a
arbete och hälsa vetenskaplig skriftserie
ISBN 91–7045–419–1 ISSN 0346–7821
1997:13
Provtagningseffektivitet för den svenska metoden för mätning av totaldamm
Göran Lidén
Lee Kenny
Dave Mark
Colin␣ Chalmers
ARBETE OCH HÄLSA Redaktör: Anders Kjellberg
Redaktionskommitté: Anders Colmsjö, Elisabeth Lagerlöf och Ewa Wigaeus Hjelm
© Arbetslivsinstitutet & författarna 1997 Arbetslivsinstitutet,
171 84 Solna, Sverige ISBN 91–7045–419–1 ISSN 0346-7821 Tryckt hos CM Gruppen
Arbetslivsinstitutet
Centrum för arbetslivsforskning
Arbetslivsinstitutet är nationellt centrum för forskning och utveckling inom arbetsmiljö, arbetsliv och arbets- marknad. Kunskapsuppbyggnad och kunskapsanvändning genom utbildning, information och dokumentation samt internationellt samarbete är andra viktiga uppgifter för institutet.
Kompetens för forskning, utveckling och utbildning finns inom områden som
• arbetsmarknad och arbetsrätt,
• arbetsorganisation, produktionsteknik och psykosocial arbetsmiljö,
• ergonomi,
• arbetsmiljöteknik och belastningsskador,
• arbetsmedicin, allergi, påverkan på nervsystemet,
• kemiska riskfaktorer och toxikologi.
Totalt arbetar omkring 470 personer vid institutet, varav 350 med forskning. Forskning och utbildning sker i samarbete med universitet och högskolor.
Förord
Yrkesmässig exponering för ”totaldamm” har i Sverige och andra länder mätts sedan sextiotalet. Man har trott att den använda mätmetoden mätte allt luft- buret damm, därav begreppet totaldamm. I ett gemensamt europeiskt projekt har för första gången provtagningseffektiviteten för flera länders standard- provtagare för totaldamm bestämts i ett laboratorium. I denna rapport redovi- sas resultaten för den svenska metoden för att provta totaldammhalter fram- tagna inom det europeiska projektet, samt resultat av endra experiment med den svenska totaldamm-metoden utförda på liknande sätt vid samma laborato- rium.
Detta projekt har (vad avser svenskt deltagande) ekonomiskt stötts av Arbetslivsinstitutet, Rådet för arbetslivsforskning (f. d. Arbetsmiljöfonden projektnr 92-0181), Europeiska Gemenskapens tredje ramprogram, del- programmet Measurements and Testing (projektnr MAT-C920047) samt brittiska Health and Safety Executive (HSE). Lee Kenny vid HSE var koordi- nator för det europeiska projektet. Experimenten genomfördes under ledning av Dave Mark, dels vid Warren Spring Laboratory (Stevenage), och efter dess nedläggning vid AEA Technology (Didcot). De experimentella försöks- planerna liksom den statistiska analysen av mätdata har gjorts av Colin Chal- mers vid DataStat Consultants (London).
Solna i maj 1997
Staffan Krantz
Innehåll
Inledning 1
Litteraturgenomgång 2
Material och metoder 3
Vindtunnel 3
Docka 4
Aerosolgenerering 4
Mätning av aerosolkoncentrationer 5
Bestämning av på filteren depåonerad massa 6
Bestämning av referenskoncentration 6
Experimentell design 6
Systematiskt fel ralativt provtagningskonventionen för inhalerbart damm 7
Resultat 8
Aluminiumoxidaerosol vid vindstyrka 0,5, 1 och 4 m/s 8 Fluoresceinaerosol vid vindstyrka 0,25 och 0,5 m/s 11 Jämförelse av ledande och isolerande kassetter vid vindstyrka 0,5 m/s 12
Diskussion 13
Systematiskt fel relativt inhalerbart damm 13
Experimentens relevans 14
Slutsatser 15
Sammanfattning 16
Summary 16
Referenser 17
Inledning
Fšr att bestŠmma arbetares exponering fšr hŠlsovŒdligt damm, vilket ej enbart Šr skadligt fšr den del av lungorna dŠr gas-utbytet sker (alveolerna), mŠts luftens dammhalt enligt en metod som kallas fšr totaldamm. BŒde begreppet och den svenska mŠtmetoden hŠrstammar frŒn 60-talet. I Sverige mŠts totaldammhalter med plastkassetter tillverkade i SAN-plast. Vanligen anvŠnds 37Êmm filter, men Šven 25Êmm anvŠnds. I Sverige och Finland tas locket av kassetten under prov- tagningen sŒ att filterytan Šr šppen mot den omgivande luften ("open-face" pŒ engelska), medan man i USA och t.ex. Norge, Frankrike och Spanien behŒller loc- ket pŒ och enbart tar av proppen till insugningsšppningen ("closed-face" pŒ engelska) vilket škar insugningshastigheten och inte pŒ samma sŠtt exponerar filterytan under provtagningen. I alla lŠnderna placeras kassetten under provtag- ningen ungefŠr pŒ nyckelbenet, sŒ att lutningen mot horisontalplanet blir ~45 °. I en del lŠnder inom EG (t.ex. Tyskland, Holland och Danmark) provtas totaldamm med olika provtagare placerade antingen pŒ nyckelbenet eller framme pŒ bršstet, dock har de alla en insugningshastighet lika med 1.25Êm/s. I Danmark anvŠnds kassetten pŒ ett liknande som i Norge, fast med hŒlet uppborrat sŒ att insugnings- hastigheten blir 1.25Êm/s. I Sverige Šr kraven pŒ provtagningar av totaldamm inte strikta, utan kan variera stort: luftflšde 2Êl/min vid personburen provtagning och 20 ±5Êl/min vid eller stationŠr provtagning, 25 eller 37Êmm kassett, kassett av elek- triskt ledande eller isolerande material. Den stora variation i utrustning och hand- havande fšr mŠtning av totaldamm (bŒde nationellt och internationellt) medfšr att begreppet inte Šr vŠldefinierat, trots att mŠtmetoden anvŠnds šver hela den indu- strialiserade vŠrlden. Mot denna bakgrund Šr det inte svŒrt att fšrstŒ att man pŒ 80-talet misslyckades med att infšra en internationell standard fšr hur totaldamm skall definieras och hur det skall provtas.
Sedan slutet av 70-talet har fšrsšk utfšrts i Storbritannien, Tyskland och USA fšr att fšrsška bestŠmma hur stor andel av den omgivande luftens partikelkoncen- tration som faktiskt andas in av mŠnniskor (12, 21). Fšrsšken har utfšrts med skyltdockor som utrustats med in- och utblŒs som reglerats efter hur mŠnniskor i olika form av anstrŠngning vanligen andas. Direkt efter insuget finns ett filter pla- cerat som samlar upp alla insugna partiklar. Dockorna har placerats i vindtunnlar.
Fšr olika andningssŠtt, partikelstorlek, vindstyrka, riktning till vinden, har man bestŠmt kvoten mellan den partikelkoncentration som andas in och den som finns i den ostšrda luften. Man har funnit att det vindriktningsoberoende medelvŠrdet blir tŠmligen oberoende bŒde av andningssŠtt och vindstyrkor understigande 4Êm/s. Dessa experiment har legat till grund fšr en internationell standard som beskriver andelen inandade partiklar som funktion av partikelstorleken (1, 2, 4).
Andelen inandade partiklar beskrivs av en matematisk funktion, och kallas fšr provtagningskonventionen fšr inhalerbart damm, och Šr idag svensk standard (3).
Ett experiment i en vindtunnel pŒ detta sŠtt innebŠr implicit att dammet antages
alstrat lŒngt bort frŒn den exponerade arbetaren fšr att transporteras till denne med
de allmŠnna luftršrelserna. Detta Šr en ovanlig situation i arbetslivet, dŠr det
snarare Šr sŒ att de exponerade arbetarna sjŠlva arbetar med det som alstrar dam- met. Resultat som erhŒlles i vindtunnlar kan dŠrfšr inte exakt šverfšras till yrkes- hygieniska exponeringsmŠtningar, utan ger frŠmst en god, och standardiserbar, illustration av hur exponering uppkommer och hur mŠtmetoder fungerar.
Den arbetsgrupp inom det europeiska standardiseringsorganet ComitŽ EuropŽen de Normalisation (CEN) som utarbetade standarden om provtagningskonventio- nen fšr inhalerbart damm, har Šven utarbetat en fšrstandard om hur man skall kunna avgšra att en provtagare fšr t.ex. inhalerbart damm tillrŠckligt vŠl fšljer provtagningskonventionen (5). Som en del av EGs tredje ramprogram "Measure- ment and Testing" har ett projekt genomfšrts som har testat anvŠndbarheten av det testprotokoll som fšreslŒs av CENs arbetsgrupp genom att utfšra ett test av ett antal dammprovtagare fšr inhalerbart damm och totaldamm vilka anvŠnds i flera europeiska lŠnder ("Pilot Study of CEN Protocols for the Performance Testing of Workplace Aerosol Sampling Instruments", MAT1-CT920047). Testet gŒr ut pŒ att bestŠmma dammprovtagarnas provtagningseffektivitet, vilket definieras som den andel av partikelkoncentrationen i den ostšrda luften som provtas. Inom detta projekt har Šven den svenska metoden fšr totaldammŠtningar undersškts. Fšr- utom de mŠtningar som gjorts inom det europeiska projektet, har Šven vissa andra frŒgestŠllningar undersškts i ett specialprojekt. Den filterkassett som anvŠnds i Sverige Šr tillverkad av en elektriskt isolerande plast, vilket inte Šr att rekommen- dera eftersom det tillfšr mŠtningarna ytterligare en stšrande komponent. MŠtnin- gar har genomfšrts fšr att avgšra huruvida man erhŒller nŒgon skillnad i testresul- tat fšr ledande respektive isolerande kassetter. Dessutom har provtagningseffek- tiviteten vid en lŠgre vindhastighet, Šn som anvŠndes vid det EG-projektet, under- sškts dŒ den dennas lŠgsta var hšgre Šn de som vanligen fšrekommer vid inom- husarbetsplatser.
I denna rapport kommer provtagningseffektiviteten fšr den svenska metoden fšr totaldammŠtningar att redovisas som funktion av partikelstorlek, vindstyrka och filterkassettens elektriska egenskaper.
LitteraturgenomgŒng
Partiklar i en aerosol vars totaldammhalt Šr betydligt hšgre Šn den respirabla dammhalten, Šr sŒ stora att deras grundlŠggande partikelegenskap Šr deras massa, vilket medfšr bŒde en sedimentationshastighet (pŒ grund av tyngdkraften) och tršghet (dvs. att partiklarna inte exakt fšljer luftens ršrelse). Partiklarnas diffusion Šr dŠremot fšrsumbara. €r aerosolens elektriska laddning reducerad till en Boltz- mannfšrdelning och alla ytor Šr elektriskt ledande och jordade, kan Šven elek- triska krafter fšrsummas. Trots detta kan en dammprovtagare inte under alla yttre omstŠndigheter provta alla i en aerosol fšrekommande partikelstorlekar med 100% effektivitet. Provtagningseffektiviteten, E, definieras som
E = c
pc
¥(1)
dŠr c
pŠr den provtagna koncentrationen och c
¥Šr den koncentration som finns i den av provtagaren ostšrda luften. E Šr en funktion av partikelstorlek, lufthastig- het i inloppsmunstycket och i den ostšrda luften, samt provtagarens storlek och geometri, samt dess riktning till den ostšrda luftens riktning och till vertikalen (19).
Provtagningseffektiviteten fšr den filterkassett som i Sverige anvŠnds fšr prov- tagning av totaldamm har undersškts ett flertal gŒnger. Oftast har den emellertid inte testats sŒ som den anvŠnds vid personburen provtagning. IstŠllet har den van- ligen testats hŠngandes fritt, antingen i dammkammare med mycket lŒga luftrš- relsehastigheter eller i vindtunnlar vid olika riktningar gentemot vinden. Fairchild et al. (10) har undersškt den filterkassett som anvŠnds i Sverige fritt hŠngandes i en vindtunnel, och Raynor (18) har undersškt en liknande provtagare Šven den fritt hŠngandes i en vindtunnel. Wood och Birkett (22), Chung et al. (9) och Mark och Vincent (15) har studerat Gelmans 25 mm filterkassett-provtagare, med kas- setten monterad pŒ en docka i en vindtunnel. Enbart Buchan et al (7) har studerat den 37 mm filterkassett som vanligen anvŠnds i Sverige, monterad pŒ en docka i en vindtunnel, dock enbart med dockan vŠnd mot en vind pŒ 1 m/s. Fritt hŠngan- des kassetter med normalen till filterytan vŒgrŠtt uppvisar en provtagningseffek- tivitet som škar med škande partikelstorlek och vindstyrka. Pekar normalen dock nedŒt Šndras provtagningseffektivitetens utseende sŒ att den nu minskar med škande partikelstorlek. Provtagningseffektiviteten fšr provtagare monterade pŒ en docka minskar med škande partikelstorlek. Buchan et al. fann att det inte var sŒ stor skillnad huruvida kassettens lock var pŒ eller av, samt att 50% provtagnings- effektivitet intrŠffade fšr en partikelstorlek pŒ ~20Ê mm.
Material och metoder
Alla experiment har utfšrts med filterkassetter monterade pŒ en skyltdocka i en vindtunnel. Den fšrsta delen av experimenten utfšrdes vid Warren Spring Labo- ratory, Stevenage, Storbritannien, och efter dess nedlŠggning vid AEA Technol- ogy, Didcot, Storbritannien. Personalen har dock huvudsakligen varit densamma vid de bŠgge laboratorierna.
Vindtunnel
En stor vindtunnel med tvŠrsnittet 2,5 * 2,5 m och lŠngden 10 m har anvŠnts vid fšrsšken. Luften ges šnskad turbulensgrad genom att anvŠnda flera nŠt och
"honeycombs" av varierande grovlek. Dessutom pŒverkas turbulensen av block i
olika storlek som placeras pŒ golv och i tak. Fšr att fšrdela den insprutade aero-
solen och bryta ner luftstršmningen frŒn aerosolgeneratorerna fanns nedstršms en
rutmšnstrad trŠsektion. Experimenten utfšrdes vid lufthastigheterna 0,25, 0,5, 1
och 4 m/s. Precisionen i lufthastighetsbestŠmningen var 2%. Den longitudinella
turbulensintensiteten var 5% och dockans tvŠrsnittsarea utgjorde ~10% vindtun-
nelns tvŠrsnittsarea.
Docka
En skyltdocka i full storlek placerad pŒ ett roterande bord anvŠndes. Dockan var klŠdd i bomullsoverall, vilken dammsšgs efter varje mŠtning. Andningen simu- lerades med 20 andetag om 1 liter per minut. Inandning skedde genom munnen, och utandning genom nŠsan. Dockan andades emellertid under aerosolprovtagar- testet enbart fšr den fšrsta vindstyrkan (1Êm/s) eftersom den simulerade andnin- gen tycktes pŒverka luftflšdena kring kroppen pŒ ett annat sŠtt Šn mŠnniskors andning (6). De svaga konvektiva luftstršmmar upp lŠngs utsidan och innanfšr en mŠnniskas klŠder, som alstras av kroppsvŠrmen, har ej simulerats av dockan.
Dockan roterade vŠxelvis 180 ° med- och moturs, varvid riktningsskiftet skedde dŒ dockans ansikte var riktat frŒn vindriktningen, fšrutom fšr den fšrsta vindrikt- ningen (1Êm/s) dŒ den enbart roterade medurs. Den vŠxelvisa rotationen infšrdes eftersom data frŒn dŒ dockan roterade enbart medurs pekade pŒ att det var en skillnad i provtagningseffektivitet mellan den filterkassett som satt pŒ den axel som fšrdes mot vinden, och den som satt pŒ den axel som drogs undan vinden.
Denna effekt fšrsvann med vŠxelvis rotation. Rotationshastigheten var ~2 varv i minuten.
PŒ dockan fanns sex platser att placera totaldammkassetterna. Tre pŒ dockans framsida och tre pŒ baksidan, tvŒ pŒ vŠnster sida (~5,5Êcm Œtskilda) och en pŒ den hšgra. Alla platserna var vid nyckelbenet, med normalen till filtren pekandes nerŒt med ~45 °.
Aerosolgenerering och testaerosol
TvŒ sorters testaerosoler anvŠndes, dels aluminiumoxid som finns kommersiellt tillgŠnglig som pulver i flera kvaliteter med olika nominella partikelstorlekar i intervallet 7-100Ê mm (alla med snŠva partikelstorleksfšrdelningar), och natrium- fluorescin. Aluminiumoxidpulvret dispergerades med generator bestŒende av en roterande skiva med ett spŒr i. Pulvret fick falla ned i spŒret, šverskottet sopades bort, och det kvarvarande pulvret sšgs upp med hjŠlp av en ejektor. Fšr att sprida aerosolen šver vindtunnelns tvŠrsnittsarea anvŠndes nio delsystem pŒ den rote- rande skivan. Avsikten var att alla kvarvarande partikelagglomerat skulle brytas upp av skjuvkrafterna i ejektorn, men resultaten frŒn de mindre partikelstorlekarna visar att sŒ ej var fallet. Testaerosolen bestŒende av natriumfluorescin generades med hjŠlp av en roterande skiv-generator tillverkad av Environmental Research Corporation. Dessa partiklar blir helt sfŠriska, vilket ej Šr fallet med aluminium- oxiden, och har en mycket snŠv storleksfšrdelning, den geometriska standard- avvikelsen var mindre Šn 1,1 fšr alla experimenten.
Det visade sig svŒrt att erhŒlla jŠmna aerosolkoncentrationer šver vindtunnelns tvŠrsnittsarea, avseende variationer i bŒde rum och i tid. Den relativa standard- avvikelsen lŒg pŒ ~10%. Fšr den lŠgsta vindhastigheten, 0,25Êm/s, misslyckades man med att erhŒlla en jŠmn koncentrationsprofil.
Partikelstorleken bestŠmdes fšr aluminiumoxiden med hjŠlp av en Micro-
metrics Sedigraph, i vilken partiklarna fŒr sedimentera i olika vŠtskor. OsŠker-
heten i bestŠmningen Šr ~5%. Natriumfluorescinpartiklarnas storlek bestŠmdes
genom att de fick fastna pŒ spindeltrŒd, varefter deras storlek bestŠmdes mikro-
skopiskt. Aerodynamisk partikeldiameter erhšlls i bŠgge fallen genom att korri- gera fšr partiklarnas densitet.
Fšr de stšrre partikelstorlekarna Šr det fšr nŠrvarande omšjligt att med mŠtnin- gar verifiera att partiklarnas aerodynamiska storlek šverensstŠmmer med den upp- skattade. Fšr de mindre partiklarna testades detta genom att anvŠnda en direkt- visande kaskadimpaktor (17), samt visuell kontroll genom att lŒta partiklarna fastna pŒ spindeltrŒdar med efterfšljande mikroskopisk analys. Fšr de minsta aluminiumoxidpartiklarna konstaterades att de luftburna partiklarna var agglo- mererade, och att den skattade aerodynamiska partikelstorleken dŠrfšr felaktig.
Natriumfluorescinpartiklarna var ej agglomererade.
MŠtning av aerosolkoncentrationer
Partikelkoncentrationen i vindtunneln mŠttes med tio stycken tunn-vŠggiga skarp- eggade provtagare vars luftflšde var instŠllt sŒ att insugningshastigheten var iden- tisk med lufthastigheten i vindtunneln. Allt damm som deponerat inuti provtagar- na tillfšrdes med hjŠlp av en plastskrapa filtren innan dessa vŠgdes. Nio provta- gare var placerade i en 3*3-matris, med den tionde šver den centrala kolumnen.
Experimenten gick sŒ till att tillfšrseln av testaerosolen varierades tills koncen- trationsprofilen šver vindtunnelns tvŠrsnittsarea var acceptabelt jŠmn. DŠrefter togs de tre provtagarna vilka var placerade i den centrala kolumnen tunnelns mitt bort, och dockan placerades i dess stŠlle, varvid det Œterstod tre provtagare pŒ var- dera sidan, och en ovanfšr huvudet. Efter en eller flera mŠtningar med dockan togs den bort, och de tre provtagarna i den centrala kolumnen sattes tillbaka pŒ sina platser, och koncentrationen mŠttes pŒ nytt med alla tio provtagarna. Halten aluminiumoxid i tunneln var ungefŠr 200-300 mg/m
3, medan den fšr natrium- fluorescinaerosolen var ungefŠr hŠlften sŒ hšg.
Avsikten var att alla experiment i EG-projektet skulle genomfšras med provta- gare tillverkade i ledande material fšr att minimera effekter orsakade av elektriska laddningar pŒ partiklarna i testaerosolen. TyvŠrr tillverkas ej 37Êmm kassetten i ledande material. Fšr att ŠndŒ erhŒlla sŒ ledande kassett som mšjligt mŒlades alla ytor som var vŠnda mot luften med en ledande fŠrg, Elecolit 489. Dock kunde inte ytorna pŒ kassettens tvŒ delar vilka den glider mot nŠr den sŠtts ihop mŒlas, efter- som filtret dŒ inte skulle gŒtt att sŠtta i kassetten pŒ ett lufttŠtt sŠtt. HŠrigenom fšr- hindrades elektriska laddningar att vandra mellan kassettens tvŒ delar.
SKC-pumpar kopplade till batterieliminatorer anvŠndes fšr att suga luft genom
filterkassetterna. Totaldammkassetterna anvŠndes vid flšdet 2.0Êl/min. Detta flšde
motsvarar en lufthastighet i inloppsarean pŒ ~3Êcm/s, vilket i sin tur ungefŠrligen
motsvarar sedimentationshastigheten fšr en 30Ê mm partikel. Luftflšdena bestŠm-
des med hjŠlp av en Gilian Gilibrator. Fšr referensprovtagarna anvŠndes vakum-
pumpar, och flšdet och provtagen volym mŠttes med hjŠlp av massflšdesmŠtare
och gasur.
BestŠmning av pŒ filtren deponerad massa
Den hšga dammhalten i vindtunneln under fšrsšken med aluminiumoxid gjorde det mšjligt att erhŒlla dammŠngder pŒ 3-5Êmg pŒ ~20Êminuter. HŠrigenom kunde vŠgfelen hŒllas lŒga. Filtren fšrvarades i petri-skŒlar, och vŠgdes pŒ en vŒg, modell Mettler AT201, tillsammans med petriskŒlens underdel.
Filter med natriumfluorescin tvŠttades i buffrat avjoniserat vatten, och analyserades med en fluorimeter.
BestŠmning av referenskoncentration
Som referenskoncentration fšr de testade filterkassetterna anvŠndes dammhalten i vindtunneln i den punkt dŠr dockan var placerad. Denna kunde emellertid inte mŠtas direkt utan fick skattas utifrŒn samband mellan dammhalter uppmŠtta šver hela tvŠrsnittsarean dŒ dockan ej var placerad i vindtunneln (fšre och efter respek- tive mŠtning med docka), och dammhalter uppmŠtta bredvid dockan under fšr- sškens gŒng. DŒ dammhalterna i vindtunneln varken var konstanta i tiden eller šver tvŠrsnittsarean, Šr dessa skattningar behŠftade med fel. TvŒ metoder anvŠn- des fšr att skatta provtagningseffektiviteten ur mŠtdata. Ursprungligen anvŠndes AEAs metod vilken varken tar hŠnsyn till referenskoncentrationernas icke-lineŠra fšrdelning šver tunnelns tvŠrsnitt eller till deras osŠkerhet. Med AEAs metod skattas referenskoncentrationen baserat pŒ medelvŠrdet fšre och efter mŠtningen av de tre centrala provtagarna och den mittersta provtagaren i bŒde den vŠnstra och hšgra kolumnen, korrigerat med kvoten mellan medelvŠrdet under mŠtningen av den mittersta provtagaren i bŒde den vŠnstra och hšgra kolumnen och motsva- rande medelvŠrde fšre och efter mŠtningen. AEAs metod visade sig underskatta koncentrationen i den punkt dŠr dockan (och de testade provtagarna) var place- rade med ~8%. Fšr att šverkomma dessa brister utvecklades en ny speciell statis- tisk metod vilken skattar bŒde referenskoncentrationen och osŠkerheten i denna skattningen (8). Denna metod antar att alla de uppmŠtta koncentrationer (dvs. med alla provtagarna fšre och efter mŠtningarna med dockan, och med enbart de i den vŠnstra och hšgra kolumnen under sjŠlva mŠtningarna) Šr en summa av effekter frŒn resp. mŠtning och resp. position och konstant slumpmŠssigt fel. Med hjŠlp av denna lineŠra modell skattas dŠrefter referenskoncentrationen pŒ dockans plats pŒ den hšjd som de testade filterkassetterna sitter. Fšr experimenten vid 0.5 och 1Êm/s Šr osŠkerheten i referenskoncentrationen ~8%, och fšr 4Êm/s Šr ~10%, medan den fšr experimenten vid 0.25Êm/s Šr ~30%.
Experimentell design
Fšr fšrsšken vid 1, 0,5 och 0,25Êm/s anvŠndes samma experimentella design. Fšr
vindstyrkan 4Êm/s anvŠndes emellertid en annan design i vilken testen av total-
dammprovtagarna ej kan behandlas separat frŒn švriga provtagare som ingick i
EG-projektet. I denna design testades tvŒ provtagare frŒn tre modeller samtidigt
pΠdockan. Avsikten var att kontrollera den stora dag-till-dag variationen.
Diskussion
Systematiska fel relativt inhalerbart damm
Totaldammkassettens systematiska skillnad gentemot provtagningskonventionen fšr inhalerbart damm bšrjar vid lŠgre vindhastigheter (<1Êm/s) upptrŠda vid en partikelstorlek om 20Ê mm och Šr fullt utvecklad vid ~50Êmm. Vid dessa stora par- tikelstorlekar provtar totaldammkassetten enbart 24% av vad provtagningskon- ventionen fšr inhalerbart damm fšreskriver. Se figur 4. Eftersom en aerosols partikelstorleksfšrdelning spŠnner šver ett brett intervall, blir effekterna pŒ prov- tagna koncentrationer betydligt lŠgre, se figur 5. Storleksfšrdelningar med mass- mediandiametrar upp mot 50Ê mm Šr pŒ inget sŠtt otroliga i arbetsmiljšn. LidŽn och Melin (14) har visat att i t.ex. pappersindustrin fšrekommer bimodala aerosoler vars švre mod har en massmediandiameter pŒ 50-60Ê mm. De genomfšrda experi- menten visar att totaldammetoden grovt underskattar arbetsluftens koncentra- tionen av grova partiklar vilka kan deponera i huvudets andningsvŠgar (och dŒ frŠmst i nŠsan). Totaldamm-metoden bšr fšljaktligen ej anvŠndas vid yrkeshygi- eniska studier av nŠssjukdomar eller av Šmnen som Šr systemtoxiska (t.Êex. bly).
Experimenten med de bŠgge filterkassettversionerna, locket av ("open face") resp. locket pŒ och enbart proppen borttagen ("closed face") inom EG-projektet, visade att provtagningseffektiviteten fšr vindstyrkorna 0,5 och 1Êm/s, Šr mycket lika. Resultaten frŒn dessa vindstyrkor torde dŠrfšr gŒ att šverfšra till totaldamm- mŠtningar i Danmark och Norge. (Fšr en fullstŠndig rapport hŠnvisas till EG- projektets slutrapport (13).) Den i EG-projektet testade provtagaren PAS-6 har samma inloppsšppning som den uppborrade totaldammkassett som anvŠnds i Danmark. Emellertid har den konisk front, varfšr dess resultat inte Šr šverfšrbart pŒ den danska totaldammkassetten.
Vincent (20) har gjort en genomgŒng av publicerad litteratur om jŠmfšrelser mellan totaldammkassetter och IOM-provtagare och funnit att kvoterna brukar ligga mellan 0,25 och 0,5. I en svensk jŠmfšrelse av totaldammkassetten och IOM-provtagaren erhšlls liknande vŠrden (16). Anledningen till att dessa vŠrden understiger de som framgŒr av figur 5 kan eventuellt fšrklaras av att EG-projektet om provtagare fšr inhalerbart damm fann att IOM-provtagaren (vid vindstyrkan 0,5Êm/s) šverskattade den inhalerbara dammkoncentrationen fšr stora partikel- storlekar.
Fšr nŠrvarande pŒgŒr ett fŠltprojekt dŠr dammkoncentrationerna i andnings-
zonen parallellmŠts personburet pŒ olika arbetsplatser med bŒde en 37 mm filter-
kassett och en IOM-provtagare fšr inhalerbart damm, samtidigt som partikel-
storleksfšrdelningen mŠts med en personburen kaskadimpaktor. Avsikten med
projektet Šr att avgšra huruvida de funna skillnaderna mellan koncentrationerna
totaldamm och inhalerbart damm kan fšrklaras utifrŒn de i EG-projektet uppmŠtta
provtagningseffektiviteterna fšr resp. provtagare och dammets storleksfšrdelning i
andningszonen. Detta pŒgŒende projekt (liksom det som hŠr rapporteras) kommer
att utgšra en del av underlaget infšr ett beslut om švergŒng till mŠtning av inha-
lerbart damm, vilket kan fšrvŠntas tas i samband med 1999 Œrs hygieniska grŠns- vŠrdeslista.
Experimentens relevans
Vindtunnelexperimenten visar att osŠkerheten fšr nŠrvarande Šr fšr stor fšr att er- hŒlla provtagningseffektivitetskurvor av hšg klass, sŒ som exempelvis erhŒlles vid experiment med cykloner i dammkammare (11). Anledningen till detta Šr dels svŒrigheterna att erhŒlla en stabil lufthastighets- och koncentrationsprofil šver vindtunnelns tvŠrsnitt, dels problemen med att mŠta referenskoncentrationerna pŒ ett korrekt sŠtt. Problemen med hastighets- och koncentrationsprofilerna ledde till att man enbart kunde sŠga att det var mšjligt att totaldammkassettens provtag- ningseffektivitet pŒverkas av vindstyrkan i intervallet 0,25ÊÐÊ0,5Êm/s, men att detta inte gick att pŒvisa detta. Det Šr dŠrfšr mšjligt att filterkassettens provtagnings- effektivitet vid inomhusarbete (och dŠrmed lŒga vindhastigheter) Šr Šn lŠgre Šn vad som uppmŠtts fšr vindstyrkorna 0,5-1 m/s.
De uppmŠtta provtagningseffektiviteterna i vindstyrkorna 0,5 och 1Êm/s fšr par- tiklar mindre Šn 10Ê mm ligger i intervallet 0,6Ð0,8. Detta Šr betydligt lŠgre Šn vad som kan fšrvŠntas ifall provtagningseffektiviteten Šr en kontinuerlig och monoton funktion utan platŒer utom fšr mycket stora partikelstorlekar. Dessa vŠrden ligger i figur 4 betydligt under den inritade approximativa provtagningseffektiviteten, och fšrbigicks dŒ denna bestŠmdes. €ven resultaten fšr 0,25Êm/s (figur 6) pekar i samma riktning. Buchan et al. (7) fann emellertid att provtagningseffektiviteten fšr filterkassetten fšr partikelstorlekarna 2,4 och 9Ê mm var 0,97 resp. 0.94. Till skillnad frŒn denna undersšknings resultat, Šr detta vad som kan fšrvŠntas av en provtagare. Huruvida de i denna undersškning erhŒllna vŠrdena orsakats av mŠtfel vilka beror pŒ den experimentella metoden fŒr avgšras av framtida experiment.
Fšrsšken med ledande och isolerande (mŒlade och omŒlade) totaldammkasset- ter visar att Šven om testaerosolens elektriska laddningsfšrdelning ej var reduce- rad till Boltzmanns jŠmviktsfšrdelning, spelade de ingen roll fšr experimentet.
Denna slutsats Šr dock inte helt invŠndningsfri eftersom inte totaldammkassettens alla ytor pŒ vilka damm kunde deponera var i elektrisk kontakt med varandra.
En nŠrmare undersškning av de figur 3 pŒvisade skillnaderna mellan provtagare
monterade pΠdockans fram- och baksida visar att de (inom EG-projektet) testade
provtagarna vilka monteras pŒ nyckelbenet sŒ att de pekar snett nedŒt (dvs. Šven
37 mm filterkassett med "locket pŒ" och PAS-6) alla har en hšgre provtagnings-
effektivitet pŒ dockans "framsida", medan de provtagare som monteras pŒ bršstet
riktade horisontellt utŒt (IOM, 7-hŒls, GSP och PerSpec) har en lŠgre provtag-
ningseffektivitet pŒ dockans framsida (13). Det Šr troligt att de funna skillnaderna
mellan provtagare pŒ dockans fram- och baksida till stor del Šr en effekt av ex-
perimentuppkopplingen och frŠmst beror pŒ hur dockans rotation Šndrades frŒn
med- till moturs. En konsekvens hŠrav Šr att vid hšga vindstyrkor ( £4Êm/s) tycks
totaldammkassettens provtagningseffektivitet frŠmst vara en funktion av vinkeln
mot vinden, varfšr kassetten ej bšr anvŠndas vid sŒ hšga vindhastigheter.
Slutsatser
Den dammkoncentration som provtas med totaldammkassetter Šr inte en skattning av den totala dammkoncentrationen, om man med detta avser att allt luftburet damm skall provtas med 100% effektivitet. IstŠllet har en totaldammkassetten (vid vindstyrkor mellan 0,5 och 1Êm/s) en med partikelstorleken minskande provtag- ningseffektivitet. Den Šr 50% fšr 27Ê mm-partiklar, vilket inte kan anses vara en extremt stor partikelstorlek pŒ dammiga arbetsplatser. Fšr partikelstorlekar šver 47Ê mm Šr provtagningseffektiviteten oberoende av partikelstorleken, och lika med 12%.
Totaldammkassetten skulle (efter en korrektion pŒ +15%) i lŒga vindstyrkor ( £1Êm/s) kunna fungera som provtagare av inhalerbart damm fšr aerosoler med massmediandiametrar £25Êmm. MŠtningar i olika arbetsmiljšer indikerar dock att gršvre storleksfšrdelningar Šr vanliga.
Den lŒga provtagningseffektiviteten medfšr att totaldammkassetten ej bšr an- vŠndas vid provtagning av aerosoler vilka Šr systemtoxiska eller skadliga fšr huvudets andningsvŠgar (fr.Êa. nŠsan). Ej heller bšr den anvŠndas fšr vindstyrkor stšrre Šn eller lika med 4Êm/s.
Det Šr mšjligt att totaldammkassettens provtagningseffektivitet Šr Šn lŠgre vid
en vindhastighet av 0,25 m/s Šn vid lite hšgre vindhastigheter (0,5-1Êm/s). Even-
tuella laddningar pŒ testaerosolen, liksom val av testaerosol, har ej pŒverkat
experimentens utfall.
Sammanfattning
LidŽn G, Kenny L, Mark D, Chalmers C. Provtagningseffektivitet fšr den svenska metoden fšr mŠtning av totaldamm. Arbete och HŠlsa 1997:13 1-17
Den filterkassett som i Sverige anvŠnds fšr provtagning av totaldamm har testats i en vindtunnel, monterad en provdocka. Experimenten visar att totaldammkasset- ten ej provtar allt luftburet damm. Totaldammkassettens provtagningseffektivitet fšljer inte ens provtagningskonventionen fšr inhalerbart damm. Totaldammkas- setten har (vid vindstyrkor 0,5-1Êm/s) en med partikelstorleken minskande prov- tagningseffektivitet (50% effektivitet vid 27Ê mm), fšr att bli konstant lika med 12% fšr partikelstorlekar stšrre Šn 47Ê mm. Totaldammkassettens lŒga effektivitet fšr stora partiklar medfšr att den ej bšr anvŠndas vid provtagning av aerosoler vilka Šr systemtoxiska eller skadliga fšr huvudets andningsvŠgar.
Nyckelord: Aerosol, Damm, Filterkassett, Inhalerbart damm, Provtagning, Totaldamm
Summary
LidŽn G, Kenny L, Mark D, Chalmers C. Sampling Efficiency of the Swedish Method for the Sampling of Total Dust. Arbete och HŠlsa 1997:13 1-17
The open-face 37 mm filter cassette used in Sweden as a sampler for total dust has been tested in a wind-tunnel, with cassettes mounted on a mannequin. The exper- iments show that the total dust sampler does not sample all airborne particles.
Neither follows the sampling efficiency of the filter cassette the sampling con- vention for inhalable dust. The filter cassette has (for wind speeds in the range 0.5-1Êm/s) a sampling efficiency which decreases with increasing particle size (with 50% sampling efficiency occurring at 27Ê mm). For particle sizes larger than 47Ê mm the sampling efficiency has a constant value, equal to 12%. The low sam- pling efficiency of the total dust sampler entails that it should not be used for the sampling of generally toxic substances, or aerosols deleterious to the head airways.
Key words: Aerosol, Dust, Filter cassette, Inhalable dust, Sampling, Total dust
Referenser
1. 1992-1993 Threshold Limit Values for Chemical Substances and Physical Agents and Biological Exposure Indices. American Conference of Governmental Industrial Hygienists, 1992
2. EN481 Workplace Atmospheres - Size Fraction Definitions for Measurement of Airborne Particles. ComitŽ EuropŽen de Normalisation, 1993
3. SS-EN481 Arbetsplatsluft-Partikelstorleksfraktioner fšr mŠtning av luftburna partiklar.
Standardiseringen i Sverige, 1994
4. ISO7708 Air Quality - Particle Size Fraction Definitions for Health-Related Sampling.
International Organisation for Standardisation, 1995
5. TC137/WG3/N142 Workplace Atmospheres Ð Assessment of Performance of Instruments for Measurement of Airborne Particles. ComitŽ EuropŽen de Normalisation, 1995
6. Bradley DR, Johnson AE, Kenny LC, Lyons CP, Mark D, Upton SL. The Use of a Mannikin for Testing Personal Aerosol Samplers. J Aerosol Sci 1994(S1);25:155-156.
7. Buchan RM, Soderholm SC, Tillery MI. Aerosol Sampling Efficiency of 37mm Filter Cassettes. Am Ind Hyg Assoc J 1986;47:825-831.
8. Chalmers C. Calculating Efficiencies. DataStat Consultants, 1995
9. Chung KYK, Ogden TL, Vaughn NP. Wind Effects on Persoanl Dust Samplers. J Aerosol Sci 1987;18:159-174.
10. Fairchild CI, Tillery MI, Smith JP, Valdez FO. Collection Efficiency of Field Sampling Cassettes. Los Alamos Scientific Laboratory, 1980 (Report LA-8640-MS).
11. Gudmundsson A. Studies on Particle Size-Selective Sampling of Aerosols Relevant for Deposition in the Human Airways and onto the Eyes [Doktorsavhandling]. Lunds tekniska hšgskola, 1995.
12. Hinds WC, Kuo T-L. A Low Velocity Wind Tunnel to Evaluate Inhalability and Sampler Performance for Large Dust Particles. Appl Occup Environ Hyg 1995;10:549-555.
13. Kenny LC. Pilot Study of CEN Protocols for the Performance Testing of Workplace Aerosol Sampling Instruments. Health and Safety Laboratory, 1995 (Report No. IR/L/DS/95/18).
14. LidŽn G, Melin B. Comparison of Sampling Efficiencies in Paper Dust for the Open-Face 37 mm Cassette and the IOM-Sampler. Second International Symposium on Modern Principles of Air Monitoring. SŠlen, Sweden: , 1996.
15. Mark D, Vincent JH. A New Personal Sampler for Airborne Total Dust in Workplaces. Ann occup Hyg 1986;30:89-102.
16. Melin B, LidŽn G. MŠtningar 1993-1994 av expositionen fšr organiskt damm.
Arbetarskyddsstyrelsen, 1995 (Rapport No. 1995:3).
17. Melin B, LidŽn G. MŠtning av exposition fšr pappersdamm. Arbetarskyddsstyrelsen, 1996 (Rapport No. 1996:2).
18. Raynor GS. Variation in Entrance Efficiency of a Filter Sampler with Air Speed, Flow Rate, Angle and Particle Size. Am Ind Hyg Assoc J 1970;31:294-304.
19. Vincent JH. Aerosol Sampling. Chichester, UK: John Wiley & Sons, 1989.
20. Vincent JH. Progress towards Implementation of New Aerosol Industrial Hygiene Standards, with Special Reference to the Aluminium Industry. Sci Total Environ 1995;163:3-9.
21. Vincent JH, Mark D, Miller BG, Armbruster L, Ogden TL. Aerosol Inhalability at Higher Wind Speeds. J Aerosol Sci 1990;21:577-586.
22. Wood JD, Birkett JL. External Airflow Effects on Personal Sampling. Ann occup Hyg 1979;22:299-310.
