برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۹/۱۷ تا ۱۳۹۷/۰۹/۲۳

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۲,۱۹۹
  • بازدید این ماه ۳۶
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۵
  • قبول شدگان ۴
  • شرکت کنندگان یکتا ۵
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۳
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 2

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

نمونه‌برداری و سنجش نانوذرات

مواجهه با انواع مختلف نانومواد از‌جمله نانو‏ذرات می‌تواند صدمات جدی بر سلامت افراد وارد کند. به‌منظور آگاهی از میزان مواجهه و تعیین سطح مخاطره در شرایط عملیاتی کار، نمونه‌برداری و اندازه‌گیری تراکم نانوذرات انجام می‌شود. اندازه‌گیری‏‌ها می‏‌توانند برای انجام فعالیت‏‌های مختلف مانند شناسایی منابع انتشار نانومواد، ارزیابی اثربخشی و کارایی هر یک از اقدامات کنترلی انجام‌شده، اطمینان از رعایت تراکم هر یک از مواد مورد بررسی بر اساس حدود مجاز‌ مواجهه و شناسایی نواقص احتمالی هر یک از روش‏‌های کنترلی به کار روند. از تجهیزات و روش‌‏های موجود برای اندازه‌گیری تعداد، جرم و مساحت رویه (سطح) نانوذرات می‌توان به شمارشگر ذرات تراکمی، وسیله سنجش اندازۀ ذرات بر اساس اختلاف تحرک آن‌ها، میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری، نمونه‌بردار ایستا (static) بر حسب اندازه ذره، ترازوی نوسان عنصر مخروطی، شارژر پخشی و نمونه‌گیر برخوردی ایستابرقی (electrostatic impactor) با فشار پایین اشاره کرد.
1. مقدمه
مواجهه با انواع مختلف نانومواد از‌ جمله نانو‏ذرات می‌تواند صدمات جدی به سلامت افراد وارد کند. اطلاعات موجود در این زمینه حاصل مطالعات انجام‌گرفته روی انسان، حیوان و جمعیت‏‌هایی است که در معرض مواجهه با هوای حاوی نانوذرات بوده‌اند. میزان اثرات سوء نانوذرات به میزان مواجهه، ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی آن‌ها و همچنین حساسیت افراد بستگی دارد. مطالعات حیوانی نشان داده است که نانوذرات می‏‎توانند نسبت به ذرات بزرگ‌تر اثرات مخاطره‌آمیز بیشتری داشته باشند که علت آن مساحت سطح بیشتر نانو‏ذرات در واحد جرم است. موارد مختلفی از صدمات سلامتی در اثر فعالیت‏‌های صنعتی و آلودگی‏‌های محیطی گزارش شده است. با افزایش حجم تولید، قیمت و هزینه پائین‌‏تر و کاربرد بیشتر نانو‏مواد در صنعت و بازرگانی، نیاز بیشتری برای ارزیابی ریسک و اعمال اقدامات کنترلی محتاطانه و مناسب به هنگام استفاده، جابه‌جایی و دفع آن‌ها وجود دارد.

همان‌طور‌که گفته شد احتمال بروز بیماری (یا مخاطره نانومواد) به ویژگی‏‌های فیزیکوشیمیایی نانو‏مواد و دُز (dose) آن‌ها در اندام هدف بستگی دارد. دُز (یا مقدار ماده سمی) در بدن انسان‏ مستقیماً قابلِ‌ارزیابی نیست، ولیکن بر‌ اساس میزان مواجهه با ذرات هوابُرد (معلق در هوا) قابل تخمین است. این میزان ترکیبی است از تراکم ذرات در هوا، نرخ استنشاق، میزان نشست ذرات در مجاری تنفسی بر حسب اندازه آن‌ها و طول مدت‌زمان مواجهه با ماده.

به‌منظور آگاهی از میزان مواجهه و تعیین سطح مخاطره در شرایط عملیاتی کار، نمونه‌برداری و اندازه‌گیری تراکم نانوذرات انجام می‌شود. اندازه‌گیری‏‌ها می‏‌توانند برای انجام فعالیت‌‏های مختلف مانند موارد ذیل به کار روند:

الف- شناسایی منابع انتشار نانومواد؛

ب- ارزیابی اثربخشی و کارایی هر یک از اقدامات کنترلی انجام‌شده؛

پ- اطمینان از رعایت تراکم هر یک از مواد مورد بررسی بر‌اساس حدود مجاز‌ مواجهه؛

ت- شناسایی نواقص احتمالی هر یک از روش‏‌های کنترلی که می‏‌تواند باعث تأثیر جدی بر سلامتی افراد شود.

هر یک از این فعالیت‌ها، نیازمند بهره‌گیری از روش‌ها و تجهیزات خاص است. برای این منظور گستره‌ای از تجهیزات وجود دارند. در محیط کار، نانوذرات هوابُرد ترکیبی از ذرات اولیه، عمدتاً کلوخه (agglomerate) و انبوهه (aggregate) هستند. نیاز به شناسایی این اشکال، عامل مهمی در تعیین راهبرد مناسب نمونه‏‌برداری محسوب می‌شود [1و2].

 

2. تجهیزات نمونه برداری و سنجش نانوذرات

تجهیزات بسیاری می‌‏توانند برای اندازه‌گیری نانوذرات هوابُرد استفاده شوند. این تجهیزات همچنان در حال ‌توسعه هستند. خلاصه‏‌ای از تجهیزات و روش‏‌های موجود برای اندازه‌گیری مستقیم تعداد، جرم و مساحت سطح در جدول 1 ارائه شده است.

 

جدول 1- وسایل سنجش مستقیم تعداد، جرم و مساحت سطح نانوذرات برگرفته از (ISO/TS 12901-1:2012)
سنجه تجهیزات ملاحظات
تراکم عددی شمارشگر ذرات متراکم شده
(CPC: Condensation Particle Counter)
دستگاه CPC تراکم عددی ذرات را بر حسب اندازه آن‌ها به‌صورت مستقیم (قرائت مستقیم) ارائه می‌دهد. در این وسیله بخارات متراکم شده و به‌صورت ذره نمونه‌برداری شده و سپس این ذرات تشخیص و شمارش می‌شوند. این دستگاه معمولاً ذرات را در محدوده 1000-10 نانومتر شمارش می‌کند.
تراکم عددی وسیله سنجش اندازه ذرات بر اساس اختلاف تحرک آن‌ها
(DMPS: Differential Mobility Particle Sizer)
 DMPS وسیله‌ای است که یک ذره را با توجه به تحرک الکتریکی آن طبقه‌بندی می‌کند. تحرک الکتریکی یک ذره، توانایی حرکت ذرات باردار (مانند الکترون و پروتون) در یک محیط در پاسخ به یک میدان الکتریکی است که آن‌ها را می‌کشد. در این وسیله تراکم عددی ذرات در اندازه‏‌های مختلف سنجش و ارائه می‌شود.
تراکم عددی میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری
(SEM: Scanning Electron Microscopy and TEM: Transmission Electron Microscopy)
در دستگاه SEM، الکترون پر‌انرژی از یک منبع الکترون خارج شده و تحت شتاب قرار می‌گیرد و سپس شی مورد نظر در معرض این پرتو الکترونی قرار گرفته و متناسب با رفتار الکترون‌ها تصاویری تشکیل و مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. دستگاه TEM مجهز به عدسی‌های الکترومغناطیسی برای جمع‌آوری و متمرکز ساختن الکترون‌ها و گسیل کردن آن‌ها به‌صورت یک پرتوی باریک است. این پرتوی الکترونی پس از عبور از نمونه بسته به چگالی آن، از بخش‌هایی از نمونه گذشته و به یک صفحه فلورسانس برخورد کرده و تصویر سایه‌مانندی از آن ایجاد می‌کند.تجزیه‌و‌تحلیل نمونه‌ها توسط میکروسکوپ الکترونی، اطلاعاتی را در مورد تراکم عددی ذرات در اندازه‏‌های مختلف آن ارائه می‌دهد.
تراکم جرمی

نمونه‌بردار ایستا بر حسب اندازه ذره

(اندازه انتخابی)

(Size Selective Static Sampler)

در این دستگاه، سنجش جرمی با استفاده از یک نمونه‌بردار فردی انجام می‏‌شود که بر حسب اندازه (اندازه انتخابی) با نقطه برش تقریبی 100 نانومتر عمل می‌کند و سپس نمونه‏‌ها به روش وزن‌ستجی (gravimetry) یا شیمیایی تجزیه می‌شوند. هرچند در حالِ‌حاضر نوع تجاری این وسایل وجود ندارد، برخی از انواع نمونه‌گیرهای آبشاری (cascade impactor) (نوع بنر (Bener-Type) با فشار پایین یا نمونه‌گیرهای میکرواوریفیس) که ذرات حدود 100 نانومتر را جمع ‏آوری می‌کند، برای این منظور مناسب است.
تراکم جرمی ترازوی نوسان عنصر مخروطی
TEOM:
Tapered Element Oscillating Microbalance
ورودی این دستگاه به گونه‌ای طراحی شده است که تنها امکان عبور اندازه مورد نیاز ذرات را فراهم می‌کند.  بخشی از جریان هوا به سمت عنصر مخروطی هدایت می‌شود که شامل یک کارتریج پالایه (filter) نصب‌شده بر روی نوک یک لوله شیشه‌ای توخالی است. این نوک آزاد است و مانند یک دیاپازون در بسامد طبیعی خودش مرتعش می‌شود. وزن ذراتی که بر روی پالایه جمع می‌شود، باعث تغییر در بسامد نوسان لوله می‌شود و مدارات الکترونیکی این تغییر را حس و نرخ جرمی ذره را از روی میزان تغییر بسامد محاسبه می‌کند. پایشگرهای قرائت مستقیم حساس نظیر TEOM را می‌توان برای تعیین تراکم جرمی نانوهواسُل (aerosol) به‌صورت برخط (online) استفاده کرد. در این پایشگر ورودی بر‌اساس اندازه مورد نظر انتخاب می‏‌شود.
مساحت سطح شارژر دیفیوژن (پخشی)
(Diffusion Charger)
این دستگاه، یک شارژر جت-کرونا است. بخشی از جریان هوای عبوری این وسیله از دو پالایه هِپا و کربنی و یک دستگاه یون‌ساز عبور کرده و بخش دیگر جریان هوا به‌عنوان نمونه مورد آزمون باقی می‌ماند. این دو جریان  هوا در یک محفظه اختلاط باهم مخلوط می‌شوند و بعد از شارژ شدن ذرات، جریان هوا به یک تحلیلگر افتراقی مبتنی بر تحرک‌پذیری الکتریکی ذره (‌DMA: Differential Mobility Analyzer ) برای اندازه‌بندی ذرات هدایت می‌شود. این دستگاه مساحت سطح فعّال نانوهواسُل را مستقیماً اندازه‌گیری می‌کند. باید توجه داشت که مساحت سطح فعّال ذرات بزرگ‌تر از 100 نانومتر با مساحت سطح هندسی سنجش نمی‌شود. البته تمامی شارژرهای پخشی تجاری نمی‌توانند مساحت سطح ذرات کوچک‌تر از 100 نانومتر را بسنجند. شارژرهای پخشی تنها مخصوص نوع ویژه‌‏ای از نانواشیاء است، البته در‌ صورتی‌که دارای ورودی مناسب مجهز به پیش‌جداکننده باشد.
مساحت سطح ایمپکتور الکترواستاتیک با فشار پایین
(ELPI: Electrostatic Low Pressure Impactor)
اصول عملیاتی ELPI شامل سه بخش اصلی است: باردارسازی ذره با یک شارژر کرونای تک‌قطبی، طبقه‌بندی اندازه‌ای ذرات با یک نمونه‌گیر آبشاری فشار پایین و آشکارسازی الکتریکی با برق‌سنج‌های (electrometer) حساس. این وسیله قرائت مستقیم برای تعیین تراکم بر حسب مساحت سطح ذرات است که بر اساس اندازه ذرات عمل می‌کند (قطر آیرودینامیکی)، باید توجه  داشت که در مورد ذرات بزرگ‌تر از 100 نانومتر مساحت سطح فعّال را نمی‌توان مستقیماً با مساحت سطح هندسی سنجش کرد.
مساحت سطح میکروسکوپ SEM,TEM تجزیۀ برون‌خط (offline) نمونه‌‏ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی نمی‌تواند اطلاعاتی را در مورد مساحت سطح بر حسب اندازه ذرات ارائه کند. تجزیه با استفاده از TEM اطلاعات مستقیمی را در مورد تصویر مساحت ذرات جمع ‏آوری‌شده که در رابطه با مساحت هندسی برخی از اشکال ذرات است، ارائه می‏‌دهد.

جدول 2 روش‏‌های تخمین غیرمستقیم تراکم عددی، جرمی و مساحت سطح را ارائه می‌دهد. تجهیزات و روش‌های جدید نیز در این حوزه دائماً در حال توسعه هستند، اما اغلب تجربه استفاده از آن‌ها کم است [1,2].

جدول 2- وسایل سنجش غیر مستقیم تراکم عددی، جرم و مساحت سطح نانوذرات برگرفته از (ISO/TS 12901-1:2012)
سنجه تجهیزات ملاحظات
تراکم عددی محاسبه شده ذرات ELPI این دستگاه سنجش قرائت مستقیم، تراکم ذرات را بر حسب توزیع اندازه آن‌ها از طریق سنجش مساحت سطح فعّال بر حسب اندازه ذره (قطر آیرودینامیکی)، ارائه می‌کند. داده‌ها ممکن است پردازش شده و به‌صورت تراکم عددی نمایش داده شوند. نمونه‏‌های فوق ممکن است به روش‌‏های دیگری نیز به‌طور غیر‌مستقیم مورد تجزیه‌و‌تحلیل قرار گیرند.
تراکم جرمی محاسبه شده ذرات ELPI این دستگاه سنجش قرائت مستقیم، تراکم عددی ذرات را بر حسب توزیع اندازه آن‌ها از طریق سنجش مساحت سطح فعّال بر حسب اندازه ذره (قطر آیرودینامیکی)، ارائه می‌کند. تراکم جرمی هواسُل‌ها صرفاً در‌ صورتی‌که شارژ و چگالی ذرات مشخص بوده یا فرض می‏‌شود، قابل محاسبه است. نمونه‏‌های فوق ممکن است به روش‏‌های دیگری نیز به‌طور غیر‌مستقیم مورد تجزیه‌و‌تحلیل قرار گیرند.
تراکم جرمی محاسبه شده ذرات DMPS این وسیله، تشخیص تراکم عددی ذرات را به‌صورت قرائت مستقیم و برحسب اندازه (قطر تحرک‌پذیری) و توزیع اندازه ذرات ارائه می‌کند. تراکم جرمی ذرات در‌ صورتی‌که شکل و چگالی ذرات مشخص بوده یا فرض شود، قابل محاسبه است.
مساحت سطح محاسبه شده ذرات DMPS این وسیله، تشخیص تراکم عددی ذرات به‌صورت قرائت مستقیم و برحسب اندازه (قطر تحرک‌پذیری) و توزیع اندازه ذرات را ارائه می‌کند. تراکم جرمی ذرات در‌ صورتی‌که شکل و چگالی ذرات مشخص بوده یا فرض شود، قابلِ‌محاسبه است.
مساحت سطح محاسبه شده ذرات ستفاده همزمان ELPI و DMPS هنگام استفادۀ هم‌زمان ELPI و DMPS، می‌توان از اختلاف در مقادیر اندازه‌گیری‌شده قطر آیرودینامیکی و تحرک‌پذیری، برای پی بردن به ابعاد جزئی‌تر استفاده کرد. سپس از این ابعاد برای تخمین مساحت سطح استفاده کرد.
 
3. روش نمونه‌برداری
در‌ حالِ‌حاضر، روش نمونه‌برداری یکسانی برای تعیین میزان مواجهه با تمام اشکال نانو‏مواد وجود ندارد. بنابراین، معمولاً برای تعیین مواجهه با نانوذرات در محیط کار، روش چند‏وجهی (یعنی به‌کارگیری بیش از یک روش از روش‌های نمونه‌برداری اشاره‌شده در بالا) مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش‌‏های جدید نمونه‌برداری برای ارزیابی میزان انتشار نانوذرات در محیط‏‌های کاری در حال توسعه هستند. روند سنجش معمولاً یک فرایند تدریجی است که شامل یک ارزیابی اولیه تراکم عددی ذرات با استفاده از ابزار ساده‌‏ای مانند CPC (همراه با یک شمارشگر نوری ذرات (Optical Particle Counter (OPC)) برای وقتی که اشکال بزرگ‌تر ذرات وجود دارد) است.

در‌ صورتی‌که میزان انتشار مشخص شود، به‌دنبال آن لازم است مشخصه‌‏های جامع‌تری از انتشار ذرات تعیین شود. این کار می‌تواند به اشکال مختلفی انجام شود. روش Nanoparticle Emission Assessment Technique (NEAT) پیشنهاد می‏‌کند که نمونه جمع‏‌آوری‌شده بر روی پالایه توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و طیف‌نورسنجی (spectrophotometry) پراش اشعه ایکس (Energy Dispersive X-Ray Analysis (TEM-EDX)) برای بررسی توزیع اندازه و ترکیب شیمیایی مواد تجزیه‌و‌تحلیل شود. میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) با پراش اشعه ایکس (EDX) و سایر روش‏‎های تجزیه شیمیایی مانند طیف‌سنجی جرمی پلاسمای جفت‌شده القایی Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICPMS) نیز می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند.

به‌عنوان روش جایگزین (یا هم‌زمان) مخصوصاً در‌ صورتی‌که هیچ‌گونه دسترسی به TEM وجود نداشته باشد، عمده اطلاعات در زمینه تراکم ذرات بر اساس توزیع اندازه، تعداد، جرم و مساحت سطحی با استفاده از ابزارهای شرح داده شده در بالا، گردآوری می‌شوند.

روش‏‌های فوق صرفاً اطلاعاتی را در مورد انتشار نانومواد ارائه می‌‏دهند. در‌ صورتی‌که سنجش مواجهه با نانوذرات خاصی مد نظر باشد، باید نمونه‌برداری‏‌های فردی با استفاده از پالایه‌ها یا شبکه‌های (grids)‏ مناسب برای تجزیه توسط میکروسکوپ الکترونی یا روش‏‌های شناسایی شیمیایی صورت گیرد. میکروسکوپ الکترونی با EDX می‌تواند برای شناسایی ذرات استفاده شده و تخمینی از توزیع اندازه ذره مورد نظر را ارائه دهد. استفاده از نمونه‌گیرهای آبشاری فردی یا نمونه‌بردار سیکلونی قابل استنشاق مجهز به پالایه، علی‌رغم محدودیت‌های خاص خود، به حذف ذرات درشت‌تر از هوا کمک می‏‌کند و امکان تعیین قطعی‌تر اندازه ذره را فراهم می‌‏سازد. تجزیه این پالایه‌ها برای آلاینده‏‌های مورد نظر هوا می‌تواند به شناسایی منبع ذرات قابل استنشاق کمک کند. روش‏‌های استاندارد تجزیه شیمیایی، شامل تجزیه وزنی، باید مورد استفاده قرار گیرند. با استفاده توأمان از این روش‏‌ها می‌توان میزان مواجهه کارگران با نانوذرات را ارزیابی کرد. این رویکرد اجازه شناسایی نانوذرات و همچنین تعیین خصوصیات مهم هواسُل‌ها (aerosol) را فراهم می‌کند [1و2].

 

4. محدودیت در اندازه‌گیری

اندازه‌گیری تراکم عددی ذره به‌تنهایی نمی‏‌تواند مفید باشد. در تمام اندازه‌گیری‌‏های مربوط به تراکم عددی ذره، محدودیت‌‏های تجهیزات مورد استفاده در تفسیر نتایج حائز اهمیت است. تجهیزات CPC برای سنجش ذرات کوچک‌تر از 20 نانومتر حساسیت لازم را ندارند. میزان تراکم‌های گزارش‌شده با ابزارهایی که دارای حساسیت‏‌های یکسانی نیستند، می‏‌توانند اساساً متفاوت باشند به‌ویژه اگر قطر میانه شمارش ذره (Particle Count Median Diameter) نزدیک یا در این دامنه قرار داشته باشد. در این مورد، ابزارها به‌طور قابلِ‌توجهی تراکم عددی هواسُل نانو‏مواد را پایین‌تر از مقدار واقعی تخمین می‏‌زنند.

پیچیدگی بیشتر مربوط به ذرات معلق در هوا محیطی یا زمینه می‌شود و در واقع ابزارهای قرائت مستقیم باید بین انتشار ذرات از آن نوع فرایند کاری خاص و زمینه را تشخیص دهند. مگر این که محیط کار تحت شرایط اتاق تمیز (Clean Room) عمل کند. ذرات معلق در هوا از منابع خارجی وارد محیط کار شده و به میزان نانوذرات حاصل از فرایند کار می‌افزاید که این مورد باید در نظر گرفته شود، در غیر این‌صورت می‌‏تواند منجر به تخمین بیش از مقدار واقعی شود. سایر نانو‌ذرات که ممکن است در مجاورت آن فرایند کاری تولید شوند؛ به‌عنوان مثال نانوذراتی که از گرماسازها (heater) یا از موتورهای الکتریکی تولید می‌شوند، نیز می‌توانند سبب تخمین بیش از مقدار واقعی شوند. یک راه فایق آمدن به این مشکل، تعیین تراکم ذرات زمینه یا محیط پیش از شروع تولید یا پردازش نانوذرات است. روش دیگر، اندازه‌گیری هم‌زمان در میدان نزدیک (Near Field) (در مجاورت وظیفه/ فرایند) و میدان دور (Far Field) (دور از وظیفه شغلی یا فرایند کاری) است. میدان دور باید بیانگر زمینه مجاور به میدان نزدیک باشد. در برخی موارد، میدان دور، خارج از کارگاه قرار می‌گیرد. مقادیر میدان دور از مقادیر میدان نزدیک کم می‌شود تا امکان تخمین سهم آلودگی آن فرایند کاری فراهم شود. در این روش فرض می‏‌شود که ذرات میدان دور دارای اندازه‌‏های مشابه با ذرات میدان نزدیک هستند، که البته ممکن است همیشه این موضوع صادق نباشد. روش دیگر، تعیین اختلاف ترکیب بین نانوذرات تولید‌شده در محیط کار و هواسُل زمینه است.

نمونه‌برداری نانو‏ذرات هوابّرد به روش صافش (filtration)، جرم بسیار کمی از ذرات را جمع‏ آوری می‌کند (کمتر از 0/1 میلی‌گرم) و خطاهای متعددی در رابطه با تجزیه وزنی چنین نمونه‏‌هایی با جرم کم را به‌ همراه دارد. خطاهای حاصل از الکتریسیته ساکن، ارتعاش و آلودگی ذرات باید حذف شوند و پالایه‌ها باید تحت پروتکل‏‌های سخت‌گیرانه کنترل اثرات دما و رطوبت، آماده‌سازی و وزن شوند. برای پالایه‌هایی که بارگیری (loading) بسیار کمی داشته‌‏اند (به‌عنوان مثال کمتر از 0/05 میلی‌گرم)، اصلاحات مربوط به تغییر چگالی هوا (اصلاحات شناوری) توصیه می‌‏شود.

در مورد پالایه‌های با میزان بارگیری کم، لازم است ICPMS با حساسیت بالا (در مقایسه با طیف‌سنج نشر نوری (Optical Emission Spectroscopy)) برای اطمینان از رعایت حد تشخیص کمّی استفاده شود. شایان ذکر است که لازم است برای جلوگیری از آلوده شدن نمونه‏‌های پالایه با ذرات یا فلزات به هنگام گذاشتن و خارج کردن قاب پالایه در سراسر مراحل تجزیه‌و‌تحلیل، احتیاط‏‌های لازم به‌ عمل آید. در مورد پالایه‌های بارگذاری‌شده سبک، سهم فلزات از آلودگی‌های غیر‌عمدی ممکن است بیش از سهم ذراتی باشد که نمونه‌برداری شده‌اند. از این اقدامات احتیاطی می‌توان به استفاده از دستکش‌‏های نیتریل هنگام جابه‌جایی پالایه‌ها و گذاشتن و خارج کردن آن‌ها از قاب‏‌ها در زیر هود با جریان پاک و لایه‌ای (laminar) اشاره کرد [1و2].

 

5. حدود مجاز مواجهه شغلی برای نانوذرات

حفاظت کارکنان در برابر مواد سمی در محیط‏‌های کاری، از طریق کاهش میزان مواجهه به حدودی کمتر از مقادیر توصیه‌شده حاصل می‌شود. هر‏چند محدودیت‏‌های تجهیزاتی (شامل تجهیزات اندازه‌گیری و کنترل مواجهه) ممکن است در بعضی از موارد سبب شود که حتّی رعایت حدود مجاز مخاطراتی برای سلامتی کارگران به‌ همراه داشته باشند. در چنین مواردی، ممکن است برای محافظت بیشتر از کارگران انجام اقدامات تکمیلی لازم باشد (به‌طور مثال استفاده از تجهیزات حفاظت فردی، غربالگری پزشکی و همین‌طور تحقیق به منظور بهبود روش‌‏های نمونه‌برداری و تجزیه). اثرات سم‏‌شناسی نانوذرات می‏‌تواند به شکل حد‌ مجاز و غیرمجاز تعریف شود. حد مجاز، بیانگر مقدار مواجهه‏‌ای است که تماس شغلی  با کمتر از آن مقدار هیچ نوع اثر زیان‌آوری بر سلامتی فرد نمی‌گذارد. حد غیرمجاز بیانگر مقدار مواجهه‏‌ای است که تماس شغلی با آن مقدار باعث صفر شدن احتمال وقوع اثرات زیان‌آور بر سلامتی افراد نمی‏‌شود، هرچند فرض این مقدار مجاز، منطقی نیست. به‌عنوان مثال، زمانی‌که یک ماده سمی سبب تشدید پاسخ بدن نسبت به مواجهه محیطی دیگری ‏شود؛ علاوه‌ بر‌ این، مقدار متوسط حد مجاز، توزیع پاسخ‏‌ها را در جمعیت انسانی مد نظر قرار نمی‏‌دهد.

در مورد اثرات سم‏‌شناسی مقدار حد مجاز، توصیه می‏‌شود برای تعیین کمّی سطوح ”ایمن“ مراحل زیر انجام گیرد:

الف- تعیین سطح اثرات زیان‌‏آور غیر‌قابلِ‌مشاهده (-No-observed-adverse-effect-level (NOAEL)) یا پایین‌ترین سطح مشاهده‌ شده اثرات زیان‌آور (Lowest-observed-adverse-effect-level (LOAEL)).

ب-  برون‌یابی (extrapolation) سطوح حیوانی به سطوح انسانی از طریق تعدیل تفاوت‏‌های خاص گونه در جذب، توزیع، دگرگشت (metabolism) و حذف (Adsorption, Distribution, Metabolism, and Elimination (ADME)).

بهتر است برای ذرات ‌استنشاق‌‌شده، در برون‌یابی سطح اثر حیوانی به انسانی تفاوت‏‌های هوای ورودی به ریه، میزان ته‌نشست، الگوی مواجهه و مدت آن، اندازه بافت هدف (مساحت سطحی، جرم یا حجم) و همچنین پاک‌سازی، قابلیت انحلال و دگرگشت، مد نظر قرار گیرد.

پ- جمع‌بندی حدود مواجهه شغلی با مد نظر قرار دادن امکانات فنی و سایر عوامل.

این رویکرد، نمونه‌ای از روش‌‏های استفاده‌شده برای تخمین حدود مجاز مواجهه برای مواد غیر‌سرطان‌زاست. در این رویکرد، از عوامل عدم قطعیت برای اقتباس حدود مجاز مواجهه برای انسان‏‌ها استفاده می‌‏شود (اغلب عوامل 10‌تایی برای برون‌یابی حیوان به انسان، متغیر‏های بین‌فردی، مطالعه تحت مزمن و LOAEL در‌ صورتی‌که NOAEL موجود نباشد، در نظر گرفته می‏‌شود). علاوه‌ بر‌ این، راهنمای اخیر ارزیابی ریسک شورای ملی تحقیقات (National Research Council (NRC))، از توسعه و تکمیل حدود مجاز مواجهه با ریسک خاص برای مواد سرطان‌زا و غیر‌سرطان‌زا حمایت می‏‌کند، به‌عنوان مثال از طریق تخمین درصد جمیعت بالای یا زیر مخاطره قابلِ‌قبول تعریف شده و سطح اطمینان آن (با فرض این که برای افراد به هنگام مواجهه با مقادیر کمتر از حدود مجاز هیچ مخاطره‌ای وجود ندارد).

به‌جای استفاده از LOAEL یا NOAEL، روش‏‌های مبتنی بر مخاطره  معمولاً مدل‏‌های آماری را با استفاده از داده‏‌های دُز-پاسخ اصلاح می‌‏کنند، به‌ نحوی‌ که بتوان دُز معیار (BMD) (تخمین احتمال حداکثر دُز مربوط به میزان معین ریسک برای دامنه پایین‌تری از داده‌‏ها به‌طور مثال 10%) و Benchmark Dose Lower Confidence Limit (BDLCL) (حد پائین اطمینان 95 درصدی از دُز معیار) را تخمین زد. حد پائین اطمینان دُز معیار معمولاً به‌عنوان نقطه حرکت به‌سوی تعمیم سطوح مخاطره پایین‌تر استفاده می‏‌شود. حد پایین اطمینان 95 درصدی از دُز معیار گاهی به‌جای NOAEL برای استفاده از عوامل عدم قطعیت در اقتباس حدود مواجهه به کار می‏‌رود.

ویژگی‏‌های سم‏شناسی نانوذرات می‏‌تواند از ترکیب شیمیایی ذاتی یک ماده همان‌طور که برای آن ذره در مقیاس غیرنانو وجود دارد، اقتباس شود. جدا از آن، جامعه علمی این موضوع را در نظر می‌گیرد که آیا سمیّت اضافی نانوذرات به‌واسطه ماهیت ذره‌ای و ویژگی‏‌های منحصربه‌فرد مربوط به مقیاس نانو وجود دارد یا خیر. همچنین مطالعات سم‏‌شناسی نیز در نانوذرات جدید مانند نانولوله‌‏های کربنی که مشابه‏‌های بالک (Bulk Analogues) را ندارند، در حال انجام است.

یافته‏‌های سم‏‌شناسی مختلفی برای نانوذرات گزارش شده است. هر چند در مطالعات سم‏‌شناسی موجود گاهی اوقات از مواد آزمونی استفاده می‏‌شود که اکثراً به‌واسطه محدودیت‏‌های فنی به‌خوبی توصیف نشده‌اند؛ بنابراین در‌ حال‌ِحاضر، تنها تعداد محدودی از داده‏‌های معتبر مرتبط با مخاطرات سم‏‌شناسی آن‌ها وجود دارد که می‌‏تواند برای تدوین حدود مجاز مواجهه شغلی استفاده شود. این باور وجود دارد که این حدود مواجهه در آینده نزدیک صرفاً برای تعداد کمی از مواد نانویی مهندسی‌شده قابل‌ دسترس خواهد بود.

نتایج مدل‌سازی حاصل از داده‏‌های دُز-پاسخ، مبنای کمّی را برای تدوین حدود مجاز مواجهه شغلی با نانوذرات فراهم می‌‏کند. حدود مجاز مواجهه شغلی برحسب تراکم جرمی، برای تعداد محدودی از مواد نانو‏ساختار به شکل نانوذرات انبوهه و کلوخه مانند کربن‌سیاه، دُژدود (fume) اکسید روی، دُژدود سیلیس و نانولوله یا نانوالیاف کربنی وجود دارد.

در‌ این‌ خصوص، داده‌های اندکی وجود دارد، مخاطرات مبتنی بر ویژگی‌‏های سم‏‌شناسی نانوذرات هنوز هم به‌طور‌ کامل ارزیابی نشده‌اند. هرچند معمولاً بدین شکل در نظر گرفته می‏‌شود که:

-         ویژگی‏‌های سم‏‌شناسی نانوذرات را همواره نمی‌توان صرفاً از سمیّت شناخته‏ شده همان ماده در مقیاس ماکروسکوپی پیش‌بینی کرد.

-         برای برخی از نانوذرات، جرم، مقیاس مناسبی برای تعیین مواجهه نیست و مساحت سطحی و تعداد ذرات نانو‏مواد جایگزین‏‌های بهتری هستند.

بنابراین حدود مواجهه شغلی جرمی برای موادی با اندازه‌‏ای غیر از نانو، ممکن است معیار مناسبی برای توصیف میزان مواجهه در دامنه‏‌ای از اندازه ذرات نباشد؛ به‌عنوان مثال در‌ صورتی‌که سمیّت به مساحت سطحی ذره مربوط باشد یا در‌صورتی‌که میزان مواجهه با این مواد زیر حدود تشخیص جرمی باشد.

تدوین حدود مواجهه در غیاب داده‏‌های کامل ارزیابی ریسک، موضوع جدیدی نیست. این امر مستلزم تلاش‌‏های مشترک متخصصین صنعتی در زمینه ارزیابی ریسک، متخصصین مخاطرات ویژه و افراد آشنا با فرایند و شرایط آن محیط کاری خاص است.

تدوین روشی با رویکرد استفاده از اطلاعات موجود نانوذرات خاص برای استنتاج حد مواجهه شغلی (Occupational Exposure Limit (OEL)) با استفاده از حدود مجاز حالت کُپه‌ای (bulk) همان ترکیب شیمیایی ارزشمند خواهد بود. یک راه‌حل جایگزین می‏‌تواند گروه‌بندی نانوذرات بر اساس قابیلت مخاطرات آن‌ها و توسعه دامنه‌‏ها یا دسته‌بندی حدود مواجهه باشد. یک روش پیشنهادی دیگر، طبقه‌بندی نانوذرات بر اساس مواردی چون شیمی سطح، شکل ذره، قطر ذره، قابلیت انحلال، سرطان‌زا بودن، سمیّت برای دستگاه تناسلی، جهش‌زایی، سمیّت پوستی و سمیّت مواد اولیه است.

 به‌طور‌کلی، در تدوین حدود مجاز مواجهه و تعریف طبقه مواجهه، در ‌نظر گرفتن محدودیت‌‏های روش‌‏های موجود اندازه‌گیری حائز اهمیت است [1و2].

منابـــع و مراجــــع

1. ISO. ISO/TS 12901-1:. Nanotechnologies — Occupational risk management applied to engineered nanomaterials — Part 1: Principles and approaches. Switzerland: International Organization for Standardization; 2012.

2. سازمان ملی استاندارد ایران. 19816-1: فناوری‏نانو- مدیریت ریسک شغلی نانومواد مهندسی‏شده قسمت1: اصول ورهیافتها. ایران: سازمان ملی استاندارد ایران; 1394.