Yöntem makalesi

Bir Sistem Nano tozlar gelen Kararlı Nanoparçacık Aerosoller oluşturma

12.3K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/54414

⸱

26 Temmuz 2016

 , 
1Institute for Work and Health (IST), Universities of Lausanne and Geneva, 2IOM Singapore

Bu makalede

Özet

Etkili bir nanopowder aerosolizasyon kurulumu ve işletim protokolü tasarladık ve geliştirdik. Sistem, yalnızca küçük miktarlarda test materyali (min. 200 mg) gerektiren, uzun süreler boyunca kararlı sayı konsantrasyonlarına ve boyut dağılımlarına sahip nanopartikül aerosoller üretti.

Özet

İşyerlerinde nanotozlardan salınan nanopartikül aerosoller, insan maruziyeti ve sağlık riskleri ile ilişkilidir. Toz aerosolizasyon davranışını ve aerosol özelliklerini incelemek için minimum miktarda test materyali (min. 200 mg) gerektiren yeni bir sistem geliştirdik. Aerosolizasyon prosedürü, akışkan yataklı proses konseptini takip eder, ancak V şeklindeki bir aerosol jeneratörünün değiştirilmiş hacminde gerçekleşir. Havadaki partikül sayısı konsantrasyonu, hava akış hızı kontrol edilerek ayarlanabilir. Sistem, örneğin aerosol davranışını incelemek ve aynı zamanda toksikolojik çalışmalar için önemli olan uzun süreler boyunca (0,5-2 saat ve muhtemelen daha uzun) kararlı aerosol üretim oranları ve partikül boyutu dağılımları sağladı. Aerosolizasyon deneyleri sırasında işletim prosedürlerine sıkı sıkıya bağlı kalmak, tekrarlanabilir test sonuçlarının oluşturulmasını sağlar. Standart protokoldeki kritik adımlar, malzemenin ve kurulumun hazırlanması ve aerosolizasyon işlemlerinin kendisidir. Sistem, kararlı aerosol konsantrasyonları gerektiren deneyler için kullanılabilir ve ayrıca tozluluğu test etmek için alternatif bir yöntem olabilir. Bu kurulumla mümkün kılınan kontrollü aerosolizasyon, nanomalzeme tozlarının işlendiği mesleki ortamlarda yaygın olarak bulunan aralıklar dahilinde olan enerji girdileri (aerosolizasyon hava hızı ile karakterize edilebilir) kullanılarak gerçekleşir. Bu kurulum ve işletim protokolü, insan maruziyeti ve risk değerlendirmesi için bu nedenle yararlıdır.

Giriş

Nano malzeme tozları yaygın yeni ürünlerin üretimi için ya da işlevsel uygulamalar 1-4 için katkı maddesi olarak hammadde olarak, farklı sanayi sektörlerinde kullanılmaktadır. Ancak, NANOPOWDER aerosoller işçilerin maruz kalma potansiyeli çeşitli meslek işleme faaliyetleri 5-8 esnasında not edilmiştir ve ilişkili sağlık riskleri in-vivo ve in-vitro toksikoloji çalışmalarında 9-12 araştırılmıştır. Nanomalzemelerin ile uğraşan işçileri korumak için etkili stratejilerin geliştirilmesini kolaylaştırmak amacıyla, iş sağlığı profesyonelleri nanoparçacık aerosoller dış enerji girdilerinin tabi toz malzemelerden oluşturulan nasıl daha iyi anlaşılmasını gerektirir.

Farklı Laboratuar Sistemleri gerçekçi koşullarda toz aerosol haline getirme davranışını simüle etmek için geliştirilmiştir. Bunlar arasında, iki standart prosedürler kurulan referans yöntemleri 13 hava partikülleri serbest bırakmak için. Birinci yöntem, enerji girişi için orta ve toz parçacıklarının 14,15 aerosol olarak dönen bir tamburun kullanır. İkinci yöntem, dikey bir silindir boyunca sabit bir hızda bir toz bırakır ve yükselen bir hava akımı 16 aracılığıyla toz parçacıkları aerosolize. Bununla birlikte, bu yöntemler, test malzemelerinin nispeten büyük miktarlarda (35 cm3 ya da 500 g) gerektirir ve bu durum, yüksek maliyet ve potansiyel maruz kalma riskine nano malzeme toz ile ilgili bir sorun olabilir. Davul süreçlerini tek damla birleştiren ve dönen bir küçültülmüş test sistemi test tozlar (6 gr örnekleri) 17 küçük miktarlarda kullanımına izin veren geliştirildi. Girdap shakers dayanan bir süre önce geliştirilen aerosol sistemi de hammadde 1 cm 3 aşağı, Nano tozlar için izin testleri kullanılmıştır 18.

Burada, laboratuvar huniler dayalı NANOPOWDER testi için yeni bir aerosol haline ve Dağıtma sistemi sunuyoruz. Deney tozu 1 g'dan daha az kullanmak suretiyle stabil bir aerosol üretim işlemi sağlar. Sabit aerosol haline getirme, sağlam bir aerosol özellikleri belirleme amacıyla yeterince uzun süreler için muhafaza edilebilir. Sistemin performansını daha önceki iki yayın 19,20 detaylı bir şekilde tarif edilmiştir.

Şekil 1. Parçacık taşıma boru gösterilen ve konnektörleri bu farklı unsurları bağlantı olarak test kurulumu, bölmeleri ve karakterizasyon aletleri karıştırma ve ölçme, bir aerosol üretecinin oluşmaktadır. Bir akış tuner ve iki debimetreler kontrol ve sistemdeki hava akış koşullarını izlemek. Bir manometre ve bir sıcaklık ve nem sensörü ölçüm odası içinde çevreyi izliyoruz. Kuru sıkıştırılmış hava sisteme girmeden önce hyperfilter kullanılarak süzülür. birV-şekilli, uzunlamasına, bir cam aerosol üreteci toz aerosolleştirme için kullanılmaktadır. Bu geometri sonraki bölmeye sağlam bir aerosol süreci ve pürüzsüz parçacık taşınmasını kolaylaştırır. üst bölüm (Re-sayı <15) laminer ise huninin altındaki akış rejimi nedeniyle toz parçacıkları ile etkileşime çalkantılı olduğunu. jeneratör duvar kalınlığı özellikle kritik delikler kullanılarak Dağıtma testi için gerekli (400 kPa Ap kadar) yüksek basınçlara dayanacak şekilde tasarlanmıştır edilmiştir. Yüksek hassasiyetli akış tuner 0.01 L / dk artışlarla akış hızı kontrol eder. İletken boru (6 mm dış çapı, 1 mm kalınlık) nakliye sırasında elektrostatik çökeltme nedeniyle partikül kayıpları önlemek için kullanılır. boru uzunluğu aerosol üretecinin ve karıştırma bölmesi, karıştırma bölmesi ve ölçüm odası arasında 20 cm, ve örnekleme boruları 100 cm arası yaklaşık 50 cm'dir. 1 L metal şişe karıştırma Cham olarak kullanılanBER ve 12 L metal tambur ölçüm gözüne olarak kullanılır. Partikül örnekleri ölçüm gözüne üstünden çekilir. Bir çıkış noktası bir filtrasyon sistemine ekstra akışını yönlendirir. Karıştırma ve ölçüm odaları elektriksel parçacıkların elektrostatik kayıplarını önlemek için topraklı. Ölçüm cihazları tarama hareket partikül ölçücüyle (SMPS) ve parçacık sayısı, konsantrasyon ve büyüklük dağılımı için bir optik partikül sayacı (OPC), ve parçacık morfolojisi analizi için bir transmisyon elektron mikroskobu (TEM) Örnekleyici (MPS) içerir.

Kur'ın aerosol haline getirme işlemi, akışkan yataklı bir işlem benzer. Hava akış huni (2 mm çaplı) içine alt açıklıktan girer ve toz havaya sprey. Toz partikülleri, çeşme suyuna benzer bir şekilde hareket eder. Türetilen aerosolün bir karıştırma odası içinde bir seyreltme akımı uygundur. seyreltme hava akış etkisi ise nem farklı düzeylerde için klimalı edilebilirBu parametrenin analizini gerektirir. bölmenin hava da sorunsuz örnekleme ihtiyaçlarına göre kuru seyreltme hava ile aerosol karıştırmak için bir tampon hacmi olarak hizmet vermektedir. aerosol akımı daha sonra (aerosol haline getirme testi için) normal bir boru çıkış ağzından ya da (deaglomerasyon testi için) önemli bir menfezi yoluyla ölçüm gözüne sokulur. menfez içinden geçen parçacıklar kesme kuvvetleri uygulayan farklı bir basınç düşüşü koşullarını sağlar. Bu mekanizma kendi Dağıtma potansiyeli (mekanik stabilite) çalışma sağlar.

figure-introduction-1
Şekil 1. aerosol ve Dağıtma sistemi diyagramı. Varsayılan olarak, bir tüp ölçüm odası ile karıştırma odasını bağlar. Gösterilen menfez isteğe bağlı eklenti (bu protokolü açıklanan değil). T tıklayınızo bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntüleyin.

Protokol

1. Sistem Hazırlama

  1. sistemi monte yeni veya iyi temizlenmiş parçacık taşıma boruları ve konnektörleri kullandığınızdan emin olun. bölme duvarları temizlenmeli ve partikül içermeyen (protokol sonunda temizlik yöntemlerine bakınız) olduğundan emin olun.
  2. Potansiyel arka plan parçacıkları kaldırmak için, en az 30 dakika süreyle, (Şekil 1'de pozisyonları a ve b arasındaki huni yüklemeden) doğrudan karıştırma odasına filtrelenmiş kuru hava akımı (5-10 L / dk) bağlayın.
  3. üreticinin protokolüne göre AGK kullanarak ölçüm odasında partikül sayısı konsantrasyonunu ölçün. Konsantrasyonu, 10 # / cm3 sonra üç tarama altında ise, o zaman bir ortam, temiz düşünün. AGK kullanarak ölçerken akış hızı yavaş unutmayın.
  4. Hava akışını durdurmak ve Figür (a plastik veya lastik tıpa ile pozisyon c örnekleme borusu çıkışları ve çıkış borusu çıkışı kapatıne 1) sistemine girmesini ortam partikülleri önlemek için.
  5. Hazırlayın ve mikroskopik analiz için ölçüm cihazları (SMPS ve OPC) ve partikül numune ısınmak.

2. Malzeme hazırlanması

  1. sıcaklık ve nem açısından iyi kontrollü bir ortamda saklayın test materyalleri. Bu takip deneylerde tekrarlanabilir sonuçlar sağlanması için çok önemlidir.
  2. Dikkatle iyi havalandırılmış bir alanda, bir analitik terazi veya yüksek hassasiyetli dengesini kullanarak tozu tartılır (örneğin, laboratuvar davlumbaz).
    Not: 250-500 mg Ağırlıkları TiO2, SiO2, ZnO ve CEO 2 nanoparçacık tozlar test edildi ve bunlar genellikle istikrarlı püskürtülmesindan en az 30 dakika için yeterli olduğunu kanıtladı. Bununla birlikte, uygun miktarda güçlü bir toz tipine bağlıdır ve dökme malzemeler, çimento ya da organik tozların önemli ölçüde değişebilir.
  3. Dikey aerosol jeneratörü Fixly ve düzgün temizlenmiş laboratuvar huni kullanarak aerosol üretecinin üst açıklığından toz yem. Deneyden önce, su ile yıkayın ve huni iç duvarında herhangi bir toz birikimi çıkarmak için süzüldü, hava ile kurumasına. Yavaşça tüm toz partikülleri sürecine beslenir sağlamak için huni dokunun. Erken solunmasıyla malzemenin önemli kaybını önlemek için sabit huni sallamayın.
    1. toz parçacıklarının büyük çoğunluğu oldukça çevreleyen eğimli duvarlara düşen daha, jeneratörün alt ulaşmak emin olun. Yavaşça dibine bırakılmış toz partikülleri taşımak için jeneratör yan duvarları dokunun.
    2. Alternatif olarak, uzun bir huni kullanmanız doğrudan mevduat jeneratörün altındaki toz parçacıkları. Güvenlik nedenleriyle, bir havalandırma başlık altında ya da bir negatif basınç odasının içine bu işlemleri yürütmek.
  4. unsticky malzeme altındaki açıklıktan kayma olabilirJeneratörün, geçici toz beslemeden önce açılmasını engellemek için 2 mm çaplı iğne kullanın.
  5. huni çıkarın ve nakil sırasında partikül emisyonunun önlemek amacıyla jeneratörün üst ve alt açıklıklar kapatın.

3. Aerosolleştirilmesi

  1. Huniye giriş ve çıkış boru üzerindeki blokları kaldırmak, aerosol jeneratör yükleyin, filtrelenmiş hava kaynağına dibini bağlamak ve üst karıştırma bölmesinin (sırasıyla Şekil 1 pozisyonları a ve b) için çıkış ve dikey ekleyin metalik iskele.
  2. Kurulum çıkış (Şekil 1'de pozisyon c) üzerine blokları kaldırmak.
  3. aerosol akışını açın. Yavaş yavaş akış tuner kullanarak 0 L 0.3-0.5 / dk dan oranını artırmak. çok yüksek akış hızlarına hareket etmeyin çabuk-amaç en az 30 dakika süreyle stabil aerosol üretimini sağlayacak bir akış hızını ulaşmaktır.
    1. Bunu başarmak için,istikrarlı püskürtülmesindan bu dönemde önemli ölçüde toz miktarını tüketmeyin. Ampirik bir kural olarak, nispeten uzun bir süre boyunca sabit bir konsantrasyonu muhafaza dayanıklı bir aerosol akımı oluşturmak için (Şekil 1 'de H ile gösterilen) yaklaşık 1 cm, akışkan yataklı bir yükseklik kullanılmaktadır. aerosol sürecine girmiştir enerji çok güçlü ise o zaman malzeme hızla deney geri kalanı boyunca sürekli aerosol sürdürmek için başarısız kadar kullanılacaktır. Debi aralığı farklı tozlar için değişebilir unutmayın; Yukarıda belirtilen değerler test edilen yukarıda bahsedilen Nano tozlar kullanılmıştır.
  4. seyreltme akışını açın. Yavaşça 0 L 2 / min oranı. gerekli olan toplam seyrelme akış örnekleme ekipmanı tarafından belirlenir. AGK OPC, ve burada verilen sistemde kullanılan mini Örnekleyici 1.6-1.8 L / dakikalık bir toplam akış gerektirir.

4. Karakterizasyonu

  1. BaşlangıçOnline ölçüm cihazları aynı anda (burada, SMPS ve OPC) en kısa sürede aerosol ve dilüsyonları akışları tanıtılmaktadır.
    Not: aerosol bir dengeli bir durumun elde edilirse, bir aerosol partikül sayısı konsantrasyon ve boyut dağılımı, yaklaşık 30 dakika sonra kararlı hale gelmelidir. Farklı koşullar altında (örneğin, nem) ve farklı tozlar kullanılarak altında aerosol özellikleri karşılaştırma için, bu zaman noktasından başlamak ölçümleri kullanın. 10 ardışık SMPS taramaları sonucu ortalama konsantrasyonları ve boyut dağılımları hesaplamak için analiz edin.
  2. aerosol istikrarlı sonra, havadaki partikülleri örnekleme başlamak için TEM örnekleyici bağlı pompa açın. Delikli karbon filmi ile kaplanmış TEM ızgarası kullanılarak 0.3 L / dakikalık bir akış hızı kullanarak. akış hızı çok yüksek ise, ızgara üzerinde ince bir film hasar görebilir. Örnekleyici kullanımına ilişkin ayrıntılı bilgi mevcut 21'dir. Tipik haliyle, numune alma işlemi ab sürer3 dakika dışarı.
    1. Farklı partikül konsantrasyonlarına göre numune alma süresi değişir ve parçacık birikimi (örneğin,% 50) TEM ızgara ılımlı bir yüzey kaplama göz önünde bulundurularak yaklaşık. Kalın depolanmaları nedeniyle bünyesindeki yığılma parçacık morfolojisini değiştirebilir.

5. Post-örnekleme Operasyon ve Temizlik-up

  1. ölçümleri bitirdikten sonra, daha sonra seyreltme akışı ve aerosol akışı kapatın.
  2. Sistemden aerosol jeneratörü ayırın üst ve alt deliklerini bloke ve temizlik alanı transfer. Tehlikeli maddelerin tedavi edilmiştir, özellikle iyi havalandırılan bir temizleme tesisi veya kapalı bir alanda temizleyin.
  3. Parçacık yüzeyinin hidrofil bağlı olarak, su ya da organik çözücüler ile toz kalıntıları dağıtılır. güvenli bir geri dönüştürme için kimyasal kaplara çözüm kapalı dökün. Uzun deneylerden sonra, deney tozlar STIC eğilimicam duvara sıkıca k ve kolayca çözülür yoktur. Bu oluşursa, yapışkan malzemenin çözünmesi için ultrasonik temizleyici ile birlikte asitleri veya bazları kullanın.
  4. duvara ve iyice jeneratörün iç kurumaya bırakılmıştır nem içeriği kaldırmak amacıyla, en az 1 saat süre ile içinden kuru hava geçmektedir. Hiçbir ateş veya ateş kaynaklarıyla organik çözücüler ile çalışan olmadığından emin olun ve mekan iyi bir havalandırma sağlamak.
  5. Kes parçacık taşıma boru ve bağlantıları. su veya çözücü ile yıkayın. ıslak bir kağıt doku veya bez ile karıştırma ve ölçme odalarının iç duvarları silin. En azından bir gün için ya da önceki sonraki deney 1 saat boyunca kuru hava akışı ile açık bir alanda onları kurutun.
  6. (Kullanılıyorsa) düzenli olarak SMPS impaktörü temizleyin.

Sonuçlar

Şekil 2, hidrofobik SiO 2 olan bir aerosol haline getirme deneyde yukarıdaki protokoller kullanılarak, zaman içinde toplam aerosol partikül sayısı konsantrasyon ve boyut değişiklikleri, tipik bir örneğini göstermektedir. Parçacık konsantrasyonları en kısa sürede aerosol akışı tanıtıldı olarak yükselmeye başladı. parçacıkların geometrik ortalama büyüklüğü giderek de arttı. Yaklaşık 10 SMPS taramaları (3.5 dk / tarama), aerosol partikül konsantrasyonu ve ortalama çapı artık herhangi bir önemli miktarda farklılık kararlı bir duruma girmek başladı. Bu durum, on 3 dakikalık SMPS tarama tamamlamak için yeterli fazla 30 dakika süren. 3 (Şekil 2 ile aynı verilerine dayanarak) tek tek boyutlu dağılımlar şeklinde partikül konsantrasyonundaki değişikliği göstermektedir. tepe zaman içinde yavaş yavaş yükseldi ve aerosol istikrarlı hale kez o inci boyunca aynı boyut aralığı içinde kalmıştırTestin e geri kalanı.

Deneyin başında gösterilen çok küçük ortalama çap kararsız toz aerosol haline getirilmesi nedeniyle değildi. Daha ziyade, bu toz dolum işleminden sonra huni içindeki kalıntı çevre havası neden oldu. Bu hava miktarı ölçümü odasına akmasına ilk ve başlangıç ​​taramaları (Şekil 4) sırasında SMPS tarafından örnek alınmıştır. Bu, eldeki bilimsel soruya gerekli eğer bir temiz oda tüm deneyler yaparak önlenebilir. Gerçekten de, ilk taramanın boyutu dağılımı, ortam havası ile çok benzer olmuştur. Toz aerosol parçacıkları hızla azaldı ortam parçacıklardan, girişime akmaya devam etti ve etkisi neredeyse birkaç SMPS taramaları sonra ortadan kaybolmuştu olarak.

figure-results-1
Şekil 2. Değişimve toplam partikül sayısı konsantrasyonunda bir aerosol haline deneyde ortalama çapa (241 mg hidrofobik SiO2; aerosol 0.3 L / dak akış). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-2
Bir aerosol haline deneyde parçacık boyut dağılımının 3. Değiştir Şekil. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-3
4. aerosol partikül boyutu dağılımları aerosol haline getirme deneyin başlangıcında Şekil. Parçacık konsantrasyonu göreli ölçekte gösterilmiştir (normalize tyüksek konsantrasyonlarda sonraki taramaları spektrumları için çok düşük bir konsantrasyonda ilk tarama spektrumunu karşılaştırmak amacıyla toplam sayısı) o. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

parçacık konsantrasyonu değişiklikler her zaman aynı desen takip etmeyin. Dört olasılık, genellikle bir aerosol haline getirme testi görülebilir. Şekil 5A, konsantrasyon sonra yavaş yavaş, bir "plato" Bölgede artan deney geri kalanı için neredeyse değişmedi. Şekil 5B'de, konsantrasyon, kademeli olarak önce düşük bir seviyeye gerilemiştir ve daha sonra 1,5 saat süre ile sabit kalmıştır, maksimum noktasına ulaşmıştır. Şekil 5C'de, konsantrasyonu sıfıra azalmaktadır devam etmiştir. Şekil 5D, konsantrasyon maksimum düzeye artış remaineki belli bir süre için d ve yeniden azalmıştır.

standart işletme yöntemi takip edildiğinde, (a) Senaryo genellikle görülür. aerosol haline getirme hava akışı yavaş kişiye ve son olarak uygun bir aralıkta stabilize edilir. Ham maddenin miktarı aerosol haline getirme seviyesi açısından yeterli olan ve sabit bir aerosol üretim oranı, uzun bir süre boyunca muhafaza edilebilir. Senaryo, (b) bağlı bir toz yetersiz miktarda kombine deney boyunca aşırı aerosol haline getirme akışı, büyük olasılıkla. Toz hızla tüketilen ve istikrarlı aerosol oluşumunu sürdürmek mümkün değildir. Senaryo (c) kısa bir süre sonra, hava akış hızı uygun bir dizi yeniden ayarlandı ve deneyin geri kalan boyunca sabit tutulur haricinde senaryo (B) partikül sayısı konsantrasyonda benzer bir düşüş göstermektedir. Bu parçacık konsantrasyonu giderek istikrarlı bir yelpazede ulaşmaya izin verdi. Senaryo (d)Ham madde yetersiz miktarda kullanıldığında ppears. Deneyin ikinci aşaması olarak, aerosol erken fazında mümkün olduğu gibi, sabit bir hızda aerosol taneciklerinin oluşturmak için yeterli Test tozu artık yoktur. Sonuç olarak, sistem içinde partikül konsantrasyonu azalır.

figure-results-4
Aerosol haline deneyler sırasında toplam partikül konsantrasyonları değiştirmek için Şekil 5. Tipik desenler bir plato ulaşana kadar (A) yavaş yavaş artmaya; (B) kademeli olarak sıfıra düşmesi; (C) hızla zirveye ulaşmak ve daha sonra istikrarlı bir seviyeye düşmesi; (D) kararlı bir duruma artırmak ve belli bir süre için muhafaza, sonra azalır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Farklı aerosol akış oranları, aerosol üretimi üzerindeki etkisini incelemek amacıyla test edildi. 0,3-1,1 L / dk akış hızındaki kullanılmıştır ve elde edilen parçacık boyut dağılımları Şekil 6'da gösterilmiştir. Akışı arttıkça spektrumu tepe yükseldi. En yüksek akış hızı (/ dk 1.1 L), mikron büyüklüğünde partiküller sistemi (ikincil tepe) girmeye başlamıştır. Hava akışı 0,3-0,7 L / dk (Şekil 7) aralığında yoluyla arttığı aynı aerosol akışı altında, ancak, yavaş yavaş azaldığı zaman aerosol parçacıklarının modal boyutları benzer kaldı. yüksek akış oranları artmaktadır partikül oluşturma hızı ve azalan ortalama parçacık çapı (önemli parçacık hareketleri ve çarpışmalar) daha dinamik aerosol haline getirme işlemi, aerosol değiştirilmiş bir boyut dağılımı ile sonuçlanan, toz parçacıklarının deaglomerasyonunu kolaylaştırmıştır düşündürmektedirParçacıkların üretildiği.

figure-results-5
Artan hava akış oranları ile Şekil 6. değiştirilmesi partikül büyüklüğü dağılımları (0.3- 1.1 L / dk). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-6
Farklı akış oranları altında partikül boyut dağılımları Şekil 7. karşılaştırılması. Spektrumları daha iyi tepe kayması göstermektedir (toplam parçacık sayısına normalize) göreceli ölçekte benzer yüksekliklere, dönüştü. Bu daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız rakam.

partikül sayısı birkaç kat kadar göre değişiklik gösterebilir çoğaltmak testlerde oluşan aerosollerin konsantrasyonları, ancak genellikle iyi olan bir mertebe. Ortalama partikül boyutu ise, yüksek oranda tekrarlanabilir. 8 aynı malzeme kullanılarak dört suret deneylerin partikül büyüklüğü dağılımının varyasyonun bir örneğini göstermektedir. standart sapma, toplam partikül konsantrasyonu% 39.7 ve geometrik ortalama boyutu için% 6.6 idi. Numara konsantrasyon değişim çeşitli sebeplerle olabilir: 1) Farklı hammadde durumu (örneğin, yığılma seviye); 2) toz dolum sürecinde insan faktörleri (huni alt kısmında biriken toz miktarını, aerosolleştirilmek üzere kullanılabilir ve böylece tutar) etkileyen; püskürtülmesindan başında veya 3) hava debisi ayarı.

figure-results-7
hidrofobik SiO 2 ile çoğaltmak aerosol haline deneylerin test sonuçlarının> Şekil 8. değişimi. Hata çubukları, bireysel boyutta kanallarında partikül sayısı konsantrasyonunun standart sapmasını temsil eder. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Tartışma

Huni tabanlı aerosol kurulumu etkili bir (aerosolizasyonuyla sırasında hava akış hızı ile ölçülebilir olabilir) seçilen bir enerji girdisi düzeyinde toz parçacıkları aktif hale getirebilirsiniz. nesil yerinde parçacık hareketleri ve çarpışmaları toz topakların kesiliyor ve sabit bir oranda aynı boyut dağılımının havadaki parçacıkları yayan, bir denge durumuna ulaşır. Kararlı bir aerosol, 30 dk gibi SMPS gibi yüksek boyutlu çözünürlüklerde, hatta yavaş ölçüm cihazları için yeterli zaman kadar 2 saat, kadar sürebilir istatistiksel olarak anlamlı sonuçlar üretmek için. Kur, örneğin nano partikül tozu gibi değerli malzemeleri test etmek için bir avantaj olabilir test malzemeleri, küçük miktarlarda gerektirir.

Ancak, sistemin çevre ve işlem parametreleri önemli ölçüde test sonuçlarını etkileyebilir. tekrarlanabilir veri üretmek için, standart çalışma prosedürleri sıkı deney boyunca takip edilmelidirments. Bu sistemi kullanarak aerosol haline testleri yaparken, aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır.

Birincisi, anlamlı sonuçlar elde etmek için, Kur'ın iç parçalar testler için temiz bir ortam sağlamak çok önemlidir. kirleticilerin potansiyel kaynaklar ortam parçacıklar ve daha önceki deneylerde test malzemelerdir. Ortam parçacıkların etkisi genellikle kısa sürede aerosol ve seyreltme akışları tanıtıldı olarak, nispeten hızlı bir şekilde ortadan kayboldu. Ancak, artık malzemelerden parazit deney boyunca devam edebilir. oluşturulan aerosol parçacıkları sistemi üzerinden akar olarak, ulaşım tüplerinin bükülme noktaları ve konektörler dar kanalları ve karıştırma iç yüzeyleri ve ölçüm odalarının iç duvarlarında bırakabilir. Bu parçalar düzgün yeni deneyler öncesinde temizlenmiş değilseniz, daha önce tevdi malzemeler sürekli ana akımı içine yeniden askıya alınabilirAerosol akışının, böylece test sonuçlarını rahatsız.

İkinci olarak, toz dolum işlemi çok dikkatli bir şekilde yürütülmelidir. Burada en önemli konu malzemelerin çok küçük miktarlarda kullanıldığında, özellikle kurulum beslenen toz miktarıdır. Belirli bir aerosol haline getirme akış hızında, bir toz daha az miktarlarda düşük aerosol konsantrasyonları oluşturabilir ve muhtemelen tozun ünite ağırlık başına daha yüksek bir enerji girişi ile, daha küçük boyutlarda olan parçacıkları. Ayrıca, test malzemeleri (örneğin, nispi nem ve sıcaklık) depolama koşulları toz aerosolleştirme davranış ve Toz 22 seviyelerini etkilemek için gösterilmiştir. Bu nedenle, ham toz her yerde aynı atmosfer koşullarında, mümkün tutulmalıdır.

Üçüncü olarak, deney başında aerosol akışına ayarlamalar büyük ölçüde test sonuçlarını etkileyebilir. akışında keskin artışlar büyük toz parçacıklarını u darbehavaya p ve dramatik deney geri kalanı için mevcut malzemenin miktarını azaltarak, huni yüzeyine hepsini yayıldı. sonuçları yetersiz toz başarısız test olabilir.

Burada tarif edilen kurum, bu sistemin temel parçalarını çoğaltmak çalışırken, standart laboratuar ekipmanları kullanılarak inşa olmadığından, aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır. Standart laboratuar ayırıcı dönüşüm yolları aerosol üretecinin (bunlar basınçlı koşullar altında kullanılmamalıdır unutmayın) olarak kullanılabilir. farklı geometriye sahip ayırıcı dönüşüm yolları deneylerde test edilmiştir ve bunlar uygun bir huniye benzer özelliğe sağladı. gömülü bir taşıma borusu olan bir kauçuk sızdırmazlık bloğu huni kapağı olarak kullanılabilir.

farklı geometri ancak benzer hacimlerin karıştırma ve ölçme bölmeleri kullanılabilir. çok büyük bölmeleri önemli ölçüde zaman KD gecikme unutmayınistikrarlı aerosol koşulları (konsantrasyon) ulaşmak için eded. gereken süre dikkate toplam hava akış hızı ve bölmenin hacminin alınması ile tahmin edilebilir. Bu işlem, büyük seyreltme akımı kullanılarak hızlandırılabilir birlikte, (göre nihai parçacık sayısı yoğunluğu bariz bir şekilde bağlı seyreltme azaltılabilir hatırlanmalıdır, ve bu ölçüm araçlarının performansı da aerosol büyüklük dağılımına etki edebilmektedir kendi algılama sınırları üzerinde). Elektriksel olarak iletken malzemeler tavsiye edilir.

taşıma boru uzunluğu genel laboratuar ayarlarına bağlı olarak değişebilir. Bununla birlikte, uzunluk da taşıma sırasında belirgin partikül kayıplarını önlemek için mümkün olduğu kadar kısa olmalıdır. parçacık penetrasyon verimliliği hesap partikül çapı, hava akış hızı, boru çapı ve uzunluğu dikkate alınarak, ve zihin yerçekimi birikimi ya rulman veya hesaplanabilirDifüzyon kaybı ya da her ikisi.

Farklı karakterizasyon yöntemleri kullanılabilir. Bununla birlikte, hava besleme (dilüsyon akışı), toplam numune akış hızına göre ayarlanmalıdır. Yetersiz hava beslemesi böylece kararlarında hatalar yol açan ortam parçacıklar çizim, ölçüm odasında negatif basınç neden olacaktır. Farklı hava besleme kaynakları kullanılır, ama onlar parçacık-ücretsiz ya da olmasını sağlamak olabilir önceden tedavi yüksek verimli filtresi ile hava.

Bu aerosol haline getirme yöntemi bir önemli sınırlaması, nispeten uzun bir süre boyunca sabit bir partikül oluşturma korumak için test tozların akışkanlığı iyi gerektirmesidir. gibi yüksek bir nem içeriğine sahip, hidrofilik tozlar gibi yapışkan maddeler, genellikle aerosol haline getirme işleminin erken bir aşamada akışı durur ve çok düşük partikül konsantrasyonları. Bu sorunu çözmenin olası yolları ham toz-gibi kuruma-s ön işlem içerebilirolarak o onun akışkanlığını artırmak için. Kullanımdan sonra hammadde saklama koşulu de kuru bir ortamda, uygun sıcaklıkta tutulan, örneğin, muhafaza edilmelidir. Deneyler sırasında, yüksek aerosol akış hızı (0.5-1 L / dak) ve ham bir malzeme (500 mg) daha fazla miktarda kullanılabilir. Ayrıca, seyreltme akış hızını düşürücü ölçüm odasında parçacık konsantrasyonu artırabilir.

Bu yöntemin diğer bir sınırlama hava kaynaklı partikül nesil oranı (ölçüm odasında böylece parçacık sayısı konsantrasyonu) uyarlık olduğunu. varyasyon belirli bir seviyede hala var. iyileştirme olası yolları malzeme kayıpları ve iyi kontrollü aerosol akış oranını azaltmak için daha iyi tanımlanmış besleme süreci vardır.

Sistem ve burada açıklanan protokolleri, çeşitli uygulamalar için kullanılabilir. Test malzemelerinin nispeten küçük miktarlarının kullanılması potansiyel olarak V yöntemi yaparTest tozu Toz için alternatif bir araç olarak aluable. Bazı yaygın malzemeler için, sistem tarafından üretilen havadaki partiküllerin sıralamalarından gibi döner tambur 15,17, sürekli damla 23 ve girdap çalkalama yöntemleri 24 gibi mevcut aerosol haline getirme sistemleri 19, gözlenene benzerdi. Ayrıca, ayarlanabilir bir enerji girişi (hava akış oranı) da nanopartikül toz topaklarının stabilitesini incelemek için kullanılabilir. Son olarak, kararlı bir aerosol üretim, in vivo ya da in vitro toksikolojik çalışmalarda hava işlenmiş nanopartikül güvenilir bir kaynak olarak işlev görebilir. kontrol parçacık konsantrasyonu doza bağımlı biyolojik yanıtların analizi sağlayacak. Sıvı süspansiyonlar kullanılarak başka aerosol haline getirme yöntemleri ile karşılaştırıldığında, sunulan yöntem, malzeme olarak asılı ve süspansiyon içindeki parçacıkların fiziksel-kimyasal özelliklerinin modifikasyonu (potansiyel problemleri ortadan kaldırır, örneğin, birgglomeration, yüzey özellikleri).

Açıklamalar

Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

Yazarlar, AB FP7 projesi ''Nanomalzemelerin Risklerini Yönetmek'' (MARINA) (hibe sözleşmesi no: 263215) tarafından bu çalışmaya verilen finansal destek için minnettardır.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
titanyum dioksit nanopowderJRCNM-103/104AB FP7 MARINA projesi kapsamında sağlanan referans malzemeler
silikon dioksit nanopowderAEROSILR974
silikon dioksit nanopowderJRCNM-200AB FP7 MARINA projesi kapsamında sağlanan referans malzemeler
çinko oksit nanopowderJRCNM-110/111AB FP7 MARİNA projesi kapsamında sağlanan referans malzemeler
seryum dioksit nanopowderJRCNM-211/212AB FP7 MARINA projesi kapsamında sağlanan referans malzemeler
V-şekilli aerosol üreteciSouffleur de verre S.A.Deneylerde gerekli olan koşullara göre özel olarak yapılmıştır (örneğin, geometri, kalınlık)
tarama hareketliliği partikül boyutu (SMPS)GRIMMModel N & deg; 5.403Boyut aralığı: 11.1 & ndash; 1083.3  nm (çarpma tertibatı: D50=1,082  nm); bir yoğuşma partikül sayacı (CPC) ve bir dinamik hareketlilik analizöründen (DMA) oluşur; Örnekleme akışı AT: 0.3  L/dk; Kılıf akış hızı: 3.0  L/dk; standart çoklu şarj düzeltmesi ve difüzyon kaybı düzeltmesi ile.
optik parçacık sayacı (OPC)GRIMMModel N & derece; 5.403Boyut aralığı: 0.25-32 ve mikro; m
mini partikül örnekleyici (MPS)ECOMESURE
taşıma tüpleriMilian S.A.8 mm iletken6 mm iç çap

Kaynaklar

  1. 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).
  2. Mukhopadhyay, A., Basu, B. Consolidation-microstructure-property relationships in bulk nanoceramics and ceramic nanocomposites: a review. Int. Mat. Rev. 52, 257-288 (2007).
  3. 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).
  4. Schmid, K., Riediker, M. Use of nanoparticles in Swiss Industry: a targeted survey. Environ. Sci. Technol. 42, 2253-2260 (2008).
  5. Bello, D., et al. Particle exposure levels during CVD growth and subsequent handling of vertically-aligned carbon nanotube films. Carbon. 46, 974-977 (2008).
  6. Brouwer, D. Exposure to manufactured nanoparticles in different workplaces. Toxicol. 269, 120-127 (2010).
  7. Demou, E., Peter, P., Hellweg, S. Exposure to Manufactured Nanostructured Particles in an Industrial Pilot. Ann. Occup. Hyg. 52, 695-706 (2008).
  8. Kuhlbusch, T., Asbach, C., Fissan, H., Gohler, D., Stintz, M. Nanoparticle exposure at nanotechnology workplaces: A review. Part. Fib. Toxicol. 8, 22(2011).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Lewinski, N., Colvin, V., Drezek, R. Cytotoxicity of Nanoparticles. Small. 4, 26-49 (2008).
  12. 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).
  13. Verlag, B. European Norm 15051, Workplace exposure-measurement of the dustiness of bulk materials. , (2014).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Bach, S., Schmidt, E. Determining the Dustiness of Powders-A Comparison of three Measuring Devices. Ann. Occup. Hyg. 52, 717-725 (2008).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Ding, Y., Riediker, M. A system to assess the stability of airborne nanoparticle agglomerates under aerodynamic shear. J. Aerosol Sci. 88, 98-108 (2015).
  20. Ding, Y., et al. Dustiness and Deagglomeration Testing: Interlaboratory Comparison of Systems for Nanoparticle Powders. Aerosol Sci. Technol. 49, 1222-1231 (2015).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Dahmann, D., Monz, C. Determination of dustiness of nanostructured materials. Gefahrst. - Reinhalt. L. 71, 481-487 (2011).
  24. Ogura, I., et al. Dustiness testing of engineered nanomaterials. J. Phy. Conf. Ser. 170, 012003(2009).

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Aerosol Jenerat rAk kan Yatakl lemToz AerosolizasyonuPar ac k Boyut Da l mTaramal Mobilite Par ac k Boyutland r cOptik Par ac k SayacGe irimli Elektron MikroskobuAerosol Konsantrasyon KontrolNanotoz Y netimi
Bir Sistem Nano tozlar gelen Kararlı Nanoparçacık Aerosoller oluşturma
Bize ulaşın
Kütüphaneye tavsiye et

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Telif hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.