Introduction
Nanomateriale pulvere er meget udbredt i forskellige industrielle sektorer, som råvarer til fremstilling af nye produkter eller som additiver til deres funktionelle applikationer 1-4. Imidlertid har potentialet for arbejdstagernes udsættelse for nanopowder aerosoler blevet bemærket i løbet af forskellige erhvervsmæssige håndtering aktiviteter 5-8, og de dermed forbundne sundhedsrisici er blevet undersøgt i in-vivo og in-vitro toksikologiske undersøgelser 9-12. For at lette udviklingen af effektive strategier til beskyttelse af arbejdstagere, der beskæftiger sig med nanomaterialer, erhvervsmæssige sundhedsprofessionelle kræver en bedre forståelse af, hvordan nanopartikler aerosoler fra pulveriserede materialer udsat for eksterne energitilførsel.
Forskellige laboratoriesystemer er blevet udviklet til at simulere pulver aerosolisering adfærd i realistiske forhold. Blandt dem, to standard procedurer er de etablerede referencemetoder Her præsenterer vi en ny aerosolisering og deagglomeration system til nanopowder test baseret på laboratorie skorstene. Det giver en stabil aerosol generation proces bruger mindre end 1 g test pulver. Steady aerosolisering kan opretholdes i tilstrækkeligt lange varigheder for robuste aerosol karakteriseringer. Systemets ydelse er blevet beskrevet i detaljer i to tidligere publikationer 19,20. Testopstilling er sammensat af en aerosolgenerator, blanding og måling rum, og karakterisering instrumenter, som vist i figur 1. Particle transport slanger og konnektorer forbinde disse forskellige elementer. En flow-tuner og to flowmålere kontrollere og overvåge luften strømningsforholdene i systemet. Et manometer og en temperatur og fugtighedssensor overvåge miljøet inde i målekammeret. Tør trykluft filtreres under anvendelse af et hyperfilter før den kommer ind i systemet. enaflang, V-formet, er glas aerosolgeneratoren bruges til pulver aerosolisering. Denne geometri muliggør en robust aerosolisering proces og transport glat partikel i det efterfølgende kammer. Den strømningssystem ved bunden af tragten er turbulent på grund af samspillet med pulverpartiklerne, det er laminar i den øvre sektion (Re-nummer <15). Tykkelsen af generator væggene var specielt designet til at modstå de høje tryk (op til 400 kPa delta P), der er nødvendige for deagglomeration test vha kritiske åbninger. En høj præcision flow tuner styrer flowet i trin på 0,01 l / min. Ledende rør (6 mm ydre diameter, 1 mm tykkelse) anvendes til at undgå tab af partikler som følge af elektrostatisk afsætning under transport. Røret længde er ca. 50 cm mellem aerosol generator og blandekammeret, 20 cm mellem blandekammeret og målekammeret, og 100 cm for prøveudtagning rør. En 1 L metallisk flaske anvendes som blanding chamber, og en 12 L metallisk tromle anvendes som målekammeret. Partikel udtages fra toppen af målekammeret. En udgangsport dirigerer ekstra strømmen ind filtreringssystem. Blanding og måling kamre er jordforbundet, således at elektrostatiske tab af partikler. Måleinstrumenterne indbefatter en scanning mobilitet Particle Sizer (SMPS) og en optisk partikeltæller (OPC) for partikelantal koncentration og størrelsesfordeling, og et transmissionselektronmikroskopi (TEM) sampler (MPS) til partikelmorfologi analyse. Opsætningen er aerosolisering procedure ligner en fluidiseret proces. Luftstrømmen kommer ind fra bundåbningen i tragten (2 mm diameter) og aerosolizes pulveret. Pulverpartiklerne bevæge sig på en lignende måde til vand i et springvand. Aerosolen genereres møder en fortynding strømning i blandekammeret. Fortyndingsluftens flow kan konditioneres for forskellige niveauer af fugtighed, hvis effektenaf denne parameter kræver analyse. Kammeret luft fungerer også som en buffer volumen til glat blande aerosol med tør fortyndingsluft i henhold til behovene prøveudtagning. Aerosolen flow indføres derefter i målekammeret via en normal rør udløb (for aerosolisering afprøvning) eller en kritisk blænde (for deagglomeration afprøvning). Åbningen kan tilvejebringe forskellige trykfald omstændigheder vil forskydningskræfter til partiklerne passerer gennem det. Denne mekanisme gør det muligt at studere deres deagglomeration potentiale (mekanisk stabilitet). 
Figur 1. Diagram over aerosolisering og deagglomeration system. Som standard et rør forbinder blandekammeret med målekammeret. Den viste åbning er en valgfri add-on (ikke beskrevet i denne protokol). Klik her to se en større version af dette tal.
Protocol
1. System Preparation
- Sørg for at bruge nye eller godt rengjort partikel transport slanger og konnektorer til at samle systemet. Sikre, at kammervæggene renses og partikelfri (se de rengøringsmetoder ved afslutningen af protokollen).
- For at fjerne potentielle baggrund partikler, tilslutte en filtreret tør luftstrøm (5-10 l / min) direkte til blandekammeret (uden at installere tragten mellem position a og b i figur 1), i mindst 30 minutter.
- Måling af koncentrationen af partikelantal i målekammeret ved anvendelse af de SMPS ifølge producentens protokol. Hvis koncentrationen er under 10 # / cm3 efter tre scanninger, derefter overveje miljøet rent. Bemærk, at strømningshastigheden kan bremse ved måling under anvendelse af SMPS.
- Stop luftstrømmen og lukke prøveudtagning rør forretninger og udløb exit rør med en plast- eller gummiprop (position c i Figure 1) for at forhindre omgivende partikler ind i systemet.
- Forberede og varme op instrumenterne måling (SMPS og OPC) og partikel opsamlere til mikroskopisk analyse.
2. Klargøring
- Store testmaterialer i en velkontrolleret miljø med hensyn til temperatur og fugtighed. Dette er meget vigtigt for at sikre reproducerbare resultater i opfølgende eksperimenter.
- Afvejes pulveret forsigtigt med en analytisk balance eller høj præcision balance, i et godt ventileret rum (f.eks laboratorie hætte).
Bemærk: Vægt på 250-500 mg TiO2, SiO2, blev ZnO og CEO 2 nanopartikler pulvere testet, og disse generelt vist sig at være tilstrækkeligt til mindst 30 min af stabil aerosolisering. Men den passende mængde afhænger meget af pulveret type og kan variere betydeligt for bulk materialer, cement eller organiske pulvere. - Fastgør aerosol generator lodretly, og foder pulveret fra topåbningen af aerosolgeneratoren anvendelse af en korrekt rengøres laboratorium tragt. Før forsøget, skylles tragten med vand og tørre ud af filtreret luft, for at fjerne eventuelt støv aflejring på den indvendige væg. Bank forsigtigt på tragten for at sikre alle pulverpartiklerne føres ind i processen. Ryst ikke tragten hårdt for at undgå betydelige tab af materialet til tidlig aerosolisering.
- Kontroller, at størstedelen af pulverpartiklerne nå bunden af generatoren, snarere end at falde på de omkringliggende skrå vægge. Bankes forsigtigt sidevægge generatoren til at flytte deponerede pulverpartikler ned til bunden.
- Alternativt benytter en lang tragt, der direkte indskud pulverpartiklerne i bunden af generatoren. Af sikkerhedsmæssige årsager, gennemføre disse operationer under en emhætte eller inde i en negativ trykkammer.
- Som unsticky materiale kan glide gennem åbningen i bundenaf generatoren, anvende en kanyle diameter 2 mm til midlertidigt at blokere åbningen før fodring i pulveret.
- Fjern tragten og luk den øverste og nederste åbninger af generatoren for at undgå partikelemission under overførsel.
3. aerosolisering
- Installer aerosol generator, fjerne blokke på indløb og udløb slange til tragten, skal dets bund til filtreret lufttilførsel og dens øverste udgang til blandekammeret (positionerne a og b henholdsvis i figur 1), og fastgør den lodret med en metallisk stillads.
- Fjern blokkene på setup exit (position c i figur 1).
- Tænd for aerosolisering flow. Øg langsomt hastigheden fra 0 til 0,3-0,5 l / min ved hjælp af flow tuner. Ikke flytter til høje strømningshastigheder for hurtigt-målet er at nå en strømningshastighed, der kan give stabile aerosoldannelse i mindst 30 min.
- For at opnå dette,ikke forbruge pulver mængde betydeligt i denne periode med stabil aerosolisering. Som en empirisk regel benytte en fluid-bed-højde på ca. 1 cm (angivet med H i figur 1) til generering af en robust aerosol flow og samtidig opretholde en stabil koncentration over en forholdsvis lang periode. Hvis energien lagt i aerosolisering processen er for stærk så materialet vil blive hurtigt opbrugt, ikke at modstå en stabil aerosoldannelse under resten af eksperimentet. Bemærk, at strømningshastigheden interval kan variere for forskellige pulvere; ovennævnte værdier blev anvendt til de testede ovennævnte nanopowders.
- Tænd for fortynding flow. Øg langsomt hastigheden fra 0 til 2 l / min. Den samlede fortynding flow behov bestemmes af prøveindsamlingsudstyret. SMPS, OPC, og mini-sampler anvendes i systemet præsenteres her kræve en samlet strøm af 1,6-1,8 l / min.
4. Karakterisering
- Startonline måleinstrumenter samtidigt (her, den SMPS og OPC) så snart aerosolisering og fortyndinger strømme introduceres.
Bemærk: Hvis der opnås en stabil tilstand af aerosolisering bør aerosol partikelantal koncentration og fordelingen størrelse bliver stabil efter ca. 30 min. Brug målinger startende fra dette tidspunkt til sammenligning af aerosol egenskaber under forskellige betingelser (f.eks, fugtighed), og ved hjælp af forskellige pulvere. Analysere resultaterne fra 10 på hinanden følgende SMPS scanninger til at beregne gennemsnitskoncentrationer og størrelsesfordelinger. - Når aerosolisering er stabil, tænd pumpen er forbundet til TEM sampler at starte prøveudtagning de luftbårne partikler. Brug en strømningshastighed på 0,3 l / min ved hjælp af TEM gitter belagt med holey carbonfilm. Den tynde film på gitteret kan beskadiges, hvis strømningshastigheden er for høj. Detaljerede oplysninger om brugen af prøvetageren fås 21. Typisk prøvetagning proces varer abud 3 min.
- Varierer varigheden prøveudtagning efter de forskellige koncentrationer af partikler og omtrentligt ved at overveje en moderat overfladedækning af TEM gitteret ved partikelaflejring (f.eks, 50%). Tykke depositioner kan ændre partikelmorfologi grund på stedet byområde.
5. Post-prøveudtagninger og Oprydning
- Efter at have afsluttet målingerne, slukke for fortynding strømmen og derefter aerosolisering flow.
- Afbryd aerosolgeneratoren fra systemet, blokerer dets øverste og nederste åbninger, og overføre den til rengøring rummet. Rengør i et godt ventileret rengøring facilitet eller et lukket rum, især hvis farlige materialer er blevet behandlet.
- Dispergere pulverrester med vand eller organiske opløsningsmidler, afhængigt af hydrofiliciteten af partikeloverfladen. Hæld opløsningen ud i kemiske beholdere til genvinding. Efter lange eksperimenter, test pulvere tendens til STICk fast på glasvæggen og ikke opløses nemt. Hvis dette sker, bruge syrer eller baser sammen med en ultralyds renere at opløse klæbrige materialer.
- For at fjerne enhver vandindhold efterladt på væggen og at tørre indersiden af generatoren, passerer tør luft gennem den i mindst 1 time. Sørg for, at der ikke er flammer eller kilder tænding ved arbejde med organiske opløsningsmidler, og sikre god ventilation af rummet.
- Afbryd partikel transport slanger og konnektorer. Skyl dem med vand eller opløsningsmidler. Tør de indvendige vægge af blandings- og måling kamre med en våd papir væv eller klud. Tørre dem i en åben plads i mindst en dag eller med tør luftstrøm i 1 time før næste forsøg.
- Rengør regelmæssigt SMPS slaglegemet (hvis anvendt).
Representative Results
Figur 2 viser et typisk eksempel på de samlede aerosol partikelantal koncentration og størrelse ændringer over tid, ved hjælp af de ovennævnte protokoller i en aerosolisering eksperimentere med hydrofobe SiO2. Partikel koncentrationer startede så snart aerosolisering flow blev indført til at stige. Den geometriske middelværdi partikelstørrelse øges gradvist samt. Efter ca. 10 SMPS scanninger (3,5 min / scan), aerosol begyndte at indtaste en stabil tilstand, hvor partikelkoncentration og middeldiameter ikke længere varieres ved enhver betydelig mængde. Denne tilstand varede mere end 30 minutter, hvilket var tilstrækkeligt til at fuldføre ti 3-min SMPS scanninger. Figur 3 viser ændringen i koncentrationen partikel i form af individuelle størrelsesfordelinger (baseret på de samme data som i figur 2). Toppen steg langsomt over tid, og når aerosolen blev stabil, forblev inden for samme størrelsesområde hele the resten af testen.
Den meget lille middeldiameter vist i begyndelsen af eksperimentet ikke skyldtes ustabile pulver aerosolisering. Det blev derimod forårsaget af den resterende omgivende luft inde i tragten efter proceduren pulveret påfyldning. Dette luftvolumen var den første til at strømme ind i målekammeret og er samples af SMPS under sine oprindelige scanninger (Figur 4). Dette kunne undgås ved at udføre alle forsøgene i et rent rum, hvis det var påkrævet af det videnskabelige spørgsmål ved hånden. Faktisk størrelsesfordelingen af den første scanning var meget svarende til den i den omgivende luft. Som pulverpartiklerne aerosolpartiklerne fortsatte at flyde i den interferens fra de omgivende partikler formindskes hurtigt, og virkningen var næsten forsvundet efter få SMPS scanninger.
Figur 2. Ændringi alt partikelantal koncentration og betyde diameter i en aerosolisering eksperiment (241 mg hydrofobisk SiO2; aerosolisering flow 0,3 l / min). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3. Ændring i partikelstørrelsesfordeling i en aerosolisering eksperiment. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4. Aerosol partikelstørrelsesfordelinger ved begyndelsen af aerosolisering testen. Partikelkoncentration præsenteres på en relativ skala (normaliseret to det samlede antal), for at sammenligne spektret fra den første scanning i en meget lav koncentration til spektre fra senere scanninger i højere koncentrationer. Klik her for at se en større version af dette tal.
Ændringerne i partikelkoncentrationen ikke altid følger de samme mønstre. Fire muligheder kan normalt ses i en aerosolisering test. I figur 5A er koncentrationen steg langsomt til en "plateau" region, derefter forblev næsten uændrede i resten af forsøget. I figur 5B, koncentrationen først steg til en maksimal punkt, gradvist faldet til et lavt niveau, og derefter forblev stabil i mere end 1,5 timer. I figur 5C er koncentrationen fortsatte faldende til nul. I figur 5D, koncentrationen øges til maksimalt niveau, remained der i en vis periode, og derefter faldt igen.
Scenario (a) er normalt ses, når operativsystemet procedure standarden følges. Den aerosolisering luftstrøm indføres langsomt og endelig stabiliseret inden for det passende område. Mængden af råmateriale er tilstrækkelig i forhold til aerosolisering niveau, og en konstant aerosoldannelse hastighed kan opretholdes i en længere periode. Scenario (b) er mest sandsynligt skyldes en overdreven aerosolisering flow under hele forsøget, kombineret med en utilstrækkelig mængde pulver. Pulveret er hurtigt forbruges og er ikke i stand til at opretholde stabile aerosoldannelse. Scenariet (c) viser et lignende fald i partikelantal fusions-scenariet (b), bortset fra at efter en kort periode blev luftstrømningshastigheden re-justeret til et passende område og holdes konstant i hele resten af testen. Dette tillod partikelkoncentrationen gradvist at nå et stabilt område. Scenario (d) enppears når en utilstrækkelig mængde råvaren anvendes. På sidstnævnte fase af forsøget, er der ikke længere nok test pulver til at generere aerosolpartikler med en konstant hastighed, som var muligt i den tidlige fase af aerosolisering. Følgelig partikelkoncentrationen i systemet reduceres.
Figur 5. Normale mønstre for skiftende koncentrationer af total partikler under aerosolisering forsøg: (A) langsomt stige indtil et plateau er nået; (B) gradvist falde til nul; (C) hurtigt nå et højdepunkt og derefter falde til et stabilt niveau; (D) stige til en stabil tilstand og opretholde en vis periode, og derefter falde. Klik her for at se en større version af dette tal. Forskellige aerosoliseringsegenskaber strømningshastigheder blev testet for at studere deres indflydelse på aerosoldannelse. Strømningshastigheder fra 0,3-1,1 l / min blev anvendt, og de resulterende partikelstørrelsesfordelinger er vist i figur 6. Toppen af spektret steg som strømningen øges. Ved den højeste strømningshastighed (1,1 L / min), begyndte mikrometerstore luftbårne partikler at komme ind i systemet (den sekundære top). De modale størrelser af aerosol partikler forblev ens, når under samme aerosolisering flow, men de faldt gradvist når luftstrømmen øges gennem området 0,3-0,7 l / min (figur 7). Den stigende partikel generation sats og aftagende middelpartikeldiameter som strømningshastigheder forøgede tyder på, at mere dynamisk aerosolisering proces (med betydelige bevægelser og kollisioner partikel) lettet deagglomeration af pulver partikler, hvilket resulterer i en modificeret størrelsesfordeling af aerosolenpartikler genereret.
Figur 6. Ændring partikelstørrelsesfordelinger med stigende luftmængder (0,3- 1,1 L / min). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7. Sammenligning af partikelstørrelsesfordelinger under forskellige flowhastigheder. Den spektre blev forvandlet til lignende højder i relativ skala (normaliseret til den samlede partikelantal), som viser bedre skiftet i toppen. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 8 viser et eksempel på variationen i partikelstørrelsesfordelingen fra fire gentagne forsøg med det samme materiale. Standardafvigelsen var 39,7% for den samlede partikelkoncentration og 6,6% for den geometriske middelværdi størrelse. Variationen i antallet fusion kan skyldes flere grunde: 1) forskellige råmaterialer status (f.eks, agglomerering niveau); 2) menneskelige faktorer i pulverform påfyldning proces (påvirke pulver mængde deponeret i tragten bund, således det disponible beløb til aerosolisering); eller 3) justering luftstrøm i begyndelsen af aerosolisering.
Discussion
Tragten baseret aerosolisering setup effektivt kan aktivere pulverpartikler på et valgt energitilførsel niveau (kan kvantificeres ved luftstrømningshastigheden under aerosolisering). Partikel bevægelser og kollisioner på genereringen stedet nå en ligevægtstilstand, opbrydning pulveragglomerater og udsender luftbårne partikler af det samme størrelsesfordeling ved en konstant hastighed. En stabil aerosolisering kan vare fra 30 min til op til 2 timer, hvilket er tilstrækkelig tid til selv langsomme måleinstrumenter med høje størrelse resolutioner, såsom SMPS, at producere statistisk signifikante resultater. Opsætningen kræver kun små mængder testmateriale, som kan være en fordel for test af kostbare materialer såsom nanopartikler pulvere.
Dog kan systemets miljø og procesparametre væsentlig indflydelse på testresultaterne. At producere gentagelige data, skal standardprocedurer følges nøje hele erfamenter. Ved udførelse aerosolisering tests med dette system, bør følgende aspekter overvejes nøje.
For det første at opnå meningsfulde resultater, er det afgørende at opsætningen interne dele giver et rent miljø for prøverne. Potentielle kilder af forurenende stoffer ligger omgivende partikler og testmateriale fra tidligere eksperimenter. Virkningen af omgivende partikler sædvanligvis forsvandt forholdsvis hurtigt, så snart aerosoliseringskanalerne og fortyndingsforhold strømme blev indført. interferens fra restmaterialer, kan dog fortsat under hele forsøget. Som de genererede aerosolpartiklerne strømmer gennem systemet, kan de aflejres på de indre vægge af transportrørene, de bøjende punkter og de smalle kanaler af stik, og de indre overflader af blandingen og målingen kamre. Hvis disse dele ikke er ordentligt rengjort før nye eksperimenter, der tidligere deponerede materialer kan konstant resuspenderes i de vigtigste streamaf aerosolen flow, dermed forstyrre testresultaterne.
For det andet bør pulveret fyldeprocessen udføres meget omhyggeligt. Den vigtigste spørgsmål her er den mængde af pulveret føres ind i setup, især når der anvendes meget små mængder af materialer. Ved en given aerosolisering strømningshastighed, mindre mængder af pulver generere lavere koncentrationer aerosol, og eventuelt partikler med mindre størrelser, på grund af den højere energi input per vægtenhed af pulver. Endvidere har de opbevaringsbetingelser for testmaterialer (f.eks relativ fugtighed og temperatur) vist sig at påvirke pulver aerosolisering adfærd og niveauer af støvafgivelse 22. Derfor bør rå pulvere altid holdes i de samme atmosfæriske forhold, hvor det er muligt.
For det tredje, tilpasninger af aerosolisering strømning ved begyndelsen af forsøget i høj grad påvirke testresultaterne. Kraftige stigninger i strømmen blæse store pulver partikler up i luften og sprede dem over hele tragten overflade, hvilket reducerer den mængde materiale til rådighed for resten af eksperimentet. Konsekvenserne kan være en mislykket test på grund af utilstrækkelig pulver.
Fordi den her beskrevne setup ikke er bygget ved hjælp standardiseret laboratorieudstyr, når de forsøger at kopiere de centrale dele af dette system, bør overvejes følgende aspekter. Almindeligt laboratorieudstyr skilletragte kan anvendes som aerosolgeneratoren (bemærk, at de ikke bør anvendes under tryksatte betingelser). Skilletragte af forskellige geometrier blev testet i eksperimenterne, og de leveres lignende funktioner skræddersyet tragt. En gummitætning blok med en indlejret transportrør kan anvendes som tragten låg.
kan bruges Blanding og måling rum i forskellige geometrier, men lignende mængder. Bemærk, at rum der er for store i væsentlig grad vil forsinke tiden needed at nå stabile aerosol forhold (koncentration). Den nødvendige tid kan estimeres ved at tage hensyn til den samlede strømningshastighed og volumenet af kammeret. Selv om processen kan fremskyndes ved hjælp af en stor fortynding flow, bør det erindres, at den endelige partikelantal koncentrationen kan faldet drastisk på grund af fortynding, og dette kan påvirke aerosol fordeling størrelse samt udførelsen af måleinstrumenter (afhængigt på deres detektionsgrænser). Elektrisk ledende materialer anbefales.
Længden af transporten slangen kan variere, afhængigt af de generelle indstillinger laboratorie. Imidlertid bør længden holdes så kort som muligt for at undgå væsentlige tab af partikler under transport. Den partikelindtrængning effektivitet kan beregnes under hensyntagen partikeldiameter, luftstrømningshastighed, rør diameter og længde, og i betragtning af enten tyngdefelt afsætning ellerdiffusion tab, eller begge dele.
Forskellige karakteriseringsmetoder kan anvendes. Dog bør justeres indblæs- (fortynding flow) til at matche den samlede sampling flow. Utilstrækkelig lufttilførsel vil resultere i undertryk i målekammeret, tegning i omgivende partikler dermed fører til fejl i konklusionerne. Forskellige luft forsyningskilder kan anvendes, men at de er partikelfri eller præ-behandle luften med en højeffektiv filter.
En væsentlig begrænsning ved denne aerosolisering fremgangsmåde er, at det kræver god flydeevne test pulvere for at opretholde stabil partikel generation over en relativt lang periode. Klæbrige materialer, såsom hydrofile pulvere med et højt vandindhold, ofte stoppe flyder på et tidligt stadium af aerosolisering proces og producere koncentrationer meget lave partikel. Potentielle måder at løse dette problem kunne omfatte en forbehandling af det rå pulver-såsom tørring-so at forbedre dets flydeevne. Lagringen tilstand af råmaterialerne efter anvendelser bør være godt vedligeholdt, f.eks opbevares i et tørt miljø og under passende temperatur. Under forsøgene, kunne højere aerosolisering strømningshastighed (0,5-1 l / min) og større mængder af råvarer (fx 500 mg) anvendes. Derudover kan sænke fortynding strømningshastighed stige partikelkoncentration i målekammeret.
En anden begrænsning ved denne metode er reproducerbarheden af luftbårne partikel generation rate (således partikelantal koncentration i målekammeret). eksisterer stadig vist niveau af variation. Mulige måder at forbedringer er en bedre defineret fodring proces for at reducere materielle tab, og velkontrollerede aerosolisering flow.
Systemet og protokollerne beskrevet her kan anvendes til forskellige formål. Brugen af relativt små mængder af testmateriale gør metoden potentielt valuable som et alternativt værktøj til test pulver støvethed. Rangordningen af niveauer af luftbårne partikler genereret af vores system for nogle almindelige materialer svarede til dem, der observeres i eksisterende aerosoliseringsegenskaber systemer 19, såsom den roterende tromle 15,17, kontinuerlig drop 23, og vortex shaker metoder 24. Endvidere kan den justerbare energitilførsel (luftstrømsraten) også anvendes til undersøgelse af stabiliteten af nanopartikel pulveragglomerater. Endelig kan stabil aerosol generation tjene som en pålidelig kilde til luftbårne nanopartikler til in vivo eller in vitro toksikologiske undersøgelser. Koncentrationen kontrollerbar partikel ville tillade en analyse af dosis-afhængige biologiske reaktioner. Sammenlignet med andre aerosoliseringsegenskaber fremgangsmåder, der anvender flydende suspensioner, den præsenterede metode undgår potentielle problemer såsom materiale suspenderbarhed og ændring af fysisk-kemiske egenskaber af partikler i suspension (fx engglomeration, overfladeegenskaber).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| titanium dioxide nanopowder | JRC | NM-103/104 | Reference materials provided within EU FP7 MARINA project |
| silicon dioxide nanopowder | AEROSIL | R974 | |
| silicon dioxide nanopowder | JRC | NM-200 | Reference materials provided within EU FP7 MARINA project |
| zinc oxide nanopowder | JRC | NM-110/111 | Reference materials provided within EU FP7 MARINA project |
| cerium dioxide nanopowder | JRC | NM-211/212 | Reference materials provided within EU FP7 MARINA project |
| The V-shaped aerosol generator | Souffleur de verre S.A. | Specially made based on conditions required in the experiments (e.g., geometry, thickness) | |
| scanning mobility particler sizer (SMPS) | GRIMM | Model N° 5.403 | Size range: 11.1–1083.3 nm (impactor: d50=1,082 nm); composed of a condensation particle counter (CPC) and a dynamic mobility analyzer (DMA); sampling flow ate: 0.3 L/min; sheath flow rate: 3.0 L/min; with standard multiple charge correction and diffusion loss correction. |
| optical particle counter (OPC) | GRIMM | Model N° 5.403 | Size range: 0.25-32 µm |
| mini-particle sampler (MPS) | ECOMESURE | ||
| transport tubes | Milian S.A. | 8 mm-conductive | 6 mm inner diameter |
References
- Devaprakasam, D., Hatton, P. V., Möbus, G., Inkson, B. J. Effect of microstructure of nano- and micro-particle filled polymer composites on their tribo-mechanical performance. J. Phys. Conf. Ser. 126, 012057 (2008).
- Mukhopadhyay, A., Basu, B. Consolidation-microstructure-property relationships in bulk nanoceramics and ceramic nanocomposites: a review. Int. Mat. Rev. 52, 257-288 (2007).
- Svintsitskiy, D. A., et al. Study of cupric oxide nanopowders as efficient catalysts for low-temperature CO oxidation. J. Mol. Catal. A: Chemical. 368-369, 95-106 (2013).
- Schmid, K., Riediker, M. Use of nanoparticles in Swiss Industry: a targeted survey. Environ. Sci. Technol. 42, 2253-2260 (2008).
- Bello, D., et al. Particle exposure levels during CVD growth and subsequent handling of vertically-aligned carbon nanotube films. Carbon. 46, 974-977 (2008).
- Brouwer, D. Exposure to manufactured nanoparticles in different workplaces. Toxicol. 269, 120-127 (2010).
- Demou, E., Peter, P., Hellweg, S. Exposure to Manufactured Nanostructured Particles in an Industrial Pilot. Ann. Occup. Hyg. 52, 695-706 (2008).
- Kuhlbusch, T., Asbach, C., Fissan, H., Gohler, D., Stintz, M. Nanoparticle exposure at nanotechnology workplaces: A review. Part. Fib. Toxicol. 8, 22 (2011).
- Castranova, V. Overview of current toxicological knowledge of engineered nanoparticles. J. Occup. Environ. Med. / American College of Occupational and Environmental Medicine. 53, 14-17 (2011).
- Fukui, H., et al. Association of zinc ion release and oxidative stress induced by intratracheal instillation of ZnO nanoparticles to rat lung. Chem.-Biol. Interact. 198, 29-37 (2012).
- Lewinski, N., Colvin, V., Drezek, R. Cytotoxicity of Nanoparticles. Small. 4, 26-49 (2008).
- Kreyling, W., et al. Translocation of ultrafine insoluble iridium particles from lung epithelium to extrapulmonary organs is size dependent but very low. J. Toxicol. Environ. Health. 65, 1513-1530 (2002).
- Verlag, B. European Norm 15051, Workplace exposure-measurement of the dustiness of bulk materials. , (2014).
- Breum, N. O. The rotating drum dustiness tester: Variability in dustiness in relation to sample mass, testing time, and surface. Ann. Occup. Hyg. 43, 557-566 (1999).
- Tsai, C., et al. Dustiness test of nanopowders using a standard rotating drum with a modified sampling train. J Nanopart Res. 11, 121-131 (2009).
- Bach, S., Schmidt, E. Determining the Dustiness of Powders-A Comparison of three Measuring Devices. Ann. Occup. Hyg. 52, 717-725 (2008).
- Schneider, T., Jensen, K. Combined Single-Drop and Rotating Drum Dustiness Test of Fine to Nanosize Powders Using a Small Drum. Ann. Occup. Hyg. 52, 23-34 (2008).
- Morgeneyer, M., Le Bihan, O., Ustache, A., Aguerre-Chariol, O. Experimental study of the aerosolization of fine alumina particles from bulk by a vortex shaker. Powd. Technol. 246, 583-589 (2013).
- Ding, Y., Riediker, M. A system to assess the stability of airborne nanoparticle agglomerates under aerodynamic shear. J. Aerosol Sci. 88, 98-108 (2015).
- Ding, Y., et al. Dustiness and Deagglomeration Testing: Interlaboratory Comparison of Systems for Nanoparticle Powders. Aerosol Sci. Technol. 49, 1222-1231 (2015).
- R'milli, B., Le Bihan, O. L. C., Dutouquet, C., Aguerre-Charriol, O., Frejafon, E. Particle Sampling by TEM Grid Filtration. Aerosol Sci. Technol. 47, 767-775 (2013).
- Levin, M., et al. Influence of relative humidity and physical load during storage on dustiness of inorganic nanomaterials: implications for testing and risk assessment. J. Nanopart. Res. 17, 1-13 (2015).
- Dahmann, D., Monz, C. Determination of dustiness of nanostructured materials. Gefahrst. - Reinhalt. L. 71, 481-487 (2011).
- Ogura, I., et al. Dustiness testing of engineered nanomaterials. J. Phy. Conf. Ser. 170, 012003 (2009).
