粉塵サンプリング方法の評価

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粉塵検査は職業健康検査の重点であり、その検査の焦点はサンプリングにある。したがって、粉塵のサンプリングこそが職業健康検査の中でも最も重要な部分となる。しかし、作業現場のサンプリング環境は比較的複雑で干渉要因も多いため、サンプリング方法が特に重要になる。正しいサンプリング方法を選択することが、検査誤差を低減するための最優先課題である。粉塵サンプリングは、総粉塵サンプリングと呼気粉塵サンプリングの2つに分かれ、それぞれが個人サンプリングと固定点サンプリングの2つに分かれます。ここではこれら4つの方法について評価を行います。総粉塵サンプリング：1、個人総粉塵：個人総粉塵の場合は、直径37mmまたは40mmのサンプリングキャップを使用し、サンプリング流量は1～5L/分です。個人用サンプラーを使用し、空気の流入方向は個人の呼吸方向を模倣して、下から上へと採取します；サンプリング時間は作業員の全接触時間です；2、定点サンプリング：定点サンプリングでは直径37mmまたは40mmのサンプリングキャップを使用し、サンプリング流量は15～40L/minで、定点粉塵サンプラーを用いる。吸気方向は規定されていない；サンプリング時間は15分で、サンプリング時刻は濃度が最も高くなる時間帯、濃度が最も高い作業場所；2つの比較から、個々の粉塵については呼吸方向に合わせてサンプリングする必要があることがわかる。吸気口は下向きとし、採取される粉塵はPM10未満のものが主となる。定点での粉塵サンプリングにおいては、現在国内では吸気口を水平方向にして行われ、採取される粉塵は大きな粒子が主となっている。しかし、GBZ2.1の基準によれば、全粉塵とは呼吸器全体に入り得る粉塵のことである；大きな粒子の粉塵は呼吸器に入ることができず、呼吸器に入る粉塵は主にPM10以下のものです。時間の違いを考慮せずに2つの吸入方法を比較するため、いくつかの比較試験を行います：比較方法：定位置での9L/分の横方向サンプリングおよび定位置での5L/分の縦方向サンプリング；比較地点：1、炭鉱の坑内掘進面；2、炭鉱の坑内還気巷；3、炭鉱坑内コンベヤの末端； サンプリング地点　サンプル番号　M1（mg）　M2（mg）　Δm（mg）　V（L）　C（mg/m3）
210606　回風順槽の延長部分にある掘進作業面の転送地点　横方向01　11.03　15.39　4.36　135.64　32.14　縦方向01　13.27　14.19　0.92　77.090　11.93
210606　回風順槽の掘進作業面の回風路　横方向02　13.90　15.56　1.66　135.58　12.24　縦方向02　12.77　13.53　0.76　75.639　10.05
主斜井のコンベヤーの後方、回風側　横方向03　13.09　15.19　2.10　135.60　15.49　縦方向03　11.22　11.68　0.46　75.834　6.07

上記のデータからわかるように、横方向から空気を取り入れてサンプリングした場合の濃度は、粉塵が発生している場所（地点1および3）では、縦方向から空気を取り入れてサンプリングした場合の濃度の約3倍であった。一方、粉塵が発生していない場所（地点2）では、濃度は約1.2倍であった。粉塵の粒径分布を分析すると、地点1および3では横方向からサンプリングした粉塵は大きな粒子が多く含まれているのに対し、縦方向からサンプリングした粉塵には大きな粒子はほとんど含まれていなかった。地点2では、両方のサンプリング方法で得られた粉塵の粒径分布はほぼ同じで、どちらも小さな粒子で構成されていた。これにより、定点粉塵サンプリングの正しい方法は縦方向からの吸気サンプリングであることがわかるが、なぜ市販の定点サンプラーではすべて横方向からの吸気方式になっているのだろうか？それらは環境衛生用のサンプラーであり、職業衛生には適していない。環境衛生のサンプリング時には、大きな粒子状物質はほとんど存在しない（砂嵐が発生している場合を除く）。したがって、吸気方向はサンプリング結果に影響を与えない。職業衛生のサンプリングは、図に示すように、縦方向の吸気モードのみを使用し、横方向の吸気モードは使用できない。 呼出粉塵サンプリング：1、個人の呼出粉塵：個人の呼出粉塵の採取には、サイクロン式分離器とインパクト式分離器の2種類の分離方法が用いられ、具体的なサンプリング流量は分離器の容量によって異なる。しかし、分離曲線は必ずBMRCまたはACGIHの曲線を満たさなければならない（図参照）。サンプリング時間は一般的に、労働者が1日を通じて粉塵に曝露される時間となる； 3、定位置での粉塵採取：定位置での粉塵採取方法にも、サイクロン式分離器とインパクト式分離器の2種類があり、いずれも分離曲線がBMRCまたはACGIHの曲線を満たすことが求められる。採取時間は15分で、採取時期は濃度が最も高くなる時間帯、つまり濃度が最も高い作業場所で行う；これら2つの分離法を用いて、もう一組の比較試験を行います；比較方法：定点20L/min横方向サンプリングと定点10L/min縦方向サンプリング；比較地点：1、炭鉱の坑内掘進面；2、炭鉱の坑内還気巷；3、炭鉱坑内コンベヤの末端； サンプリング地点　サンプル番号　M1（mg）　M2（mg）　Δm（mg）　V（L）　C（mg/m3）
210606　回風順槽延長部の掘進作業面での転載地点　衝撃式01　12.52　17.01　4.48　300　11.59　サイクロン式01　13.32　13.64　0.32　150　2.12
210606　回風順槽の掘進作業面の回風巷　衝撃式02　12.35　12.76　0.41　300　1.37　サイクロン式02　11.99　12.18　0.19　150　1.25
主斜井のコンベヤーの尾側の回風側　衝撃式03　12.68　13.94　1.26　300　4.21　サイクロン式03　12.91　13.08　0.17　150　1.15

上記のデータから、粉塵が発生する場所（地点1および3）でサンプリングを行った場合、サイクロン式と衝撃式の濃度には大きな差があることがわかります。一方、粉塵が発生しない場所（地点2）では、濃度はほぼ同じです。また、サンプルのばらつきを分析すると、地点1および3では衝撃式で採取されたサンプルに含まれる大きな粒子の粉塵の量が、サイクロン式で採取されたサンプルよりも明らかに多いことがわかります。地点2では、両方の方式で得られたサンプルの粉塵量はほぼ同等です；なぜこのような現象が起こるのでしょうか？この質問に答えるためには、分離曲線認証試験とこれら2つの方法の原理から説明しなければなりません。1. 認証試験方法：あらゆる種類の分離装置の分離曲線認証を行う際には、異なる粒径の標準アエロゾル発生器を用いてアエロゾルを生成し、それぞれ分離器で分離した後に分離効率を比較する。分離効率が50％となるアエロゾルの粒径が4μmの場合はACGIH曲線に、5μmの場合はBMRC曲線に適合する；この実験では、異なる粒径のエアロゾルを別々に分離試験を行い、すべてのエアロゾルを混ぜ合わせて同時に実験を行ったわけではありません。2、サイクロン式分離器：サイクロン式分離器の吸気口から空気が取り込まれると、気流は分離器の内壁に沿って接線方向に回転し、大きな粒子の粉塵は沈降速度が速く、大きな粒子用の沈降槽に沈みます。一方、小さな粒子の粉塵は沈降速度が遅く、フィルター膜に吸着されます。3、衝撃式セパレーター：衝撃式セパレーターの吸気口から空気が導入されると、気流が直接衝撃板に衝突します。衝撃板にはシリコンオイルが塗布されており、異なる粒径の粉塵が一定の割合で衝撃板に付着し、残った粉塵はフィルターメンブレンに吸着されます。これら2つの方法の原理からわかるように、サイクロン分離器は沈降法を用いて分離するため、大きな粒子が多くてもA曲線およびB曲線に適合する粉塵を正常に分離できる。しかし、インパクト式分離器では問題が生じる。1つ目に、認証試験時には大きな粒子に関するテストが行われておらず、現場での横方向からの空気供給方式では、どんなに大きな粒子でも分離器内に入り込む可能性がある；2、衝撃板には異なる粒径の大きな粒子状粉塵が同時に貼り付けられており、小さな粒子状粉塵が再び付着するのを困難にしている；3、大きな粒子の粉塵濃度が高いため、すぐに飽和状態になり、その後大量の大きな粒子の粉塵がフィルター膜に入ってしまいます。同じ質問です：なぜ市場に出回っている呼気塵の採取装置は、このような衝撃式の分離器が使われているのでしょうか？答えも同じで、それらは環境サンプリング用の装置です。環境サンプリング時には状況や場所が2と同じであり、大きな粒子の粉塵が発生する要因は存在しないため、インパクト型分離器に干渉はありません。しかし、職業衛生の分野では事情が異なり、定点的な呼気粉塵測定は、大きな粒子の粉塵が発生し、その干渉が最も深刻になるタイミングで行われます。そのため、横方向から空気を取り入れるタイプのインパクト型呼気粉塵サンプラーは使用できず、サイクロン式の呼気粉塵サンプラー、または吸気口が下を向いているタイプのインパクト型呼気粉塵サンプラーを使用すべきです。