膜进入细胞体内，可能改变遗传基因；可通过神经末梢达到脑部；到达淋巴系统。7（二）通过口腔、食道摄入（二）通过口腔
4、、食道摄入（Ingestion）u摄入纳米颗粒主要发生在无意识地通过手喂食物到嘴里的行为过程。u食物表面已经被纳米颗粒污染。(卫生习惯，洗手！)u摄入还有可能伴随呼吸过程而发生。被呼吸系统中黏膜纤毛的伸缩而清除下来的纳米颗粒可能被吞咽，从而进入食道和消化系统。用口呼吸（而不是鼻），污染口腔，进入食道。8u纳米粒子进入动物体内的影响因素（根据一系列的生物药理学研究表明）粒径影响。小于20nm颗粒可穿透肠道屏障进入血液系统20-50nm颗粒主要通过小肠的营养吸收通道进入粒径越小越易被吸收。极性影响。亲油性纳米颗粒比亲水性的更容易进入体内。惰性纳米粒子与蛋白质结合在一起，比单独存在更易于被肌体所吸收
5、。9（三）通过皮肤进入（三）通过皮肤进入（Dermal Exposure）u纳米颗粒是否能通过皮肤被吸收，至今尚存在很大的分歧，还没有一致的结论。u在人体角质层外表涂敷纳米TiO2（17nm），未发现有明显的穿透皮肤的现象。（化妆品，可以放心）u这些研究结果是否可以外推到职业场所中纳米颗粒对人体的潜在威胁呢?10u有研究认为，纳米颗粒可以在生产职业环境中通过皮肤进入体内。小于1nm的颗粒可以渗透机械弯曲皮肤样品；各种物理化学性质（粒度、形状及表面包覆处理）的纳米颗粒均可渗透猪的真皮层；通过在皮肤表面分散涂敷8-24h后，发现纳米颗粒已经穿透了皮肤的角质层。（经过2-4倍稀释，与职业场所的浓度相
6、当）最近研究发现，纳米铍（Be）粒子渗透皮肤，导致皮肤瘤。主楼广场主楼夜景11三、纳米气溶胶暴露评价方法三、纳米气溶胶暴露评价方法u（一）概述u（二）质量浓度评价u（三）个数浓度评价u（四）表面积浓度评价u（五）纳米粒子粒度分布评价时间广场、学术交流中心12（一）暴露评价概述（一）暴露评价概述u人员暴露评价技术或仪器需包含的因素：（1）对人员的暴露评价应遵从于现有的规章制度；（2）对人员暴露评价应以对潜在的健康影响评价为目的；（3）应掌握纳米（粉尘）颗粒的释放源或暴露源；（4）可对纳米（粉尘）颗粒控制系统或控制技术有效性进行客观评价。13u每个方面均对设备提出了特殊的要求：对于个人暴露评价。结
7、构、体积小型；以电池为动力；轻巧、可以背负；在工作过程中可随人员 移动。对于释放源探测。要求便携式的探测装置；可以连续、快速给出既定位置 的浓度值和空气流动情况。14u对职业环境卫生测定，理想的仪器应具有的特征：便携式的；以电池为动力；可采集呼吸带(1.5-2m)高度样品；可测定多种特征（颗粒个数、质量、表面积、电荷、粒度分布、区分测试颗粒与背景粒子等）;可用于工业设备中；相对便宜。u就单台（套）仪器而言，目前尚未见能够完全满足上述条件的仪器。u下表列出了目前可利用的检测仪器* 。*：ISO Technical Report on Ultrafine, nanoparticle and nan
8、o-structured aerosols Exposure characterization and assessment （ISO/TR 27628）15（二）质量浓度评价（二）质量浓度评价（1 1）滤膜采样）滤膜采样u单独利用过滤膜实现对空气中颗粒物进行过滤采集。目前尚未见相应的商业产品（对纳米气溶胶）。u孔径小于100nm的滤膜。制造很难，强度？精度？气体压降？u目前相应的数据很少。根据模拟计算，要求：空气流量为100L/min时，至少采集8h，才可以满足质量检测的下限。如此高的空气流速，只有冲击盘和气旋设备才能实现。对电子天平对电子天平要求很高要求很高16（2 2）多（连）级加速冲击
9、采样器）多（连）级加速冲击采样器u应用多级加速冲击形成高速气体，利用惯性冲击力分离气体与纳米颗粒。一般有3级以上的加速冲击盘，最多的可达13级；可以将不同粒度范围的细颗粒物进行分级（根据粒子的空气动力学直径）；将冲击盘上的纳米颗粒收集、称量后，可获得空气中颗粒物的质量浓度。对电子天平对电子天平要求很高要求很高17（三）个数浓度评价（三）个数浓度评价（1 1）冷凝粒子计数器）冷凝粒子计数器（Condensation Particle Counters ）u冷凝粒子计数器(CPC)是目前进行纳米气溶胶粒子个数测定应用最广泛的装置。u基本原理：利用饱和蒸汽（水、丁醇等）对纳米气溶胶粒子进行冷凝包覆，
10、使纳米粒子精确长大，并达到可以用激光光散射法测量的范围。u检测下限与蒸汽性质有关：丁醇3nm，异丙醇10nm，水10nm。18（2 2）静电计）静电计（Electrometers）u基本原理：根据颗粒大小不同所带电荷大小的差异，通过测定气溶胶粒子所带电荷大小，掌握通过粒子的粒径及个数。u需要事先掌握气溶胶粒子的平均荷电密度。u需要采用将静电计与微分迁移率分析器（DMA）联用，通过掌握不同电荷粒子在迁移器内壁沉积，实现纳米粒子的粒度分布测定。u精度高，常用于校准其它仪器，如CPC。19（四）表面积浓度评价（四）表面积浓度评价u表面积浓度评价对人体的影响比较可靠和真实（吸附、沉积率）。u表面积测试
11、一般原理：氮气吸附法（BET）。对空气颗粒物而言，要求样品量大（0.1g-0.3g）受样品颗粒中多孔性影响与收集方式及样品收集装置影响（准确性）20u扩散电荷测定仪测试气溶胶颗粒表面积的基本原理：利用电荷均匀分布在颗粒表面的特性，表面积大的颗粒荷电量大；检测通过电极腔体内的气溶胶颗粒与带正电荷离子间的附着速率（以静电计测定电流强度），确定纳米颗粒的表面积。21（五）纳米粒子粒度分布评价（五）纳米粒子粒度分布评价（1）扫描电迁移法）扫描电迁移法（Scanning Mobility Particle Sizer ，SMPS ）u扫描电迁移粒度分析仪是目前在纳米气溶胶粒子粒度分布测试应用最广泛的仪器
12、。uSPMS组成：微分迁移分析器(DMA)，根据荷电粒径（荷电量）分离纳米气溶胶粒子；冷凝粒子计数器（CPC）或静电计(electrometer)，对气溶胶粒子进行计数。u可以测定气溶胶粒子的粒径范围为3nm-800nm。22扫扫描描电电迁迁移移粒粒度度分分布布测测试试仪仪原原理理图图气溶胶粒子首先进入预处理器，然后穿过由辐射源电离形成的离子云，通过Boltzmann平衡带上电荷。粒子穿过DMA中精密控制的静电场区域。粒子因静电力作用在正负电极间移动，具有特定迁移率的颗粒就从电极下端的出口进入后续的计数器进行计数。通过扫描两个电极间的电压变化，对应于颗粒迁移率的粒子粒度就可以连续地被计算出来，
13、从而得到纳米气溶胶粒子的粒度分布。23（2 2）惯性冲击法测试粒度分布）惯性冲击法测试粒度分布u多级碰撞（冲击）采样器。（原理前面已经描述）u对各级采集到纳米气溶胶粒子样品进行分别测试，即可得到其粒度分布。u每级样品盘中的粒子都在一定的粒度范围之间。如3级采样器采集的样品组成为：第1级由100nm-200nm粒子组成，第2级由50-100nm粒子组成，第3级由10nm-50nm粒子组成。24（3 3）静电低压冲击仪（）静电低压冲击仪（ELPIELPI）测定粒度分布）测定粒度分布u基本组成：将惯性冲击采集法与静电粒子检测法有机地结合在一起。u基本原理：气溶胶样品在进入低压多级惯性冲击盘之前，由一
14、个单极离子荷电器使气溶胶粒子带上电荷，在每一级冲击盘上都接有独立的静电计，并通过放大器连接到数据处理器。u对粒度大于7nm的气溶胶，可以实现几乎接近于实时的粒度分布测试。2526274.3 为何为何PM2.5达标仍见灰霾达标仍见灰霾u在2012年4月上旬，广州的PM2.5监测数据全部达到国家标准，不过整个城市还是处在灰霾之中。u判定条件一：当相对湿度80%-95%时，PM2.5浓度大于75 g/m3时，判定为“霾”。u若湿度大于95%，低浓度的PM2.5就可能形成霾。u大气湿度高，PM2.5的浓度即使在30 g/m3时候，也会形成灰霾天气。28为何灰霾天气能见度很低?u灰霾天气时，空气中二次污
15、染物的浓度很高，而PM2.5颗粒物是所遇二次空气污染物的主要附存载体。uPM2.5对大气消光起主要作用，降低大气能见度。u因为湿度大，PM2.5浓度即使减小10 g/m3 ，大气能见度也才改善6.6%。29uPM2.5是一种物质集合体，化学构成很复杂。u不同地方的PM2.5的性质和组成不一样。中国北方的PM2.5颗粒物以沙尘为主；南方的以硝酸盐、硫酸盐、有机物等二次空气污染物（二次颗粒物）为主；（毒害作用大！）广州的PM2.5成分中有机质占40%！304.4 中国目前油品影响空气质量中国目前油品影响空气质量u对广州而言：u广州市环保局2007年研究的数据是：机动车排放占PM2.5来源的38%；
16、u中国环境科学院2009年的研究结果是：机动车占广州PM2.5来源26%，发电厂排放占20%，工业污染源占13%。u两项研究都显示，广州PM2.5最大来源是机动车排放。31中国目前油品太脏！u美国、日本目前汽柴油油品的硫含量都在10ppm左右；u我国北京、上海、广东等地已实现国IV汽油标准，但汽柴油中硫含量都在50ppm左右。u在推行空气质量新标准后，油品的质量还需要进一步提高。国V、国VI标准？涨价？！涨价？！又涨价？又涨价？各种泪奔！各种泪奔！324.5 哪个楼层哪个楼层PM2.5污染重污染重?uPM2.5颗粒很小，存在高空输送情况，那么哪个楼层PM2.5浓度低，适合购买呢?u一般认为PM
17、2.5地面的浓度会高；u在石家庄的观测结果却显示160m-170m高度时候，空气中的PM2.5浓度最高。u即当地的第40-50层楼高时，PM2.5污染最严重。u由于各个城市布局和周边情况不同，每个城市哪个楼层的PM2.5浓度最高暂时还没有人研究和统计过。扬尘、花粉、有机气体均来自地面较多PM2.5在高空漂浮时间长，吸附污染物多334.6中国中国PM2.5标准向西方看齐不现实标准向西方看齐不现实u我们需要自主制定标准，但目前缺乏这种技术储备。u第一，我国尚未开展针对PM2.5的系统监测，PM2.5在大气环境中的底数不清。譬如，浓度是多少，成分是什么？主要来源是什么？我们需要弄清自己的国情，不能是一本糊涂账。u第二，尽管中国已有部分学者进行了PM2.5的初步研究，但缺少类似于ACS的前瞻性系列研究，无法像ACS一样提供大气PM2.5浓度范围下限及对应的健康风险。当中国文学家、科学家开始做“无用”的事时，就离诺贝尔奖不远了。白岩松
