تعیین کمی رهایش نانوشیء از پودرهای ناشی از تولید هواسلها
Nanomaterials- Quantification of Nano-Object Release from Powders by Generation of Aerosols
شماره:
17149
سال انتشار:
1392
نشر یا رهایش نانوشی به درون هوای اطراف به دلیل دستکاری پودرهای نانوساختار از موضوعات مهم در طراحی و اجرای بسیاری از فرایندهای صنعتی به شمار میرود نانوشی رها شده بسته به ماهیت و مقدار نانو مواد میتواند بر سلامتی انسان و محیط زیست اثر گذار باشد. از این رو به دست آوردن دادههای مربوط به میزان تمایل نانومواد به رهایش نانوشی از اهمیت خاصی برخوردار است بدین ترتیب میزان مواجهه مجاز ارزیابی کنترل و محدود میشود. سه گروه اصلی از متخصصین مورد نظر برای ارزیابی رهایش نانو مواد از مواد پودری نانوساختار عبارتند از:
– مهندسین و دانشمندان، مواد که نانو مواد ایمن و نیز فرآیندهای دستکاری ایمن نانومواد را طراحی کنند؛
– متخصصین کار بهداشت و ایمنی
– متخصصین زیست محیطی که به هر دوی دادههای مواجهه و سمیت نیاز دارند تا بتوانند خطر نانومواد تولید شده را ارزیابی نمایند به بند الف ۲- پیوست الف مراجعه شود. آنها همچنین دادههای غبارزایی را جمعآوری مینمایند دادههای وزن سنجی مانند اطلاعات مربوط به تراکم و اندازه ذره تمایل نانومواد به رهایش نانواشیا در هوا به کمک روشهای آزمون القای انرژی به نمونه برای اعمال فشار بر پیوند میان ذرات تعیین میشود این فشار باعث سایش فرسایش و برخورد ذرات شده و موجب پراکنده شدن ذرات به درون هوا و تبدیل شدن آن به گاز میشود. به عبارت دیگر باعث تولید هواسلها و امکان تعیین خاصیت با ابزار هواسل میشود.
روشهای اندازهگیری آزاد شدن نانواشیا از نانومواد عبارتند از روشهای آزمون غبارزایی که البته تفاوتهای آن با روشهای متداول غبارزایی باید لحاظ گردد تغییرات شدید خصوصیات جریان پودرها نیز تحت تأثیر شرایط آزمون باید مورد نظر قرار گیرد در روشهای متداول غبارزایی برای ذرات با مقیاس میکرومتر، مقدار غبار تولید شده از نظر کسر جرمی غبار یا شاخصهای غبارزایی اندازهگیری میشود ثابت شده است که در روشهای مختلف تولید هواسل برای تعیین غبارزایی پودرهای حاوی ذرات اولیه با قطر کمتر از ۱۰ میکرومتر نتایج غیر مشابهی به دست میآید.
ترکیبات فراوانی متشکل از تکنیکهای مختلف برای طراحی روشهای غبارزایی وجود دارد به بند ۱ کتابنامه مراجعه شود در استاندارد EN15051:2006 دو روش استوانه چرخنده و روش قطره پیوسته انتخاب شدهاند مقادیر اندازهگیری شده به صورت کسر جرمی قابل استنشاق قابل نفوذ به ریه یا قابل تنفس بر حسب mg/kg بیان میشود به بند ۲ کتابنامه مراجعه شود).
هر کدام از اصطلاحات درصد قابل استنشاق قابل تنفس و قابل نفوذ به ریه را میتوان در استاندارد 481 EN مشاهده کرد به بند ۳ کتابنامه مراجعه شود قطرهای ایرودینامیک ۱۰am ۱۰۰am و ۴am به ترتیب حدود بالایی از اندازه را در کسرهای جرمی تشکیل میدهند این کسرهای جرمی را که با استنشاق در ارتباط هستند میتوان بهعنوان یک کمیت در اندازهگیری نانواشیا هواسلی لحاظ نمود تا روند آزادسازی ذرات به طور کامل شناسایی شود.
اشنایدر و جانسون (به بند ۴ کتابنامه مراجعه شود) تکنیکهایی که در آنها توزیع اندازه ذره مورد استفاده قرار گرفته بود را با عدد توصیف میکردند تا بدین ترتیب میزان مواجهه با نانوشی در فضای داخلی را با قدرت منبع حاصل از رهایش نانوشیء در حین دستکاری پودرهای نانوساختار، ربط دهند. آنها به این نتیجه رسیدند که آزمون غبارزایی در ترکیب با مقادیر به دست آمده از اندازهگیری پیوسته توزیع اندازه مشاهده تجمع ذرات رها شده از توده مواد در حین دستکاری میگردد.
علاوه بر ارزیابی رهایش نانواشیا از مواد نانوساختار، پودری برای مقایسه انطباق روشهای اندازهگیری غبارزایی نیاز به روشها و کمیتهای دیگری نیز میباشد تراکم عددی ذرات و توزیع اندازه از دیگر کمیتهایی هستند که برای اندازهگیری رهایش نانوشی لازم میباشند.
هواسلهای نانوشی در مقایسه با اندازه ذرات، میکرومتری به دلیل حساسیت بیشتری که نسبت به اثرات فیزیکی مانند نفوذ براونی دارند پویاتر هستند. تخلخل و چسبندگی در این پودر نسبت به پودرهایی که از ذرات بزرگتری تشکیل یافته و مقاومت بیشتری در برابر جریان دارند و از مقدار مساحت سطح ویژه کمتری برخوردارند بسیار بیشتر است. نانوشی موجود در مواد پودری میتواند بر خصوصیات توده مواد به طور کامل تأثیر بگذارد. این کار با ایجاد برهم کنشهای بین ذرات و تشکیل انبوهههای توده مانند، ممکن میشود. هنوز خصوصیات ذرات نانوساختار ثانویه که شامل نانواشیا اولیه هستند ناشناخته ماندهاند. به عنوان مثال نشان داده شده است که در سیلیکای متخلخل توزیع اندازه ذره هواسلی به شدت به شرایط روشهای مختلف اندازهگیری بستگی دارد به بند ۵ و ۶ کتابنامه مراجعه شود).
پودرها و هواسلها با آزمایشات سایش و اصطکاک به بند ۷ کتابنامه مراجعه شود) بر تانوچندسازه و رنگهای حاوی نانوذرات نیز بوجود میآیند (به بند ۸ و ۹ کتابنامه مراجعه شود) چنین آزمایشاتی مدنظر این استاندارد نمیباشد اما علم اصول اندازهگیری موجود در این استاندارد برای تعیین کمی رهایش نانوشی از پودرها با تولید هواسل به اثبات رسیده است.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد تعیین کمّی رهایش نانوشی با اندازه گیری هواسلهای آزاد شده بعد از روشهای هواسل شدن میباشد که از پودرهای حاصل از اعمال دستکاری یا پراکندگی با انرژی زیاد بدست میآید. علاوه بر اطلاعات مربوط به جرم هواسل از نظر تراکم ذرات موجود و توزیع اندازه توصیف میشود. این استاندارد اطلاعات مربوط به فاکتورهای مورد نظر در انتخاب روش نمونه برداری پودر و نحوه عملآوری روشها و حداقل ملزومات آمادهسازی، آزمونه توسعه پروتکل آزمون اندازهگیری رهایش ذره و گزارش دادهها را مشخص مینماید در این استاندارد برای مشخص نمودن محدوده کامل اندازه ذرات تولید شده توصیه میشود نانواشیا و همچنین کلوخهها و انبوههها اندازهگیری شوند.
این استاندارد برای مشخص کردن اندازه ذرات درون پودر کاربرد ندارد در صورتی که از روش اصطکاک مکانیکی به طور مستقیم برای خراشیدن و خرد کردن ماده استفاده شود از روشهای سایشی چشمپوشی میشود.
شماره استاندارد ملی ایران:
17149
سال انتشار:
1392
تعیین کمی رهایش نانوشیء از پودرهای ناشی از تولید هواسلها
Nanomaterials- Quantification of Nano-Object Release from Powders by Generation of Aerosols
نشر یا رهایش نانوشی به درون هوای اطراف به دلیل دستکاری پودرهای نانوساختار از موضوعات مهم در طراحی و اجرای بسیاری از فرایندهای صنعتی به شمار میرود نانوشی رها شده بسته به ماهیت و مقدار نانو مواد میتواند بر سلامتی انسان و محیط زیست اثر گذار باشد. از این رو به دست آوردن دادههای مربوط به میزان تمایل نانومواد به رهایش نانوشی از اهمیت خاصی برخوردار است بدین ترتیب میزان مواجهه مجاز ارزیابی کنترل و محدود میشود. سه گروه اصلی از متخصصین مورد نظر برای ارزیابی رهایش نانو مواد از مواد پودری نانوساختار عبارتند از:
– مهندسین و دانشمندان، مواد که نانو مواد ایمن و نیز فرآیندهای دستکاری ایمن نانومواد را طراحی کنند؛
– متخصصین کار بهداشت و ایمنی
– متخصصین زیست محیطی که به هر دوی دادههای مواجهه و سمیت نیاز دارند تا بتوانند خطر نانومواد تولید شده را ارزیابی نمایند به بند الف ۲- پیوست الف مراجعه شود. آنها همچنین دادههای غبارزایی را جمعآوری مینمایند دادههای وزن سنجی مانند اطلاعات مربوط به تراکم و اندازه ذره تمایل نانومواد به رهایش نانواشیا در هوا به کمک روشهای آزمون القای انرژی به نمونه برای اعمال فشار بر پیوند میان ذرات تعیین میشود این فشار باعث سایش فرسایش و برخورد ذرات شده و موجب پراکنده شدن ذرات به درون هوا و تبدیل شدن آن به گاز میشود. به عبارت دیگر باعث تولید هواسلها و امکان تعیین خاصیت با ابزار هواسل میشود.
روشهای اندازهگیری آزاد شدن نانواشیا از نانومواد عبارتند از روشهای آزمون غبارزایی که البته تفاوتهای آن با روشهای متداول غبارزایی باید لحاظ گردد تغییرات شدید خصوصیات جریان پودرها نیز تحت تأثیر شرایط آزمون باید مورد نظر قرار گیرد در روشهای متداول غبارزایی برای ذرات با مقیاس میکرومتر، مقدار غبار تولید شده از نظر کسر جرمی غبار یا شاخصهای غبارزایی اندازهگیری میشود ثابت شده است که در روشهای مختلف تولید هواسل برای تعیین غبارزایی پودرهای حاوی ذرات اولیه با قطر کمتر از ۱۰ میکرومتر نتایج غیر مشابهی به دست میآید.
ترکیبات فراوانی متشکل از تکنیکهای مختلف برای طراحی روشهای غبارزایی وجود دارد به بند ۱ کتابنامه مراجعه شود در استاندارد EN15051:2006 دو روش استوانه چرخنده و روش قطره پیوسته انتخاب شدهاند مقادیر اندازهگیری شده به صورت کسر جرمی قابل استنشاق قابل نفوذ به ریه یا قابل تنفس بر حسب mg/kg بیان میشود به بند ۲ کتابنامه مراجعه شود).
هر کدام از اصطلاحات درصد قابل استنشاق قابل تنفس و قابل نفوذ به ریه را میتوان در استاندارد 481 EN مشاهده کرد به بند ۳ کتابنامه مراجعه شود قطرهای ایرودینامیک ۱۰am ۱۰۰am و ۴am به ترتیب حدود بالایی از اندازه را در کسرهای جرمی تشکیل میدهند این کسرهای جرمی را که با استنشاق در ارتباط هستند میتوان بهعنوان یک کمیت در اندازهگیری نانواشیا هواسلی لحاظ نمود تا روند آزادسازی ذرات به طور کامل شناسایی شود.
اشنایدر و جانسون (به بند ۴ کتابنامه مراجعه شود) تکنیکهایی که در آنها توزیع اندازه ذره مورد استفاده قرار گرفته بود را با عدد توصیف میکردند تا بدین ترتیب میزان مواجهه با نانوشی در فضای داخلی را با قدرت منبع حاصل از رهایش نانوشیء در حین دستکاری پودرهای نانوساختار، ربط دهند. آنها به این نتیجه رسیدند که آزمون غبارزایی در ترکیب با مقادیر به دست آمده از اندازهگیری پیوسته توزیع اندازه مشاهده تجمع ذرات رها شده از توده مواد در حین دستکاری میگردد.
علاوه بر ارزیابی رهایش نانواشیا از مواد نانوساختار، پودری برای مقایسه انطباق روشهای اندازهگیری غبارزایی نیاز به روشها و کمیتهای دیگری نیز میباشد تراکم عددی ذرات و توزیع اندازه از دیگر کمیتهایی هستند که برای اندازهگیری رهایش نانوشی لازم میباشند.
هواسلهای نانوشی در مقایسه با اندازه ذرات، میکرومتری به دلیل حساسیت بیشتری که نسبت به اثرات فیزیکی مانند نفوذ براونی دارند پویاتر هستند. تخلخل و چسبندگی در این پودر نسبت به پودرهایی که از ذرات بزرگتری تشکیل یافته و مقاومت بیشتری در برابر جریان دارند و از مقدار مساحت سطح ویژه کمتری برخوردارند بسیار بیشتر است. نانوشی موجود در مواد پودری میتواند بر خصوصیات توده مواد به طور کامل تأثیر بگذارد. این کار با ایجاد برهم کنشهای بین ذرات و تشکیل انبوهههای توده مانند، ممکن میشود. هنوز خصوصیات ذرات نانوساختار ثانویه که شامل نانواشیا اولیه هستند ناشناخته ماندهاند. به عنوان مثال نشان داده شده است که در سیلیکای متخلخل توزیع اندازه ذره هواسلی به شدت به شرایط روشهای مختلف اندازهگیری بستگی دارد به بند ۵ و ۶ کتابنامه مراجعه شود).
پودرها و هواسلها با آزمایشات سایش و اصطکاک به بند ۷ کتابنامه مراجعه شود) بر تانوچندسازه و رنگهای حاوی نانوذرات نیز بوجود میآیند (به بند ۸ و ۹ کتابنامه مراجعه شود) چنین آزمایشاتی مدنظر این استاندارد نمیباشد اما علم اصول اندازهگیری موجود در این استاندارد برای تعیین کمی رهایش نانوشی از پودرها با تولید هواسل به اثبات رسیده است.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد تعیین کمّی رهایش نانوشی با اندازه گیری هواسلهای آزاد شده بعد از روشهای هواسل شدن میباشد که از پودرهای حاصل از اعمال دستکاری یا پراکندگی با انرژی زیاد بدست میآید. علاوه بر اطلاعات مربوط به جرم هواسل از نظر تراکم ذرات موجود و توزیع اندازه توصیف میشود. این استاندارد اطلاعات مربوط به فاکتورهای مورد نظر در انتخاب روش نمونه برداری پودر و نحوه عملآوری روشها و حداقل ملزومات آمادهسازی، آزمونه توسعه پروتکل آزمون اندازهگیری رهایش ذره و گزارش دادهها را مشخص مینماید در این استاندارد برای مشخص نمودن محدوده کامل اندازه ذرات تولید شده توصیه میشود نانواشیا و همچنین کلوخهها و انبوههها اندازهگیری شوند.
این استاندارد برای مشخص کردن اندازه ذرات درون پودر کاربرد ندارد در صورتی که از روش اصطکاک مکانیکی به طور مستقیم برای خراشیدن و خرد کردن ماده استفاده شود از روشهای سایشی چشمپوشی میشود.