نقد روشهای نمونهبرداری گرد و غبار
Thread Content
بررسی گرد و غبار یکی از موارد کلیدی در ارزیابی سلامت شغلی است و نقطه کلیدی این بررسی، نمونهبرداری است؛ بنابراین نمونهبرداری از گرد و غبار، مهمترین بخش از ارزیابی سلامت شغلی محسوب میشود. اما به دلیل پیچیدگی محیط نمونهبرداری در محل کار و وجود عوامل مختلف مزاحم، روشهای نمونهبرداری اهمیت بسیار زیادی پیدا میکنند. انتخاب روش صحیح نمونهبرداری، اولین گام برای کاهش خطاهای اندازهگیری است. نمونهبرداری از گرد و غبار به دو بخش تقسیم میشود: نمونهبرداری از گرد و غبار کلی و نمونهبرداری از گرد و غبار خروجی از بدن؛ هر یک از این بخشها نیز به دو زیربخش، یعنی نمونهبرداری فردی و نمونهبرداری در نقاط مشخص، تقسیم میشوند. در اینجا، به بررسی این چهار روش میپردازیم:نمونهبرداری از گرد و غبار کلی:
۱. گرد و غبار کلی فردی: برای این منظور از جعبههای نمونهبرداری با قطر ۳۷ میلیمتر یا ۴۰ میلیمتر استفاده میشود؛ سرعت جریان گاز بین ۱ تا ۵ لیتر در دقیقه است. از دستگاههای نمونهبرداری فردی استفاده میشود و جهت ورود گاز، مشابه جهت تنفس فرد است؛ یعنی گرد و غبار از پایین به بالا جمعآوری میشود ； زمان نمونهبرداری، کل زمان تماس کارگر است ； ۲. نمونهبرداری در نقطه مشخص: برای نمونهبرداری در نقطه مشخص، از ظروف نمونهبرداری با قطر ۳۷ میلیمتر یا ۴۰ میلیمتر استفاده میشود؛ سرعت جریان نمونه بین ۱۵ تا ۴۰ لیتر در دقیقه است. از دستگاههای نمونهبرداری گرد و غبار در نقطه مشخص نیز استفاده میشود؛ جهت ورود هوا مشخص نشده است ； زمان نمونهبرداری ۱۵ دقیقه است و زمان نمونهبرداری، همان بازهی زمانی با بالاترین غلظت است؛ محل کار نیز همان جایی است که غلظت بالاترین میزان را دارد ； با مقایسه این دو روش، مشخص میشود که برای آزمایش گرد و غبار در سطح فرد، نمونهبرداری باید در جهت تنفس انجام شود؛ یعنی ورودی هوا به سمت پایین باشد تا گرد و غبارهایی که کوچکتر از PM10 هستند، جمعآوری شوند. در روشهای فعلی نمونهبرداری در کشور، ورودی هوا به سمت افقی است و گرد و غبارهایی که جمعآوری میشوند، عمدتاً دانههای بزرگ هستند. اما طبق استاندارد GBZ2.1، گرد و غبار کلی، همان گرد و غباری است که میتواند وارد کل مجاری تنفسی شود ； غبارهای درشت نمیتوانند وارد مجاری تنفسی شوند؛ غبارهایی که وارد مجاری تنفسی میشوند، عمدتاً از نوع PM10 یا کوچکتر هستند. اگر تفاوتهای زمانی را در مقایسه دو روش ورود غبار در نظر نگیریم، چند مجموعه آزمایش مقایسهای انجام خواهیم داد: روش مقایسه: نمونهبرداری افقی با سرعت ۹ لیتر بر دقیقه در یک نقطه مشخص و نمونهبرداری عمودی با سرعت ۵ لیتر بر دقیقه در یک نقطه مشخص ； محل مقایسه: ۱. سطح حفاری در زیرزمین معادن زغالسنگ ； ۲. مسیر بازگشت هوا در معادن زغالسنگ ； ۳. انتهای نوارنقاله در زیرزمین معادن زغالسنگ ； محل نمونهبرداری، شماره نمونه، M1 (میلیگرم)، M2 (میلیگرم)، Δm (میلیگرم)، V (لیتر)، C (میلیگرم/م³):
۲۱۰۶۰۶: نقطه انتقال نمونه در بخش توسعه مسیر بازگشت هوا؛ جهت افقی ۰۱: ۱۱.۰۳، ۱۵.۳۹، ۴.۳۶، ۱۳۵.۶۴، ۳۲.۱۴؛ جهت عمودی ۰۱: ۱۳.۲۷، ۱۴.۱۹، ۰.۹۲، ۷۷.۰۹۰، ۱۱.۹۳.
۲۱۰۶۰۶: مسیر بازگشت هوا در بخش توسعه مسیر بازگشت هوا؛ جهت افقی ۰۲: ۱۳.۹۰، ۱۵.۵۶، ۱.۶۶، ۱۳۵.۵۸، ۱۲.۲۴؛ جهت عمودی ۰۲: ۱۲.۷۷، ۱۳.۵۳، ۰.۷۶، ۷۵.۶۳۹، ۱۰.۰۵.
محل نمونهبرداری: سمت بازگشت هوا در کانالهای اصلی؛ جهت افقی ۰۳: ۱۳.۰۹، ۱۵.۱۹، ۲.۱۰، ۱۳۵.۶۰، ۱۵.۴۹؛ جهت عمودی ۰۳: ۱۱.۲۲، ۱۱.۶۸، ۰.۴۶، ۷۵.۸۳۴، ۶.۰۷.
بر اساس دادههای فوق، میزان غلظت حاصل از روش نمونهبرداری افقی، در زمان تولید گرد و غبار (مکانهای ۱ و ۳)، حدود ۳ برابر میزان غلظت حاصل از روش نمونهبرداری عمودی است؛ در حالی که در زمان عدم تولید گرد و غبار (مکان ۲)، این میزان حدود ۱.۲ برابر است. با بررسی میزان پراکندگی گرد و غبار، مشخص میشود که در مکانهای ۱ و ۳، گرد و غبار جمعآوری شده از طریق روش نمونهبرداری افقی، عمدتاً از دانههای بزرگ تشکیل شده است؛ در حالی که در مکان ۲، گرد و غبار جمعآوری شده از طریق روش نمونهبرداری عمودی، تقریباً فاقد دانههای بزرگ است. میزان پراکندگی گرد و غبار جمعآوری شده در مکان ۲ نیز تقریباً یکسان است؛ یعنی هر دو نوع گرد و غبار، از دانههای کوچک تشکیل شدهاند. بنابراین مشخص میشود که روش صحیح برای نمونهبرداری از گرد و غبار در نقاط مشخص، نمونهبرداری با ورودی هوا به سمت عمودی است؛ اما چرا روش ورودی هوا در دستگاههای نمونهبرداری موجود در بازار، همگی به سمت افقی است؟ از آنجایی که اینها نمونهبردارهای مورد استفاده در بهداشت محیطی هستند و برای بهداشت شغلی مناسب نیستند، هنگام نمونهبرداری در بهداشت محیطی، ذرات درشت تقریباً وجود ندارند (مگر در هنگام وقوع طوفان گرد و غبار)، بنابراین جهت ورود هوا بر نتایج نمونهبرداری تأثیری ندارد. برای نمونهبرداری در حوزه بهداشت شغلی، تنها میتوان از الگوی ورود هوا به صورت عمودی استفاده کرد و نه الگوی افقی، همانطور که در شکل نشان داده شده است. نمونهبرداری از گرد و غبار تنفسی: ۱. گرد و غبار تنفسی فردی: برای جداسازی گرد و غبار تنفسی فردی، از دو روش جداسازی، یعنی جداسازی با استفاده از سیکلون و جداسازی با استفاده از فشار، استفاده میشود. میزان جریان نمونهبرداری بسته به نوع جداسازی و حجم جریان آن متفاوت است؛ اما منحنی جداسازی باید مطابق با منحنیهای BMRC یا ACGIH باشد (همانطور که در شکل نشان داده شده است). زمان نمونهبرداری معمولاً معادل زمانی است که کارگر در طول روز در معرض گرد و غبار قرار دارد ； ۳. نمونهبرداری از گرد و غبار در نقاط مشخص: روش نمونهبرداری از گرد و غبار در نقاط مشخص نیز شامل دو نوع، یعنی جداکنندههای گردبادی و جداکنندههای ضربهای، است؛ همچنین از این روش نیز انتظار میرود که منحنی جداسازی مطابق با منحنیهای BMRC یا ACGIH باشد. زمان نمونهبرداری ۱۵ دقیقه است و زمان مناسب برای نمونهبرداری، همان بازه زمانی است که غلظت گرد و غبار در بالاترین حد خود قرار دارد، یعنی در محلهای کاری که غلظت گرد و غبار بالاترین میزان را دارد ； ما از این دو روش جداسازی برای انجام یک مجموعه دیگر از آزمایشهای مقایسهای استفاده میکنیم ； روش مقایسه: نمونهبرداری افقی در نقطه ثابت با سرعت ۲۰ لیتر بر دقیقه و نمونهبرداری عمودی در نقطه ثابت با سرعت ۱۰ لیتر بر دقیقه ； محل مقایسه: ۱. سطح حفاری در زیرزمین معادن زغالسنگ ； ۲. مسیر بازگشت هوا در معادن زغالسنگ ； ۳. انتهای نوارنقاله در زیرزمین معادن زغالسنگ ； محل نمونهبرداری، شماره نمونه، M1 (میلیگرم)، M2 (میلیگرم)، Δm (میلیگرم)، V (لیتر)، C (میلیگرم/م³):
در نقطه انتقال نمونه در بخش گسترش مسیر بازگشت هوا در شماره ۲۱۰۶۰۶:
نوع انتقال نمونه: ارتعاشی ۰۱؛ مقادیر: ۱۲.۵۲، ۱۷.۰۱، ۴.۴۸؛ V: ۳۰۰ لیتر؛ C: ۱۱.۵۹ میلیگرم/م³.
نوع انتقال نمونه: گردبادی ۰۱؛ مقادیر: ۱۳.۳۲، ۱۳.۶۴، ۰.۳۲؛ V: ۱۵۰ لیتر؛ C: ۲.۱۲ میلیگرم/م³.
در مسیر بازگشت هوا در بخش حفاری مسیر بازگشت هوا در شماره ۲۱۰۶۰۶:
نوع انتقال نمونه: ارتعاشی ۰۲؛ مقادیر: ۱۲.۳۵، ۱۲.۷۶، ۰.۴۱؛ V: ۳۰۰ لیتر؛ C: ۱.۳۷ میلیگرم/م³.
نوع انتقال نمونه: گردبادی ۰۲؛ مقادیر: ۱۱.۹۹، ۱۲.۱۸، ۰.۱۹؛ V: ۱۵۰ لیتر؛ C: ۱.۲۵ میلیگرم/م³.
در سمت بازگشت هوا در کانال نقالههای معدن:
نوع انتقال نمونه: ارتعاشی ۰۳؛ مقادیر: ۱۲.۶۸، ۱۳.۹۴، ۱.۲۶؛ V: ۳۰۰ لیتر؛ C: ۴.۲۱ میلیگرم/م³.
نوع انتقال نمونه: گردبادی ۰۳؛ مقادیر: ۱۲.۹۱، ۱۳.۰۸، ۰.۱۷؛ V: ۱۵۰ لیتر؛ C: ۱.۱۵ میلیگرم/م³.
بر اساس دادههای فوق، مشخص است که در محلهایی که گرد و غبار تولید میشود (محلهای ۱ و ۳)، تفاوت غلظت نمونههای به دست آمده با روشهای ارتعاشی و گردبادی بسیار زیاد است؛ اما در محلی که گرد و غبار تولید نمیشود (محل ۲)، غلظت نمونهها بسیار نزدیک به هم است. همچنین، با بررسی میزان پراکندگی نمونهها، مشخص میشود که در محلهای ۱ و ۳، تعداد ذرات درشت گرد و غبار به دست آمده با روش ارتعاشی، بسیار بیشتر از روش گردبادی است؛ در حالی که در محل ۲، این دو روش نتایج نزدیکی به هم را نشان میدهند ； چرا چنین پدیدهای رخ میدهد؟ برای پاسخ به این سؤال، باید از آزمون تأیید منحنی جداسازی و اصول این دو روش شروع کرد. ۱. روش آزمایش اعتبارسنجی: هنگام اعتبارسنجی منحنی جداسازی برای هر نوع دستگاه جداسازی، از ژنراتورهای آئروسل استاندارد با اندازه ذرات مختلف برای تولید آئروسل استفاده میشود؛ سپس پس از جداسازی توسط دستگاه جداسازی، بازده جداسازی مقایسه میگردد. وقتی بازده جداسازی برای آئروسلهایی با اندازه ۴ میکرومتر ۵۰٪ باشد، این منحنی مطابق با منحنی ACGIH خواهد بود؛ و هنگامی که بازده جداسازی برای آئروسلهایی با اندازه ۵ میکرومتر ۵۰٪ باشد، این منحنی مطابق با منحنی BMRC خواهد بود ； در این آزمایش، آئروسلهایی با اندازههای ذرهای مختلف به طور جداگانه مورد آزمایش قرار گرفتند و تمام آئروسلها با یکدیگر مخلوط نشدند تا همزمان آزمایش شوند. ۲. جداکننده گردبادی: پس از ورود هوا از ورودی جداکننده گردبادی، جریان هوا در جهت مماس دیواره داخلی جداکننده میچرخد؛ ذرات درشت گرد و غبار با سرعت بیشتری سقوط کرده و به محفظه ذخیره ذرات درشت میروند، در حالی که ذرات ریز گرد و غبار با سرعت کمتری سقوط کرده و به روی فیلتر جذب میشوند. ۳. جداکننده ضربهای: پس از ورود هوا از ورودی جداکننده ضربهای، جریان هوا مستقیماً به صفحه ضربه برخورد میکند؛ روی این صفحه روغن سیلیکونی وجود دارد که باعث میشود گرد و غبارهایی با اندازههای مختلف به نسبت مناسب روی صفحه ضربه چسبیده شوند و گرد و غبارهای باقیمانده نیز روی فیلتر جذب میشوند. با بررسی اصول این دو روش مشخص میشود که سانتریفیوژها به دلیل استفاده از روش تهنشینی، حتی در صورت وجود تعداد زیادی ذرات درشت نیز میتوانند گرد و غبارهای مطابق با منحنیهای A و B را به خوبی جدا کنند؛ اما در سانتریفیوژهای ارتعاشی مشکلاتی پیش میآید. ۱. در آزمایشهای تأییدیه، آزمایشی بر روی ذرات درشت انجام نشده است؛ بنابراین در حالت ورود هوا به صورت عرضی، ذرات درشت میتوانند وارد سانتریفیوژ شوند ； ۲. روی صفحه ضربه، گرد و غبارهای درشت با اندازههای مختلف به طور همزمان چسبانده شدهاند که باعث میشود چسبیدن گرد و غبارهای ریز به آن دشوار شود ； ۳. غلظت گرد و غبار دانههای بزرگ بالاست؛ به سرعت فیلتر اشباع میشود و سپس مقدار زیادی از گرد و غبار دانههای بزرگ وارد فیلتر میگردد. همان سؤال: چرا برای جمعآوری گرد و غبار هوا در بازار، از این نوع جداکنندههای ضربهای استفاده میشود؟ پاسخ نیز یکسان است؛ آنها دستگاههایی برای نمونهبرداری از محیط هستند. در هنگام نمونهبرداری از محیط، شرایط و مکان مشابه است و هیچ عاملی که منجر به تولید گرد و غبار دانههای بزرگ شود، وجود ندارد؛ بنابراین این موضوع هیچ تأثیری بر جداکنندههای ضربهای ندارد. اما در صنعت بهداشت حرفهای، نمونهبرداری از گرد و غبار در نقاط مشخص، دقیقاً در زمانی انجام میشود که گرد و غبار دانههای بزرگ تولید میشود و اختلالات ناشی از آنها در بالاترین حد است؛ بنابراین نمیتوان از دستگاههای نمونهبرداری ضربهای با ورودی هوا از جهت افقی استفاده کرد، بلکه باید از دستگاههای نمونهبرداری گرد و غبار نوع گردبادی یا دستگاههایی با ورودی هوا از جهت پایین استفاده کرد.