El muestreador de aire personal (personal sampler) es un dispositivo portátil para el muestreo de aire en la zona de respiración [1] que trabaja en una atmósfera contaminada.
La inhalación de sustancias nocivas en su concentración excesiva crea un mayor riesgo de desarrollar enfermedades profesionales (incluidas las incurables e irreversibles: neumoconiosis , silicosis y antracosis , etc.). Para una evaluación correcta de la concentración de sustancias nocivas en la zona de respiración, es necesario realizar mediciones periódicas y sistemáticas. Sin embargo, los resultados de numerosos estudios han demostrado que tanto el valor instantáneo como el valor de cambio promedio de la concentración de sustancias nocivas en la zona de respiración (cerca de la cara) pueden diferir significativamente de la concentración a una distancia de solo 2-3 metros de trabajador debido a la variabilidad de la concentración de sustancias en el espacio. Esto impulsó el desarrollo de equipos portátiles no estacionarios para el muestreo de aire en la zona de respiración. La medición correcta de la contaminación del aire inhalado le permite determinar con precisión si se exceden los valores de la concentración máxima permitida de sustancias nocivas en el aire del área de trabajo (MAC) , y si se exceden, es correcto elegir un medio bastante efectivo de protección respiratoria personal (EPP).
En general, se acepta que en los casos en que el impacto de las sustancias nocivas en una persona durante, por ejemplo, la inhalación, cae por debajo de un cierto valor "límite", el riesgo de desarrollar una enfermedad profesional se vuelve insignificante. Dichos valores de concentración de sustancias nocivas en el aire en la Federación Rusa (anteriormente en la URSS) se denominan MAC , en los EE. UU. - PEL ( OSHA ), REL ( NIOSH ), TWA (ACGIH); en el Reino Unido - OEL, etc. Los valores se fundamentan científicamente a través de estudios de casos de envenenamiento de trabajadores, experimentos en humanos y animales, etc., y se fijan en la legislación nacional que rige la seguridad y salud en el trabajo . El empleador está obligado a garantizar tales condiciones de trabajo en las que la concentración de sustancias nocivas no supere el MPCrz, lo que implica medirlo (y si es imposible evitar superar el MPCrz, está obligado a proporcionar a los empleados una protección respiratoria personal suficientemente eficaz equipos de acuerdo con los requisitos establecidos para su selección y uso ). Pero la concentración de sustancias nocivas en el aire puede ser variable en el espacio (y en el tiempo), y su medición debe realizarse teniendo esto en cuenta. La medición de la concentración de sustancias nocivas en el aire de una sala de trabajo con un equipo estacionario puede dar un resultado que difiere varias veces del real.
En 1957, en el centro nuclear AERE [2] de Harvel ( Gran Bretaña ) se fabricaron con éxito los primeros modelos de muestreadores personales con bomba eléctrica y fuente de alimentación galvánica [3] [4] . El dispositivo estaba alojado en una carcasa de una luz de bicicleta eléctrica, y una batería era suficiente para una semana de trabajo (1 turno por día). La prueba de este dispositivo mostró objetivamente que la concentración promedio de sustancias nocivas en la zona de respiración del trabajador puede ser, por ejemplo, 41 veces mayor que a una distancia de 2-3 metros (cuando se usa un medidor estacionario).
| + La relación de las concentraciones de partículas radiactivas: medidas por un muestreador personal a la concentración medida por un muestreador estacionario ( valores medios para 4 meses de mediciones ), 1966 | Lugar de medidas | tipo de radiación | Relación de concentración - valores medios |
|---|---|---|---|
| Área de trabajo activa | Alfa | 0.7
4.1 | |
| Área de descontaminación | Alfa | 2.7
41 |
Los resultados obtenidos por Robert Sherwood en Harvel estimularon el desarrollo y la aplicación de tales dispositivos, así como estudios que compararon los resultados de las mediciones de muestreadores estacionarios y personales. El documento de NIOSH [5] revisó estudios similares en los que las concentraciones se midieron simultáneamente en la zona de respiración con un muestreador personal y en el aire de la zona de trabajo con un muestreador estacionario. Ellos demostraron que:
Por lo tanto, los autores del documento [5] , que no era legalmente vinculante, recomendaron que la exposición de los trabajadores a la contaminación del aire se midiera únicamente mediante el muestreo del aire de la zona de respiración. Y en muchos casos esto es imposible sin el uso de un muestreador personal ( si un empleado viaja largas distancias durante el trabajo, etc. ). Las recomendaciones de este documento se utilizaron en el desarrollo de normas para la protección laboral cuando se trabaja con sustancias peligrosas, que son legalmente vinculantes para el empleador ( plomo [6] , asbesto [7] , etc., así como instrucciones para los inspectores de seguridad laboral ). ( OSHA ) , que exige medir la exposición de los trabajadores a la contaminación del aire únicamente con muestreadores personales [8] .
De los aproximadamente 1,5 millones de mediciones realizadas por los inspectores de seguridad laboral de EE. UU. (OSHA) durante el período 1979-2013, el 78,4 % de las mediciones fueron realizadas por muestreadores personales [9] .
Hay varias formas de determinar la concentración de polvo - depósito en el filtro, seguido de pesaje o análisis químico adecuado ; medición de las propiedades ópticas del aire polvoriento bombeado a través del detector, etc. [11] . Para capturar gases, se puede utilizar el bombeo de aire contaminado a través de un sorbente o, por ejemplo, una solución de una sustancia química que reacciona con un gas contaminante (por ejemplo, formaldehído [12] ). Los muestreadores personales deben ser livianos y discretos, por lo que solo se les puede aplicar un subconjunto de métodos disponibles para determinar la concentración de sustancias en el aire.
Los más extendidos son los dispositivos de muestreo, en los que el aire contaminado se bombea a través del medio de captura con la ayuda de una bomba para atrapar sustancias nocivas. Las bombas alimentadas por batería se utilizan comúnmente . El aparato puede tener uno, dos o más canales, el caudal de aire suele ser regulable y puede alcanzar los 20 l/min. Para determinar correctamente la concentración (la relación entre la cantidad de una sustancia nociva y el volumen de aire), es necesario saber exactamente la cantidad de aire bombeado a través del medio de captura durante la medición. El flujo de aire a través del muestreador puede cambiar debido, por ejemplo, a un aumento en la resistencia del filtro de aerosol (si se contamina durante las mediciones) y a la descarga de la batería. Por ello, en la segunda mitad del siglo XX se intentó calibrar los instrumentos tanto antes del inicio de la medida como después de la medida, y al realizar una serie de medidas sucesivas, la calibración se podía realizar al principio y al final del turno. . Para medir el flujo de aire , por ejemplo, podrían usarse medidores de flujo de burbujas ( bubble flow meter ). Más tarde, se incorporaron pequeños medidores de flujo ( rotámetros ) en la unidad de bombeo, lo que permitió monitorear el mantenimiento de un flujo de aire constante directamente durante la operación sin apagar el dispositivo.
El medio de captura podía ser diferente y dependía del tipo de contaminación. Se pueden usar filtros y membranas de aerosol para capturar aerosoles. Cuando se usan membranas, se puede usar un microscopio electrónico de barrido para determinar la forma y el tamaño de las partículas. Si se va a realizar un análisis químico para determinar la composición del polvo, el resultado del análisis puede verse afectado por la presencia de analitos en el propio material del filtro/membrana: contaminación de fondo de fabricación. En tales casos, se pueden analizar los filtros que no se han utilizado en absoluto, y la contaminación de fondo promedio medida se resta del valor obtenido del análisis de los filtros en los que se ha asentado el polvo [13] .
Los impactadores se pueden utilizar para determinar la distribución del tamaño de las partículas de aerosol . En estos dispositivos, el aire pasa a través de boquillas de diferentes diámetros (primero por las grandes, luego por las pequeñas), y los chorros resultantes chocan con el sustrato. Cuanto mayor sea la partícula de aerosol y menor el diámetro del orificio, mayores serán sus propiedades de inercia y mayor será la probabilidad de colisión y asentamiento en el sustrato. La comparación del contenido de polvo en sustratos después de agujeros de diferentes diámetros permite estimar las fracciones de polvo con diferentes rangos de tamaño de partículas. Para evitar que el polvo rebote en el sustrato, se le puede aplicar una capa "pegajosa". Si las partículas son grandes y frágiles, pueden destruirse con el impacto, lo que distorsiona el resultado de la medición.
Las normas de protección laboral de los países industrializados en muchos casos limitan la concentración de polvo insoluble en el aire de las empresas industriales no para todas las partículas, sino solo para las partículas pequeñas (fracción respirable), que, cuando se inhalan, pueden penetrar profundamente en los pulmones y asentarse en los alvéolos , causando el máximo daño a la salud. Para medir la concentración respiratoria de polvo, se pueden usar prefiltros que separan partículas grandes, por ejemplo, pequeños ciclones con un diámetro de ~10 mm. Las mediciones han demostrado que las fluctuaciones en el flujo de aire [14] (cuando se usan bombas de muestreo de pistón) pueden afectar la eficiencia de las mediciones [15] .
Para capturar los contaminantes gaseosos se puede utilizar un tubo de carbón activado , un burbujeador, un burbujeador , etc .. Un burbujeador es un recipiente con una boquilla dirigida a la superficie del líquido atrapado. Cuando un chorro de aire contaminado y un líquido especial se encuentran, puede ocurrir transferencia de masa , y midiendo la cantidad de gas contaminante en el líquido, o la cantidad de un reactivo químico especialmente seleccionado (disuelto en el líquido) que reaccionó con el gas contaminante, le permite determinar la cantidad de sustancias nocivas gaseosas en el aire bombeado.
Al capturar bioaerosoles, surgen problemas similares a los de capturar partículas sólidas grandes y frágiles: el impacto con una superficie de depósito (sólida o líquida) puede destruir el microorganismo o matarlo, lo que reduce la calidad de los resultados de la medición [16] .
En un intento por reducir el peso, la complejidad y los costes de mantenimiento de los muestreadores de bomba, se han desarrollado muestreadores pasivos [17] . Utilizan la difusión de moléculas de gases nocivos para atrapar a estos últimos y no tienen partes móviles. Con una diferencia en la concentración de moléculas de una sustancia en el espacio, las moléculas de este último, debido a la difusión, comenzarán a moverse en la dirección de concentración decreciente. Si se coloca un medio de captura (por ejemplo, carbón activado) en una atmósfera contaminada, la concentración de moléculas cercanas se reducirá y nuevas moléculas comenzarán a moverse hacia el medio de captura. Si este medio está en un recipiente con un orificio abierto (por ejemplo, en el fondo de una caja cilíndrica con un extremo opuesto permeable al gas), entonces conocer los parámetros del recipiente, la tasa de difusión y la masa de moléculas atrapadas ( después de analizar el medio de captura), es posible calcular la concentración correspondiente frente al agujero.
Estructuralmente, tales muestreadores son extremadamente simples. Puede ser una pequeña caja cilíndrica ligera con un diámetro que suele ser mayor que la altura, en cuyo fondo hay, por ejemplo, carbón activo. El contenedor se sujeta cerca del cuello usando, por ejemplo, pinzas para la ropa y no interfiere con el trabajo. En la segunda mitad del siglo XX, antes del inicio de la producción y el uso de muestreadores pasivos, se desarrollaron y utilizaron sus predecesores, los indicadores de concentración de gas. Estos podrían ser, por ejemplo, hojas de papel impregnadas especialmente preparadas que cambiaban de color cuando el producto químico de impregnación reaccionaba con los contaminantes gaseosos transportados por el aire. Los indicadores se adjuntaron a la ropa y facilitaron la identificación de casos de exposición excesiva a gases nocivos.
La precisión de la medición de los muestreadores pasivos puede verse afectada por la presencia o ausencia de movimiento del aire ambiental, lo que afecta la concentración de gas cerca del orificio y (si no está bien diseñado) afecta el movimiento de las moléculas dentro del dispositivo. Se cree que la precisión de la medición de los muestreadores bombeados es mayor, y los inspectores de OSHA aún no han comenzado a usar muestreadores pasivos cuando realizan mediciones de inspección en los lugares de trabajo [8] .
En la URSS, se realizaron estudios que mostraron la posibilidad de muestreo de difusión pasiva para determinar la contaminación del aire interior [18] ; y en la Federación Rusa, se han desarrollado requisitos para muestreadores pasivos [19] [20] .
Los dispositivos descritos anteriormente permiten determinar la concentración de sustancias nocivas, pero solo después del final de la medición (después del análisis del medio de captura). Esto dificulta evaluar rápidamente las condiciones de trabajo y corregirlas en caso de exposición excesiva. Por ello, los expertos de NIOSH han trabajado en la creación de un medidor de polvo personal para mineros, capaz de medir la concentración másica de polvo en la zona de respiración [21] . En un monitor de polvo personal (PDM) para la recolección de polvo, el aire se bombea a través de un elemento sensible: un cilindro con un filtro de aerosol al final. A medida que se acumula polvo en el filtro, su masa cambia, lo que afecta la frecuencia natural del elemento sensor. La medición precisa del cambio en la frecuencia de las oscilaciones le permite determinar la masa de polvo y calcular no solo el valor actual de la concentración, sino también la concentración de "dosis" de polvo desde el comienzo del turno. Para reducir la incidencia de neumoconiosis incurable, está previsto utilizar el dispositivo a gran escala en las minas de carbón de EE . UU. [22] . Desde febrero de 2016, los valores de MPC para el polvo de carbón respirable se han reducido de 2 a 1,5 mg/m3, y la ley obliga al empleador a utilizar nuevos dispositivos (el costo en 2016 es de unos $27 000) en todos los lugares de trabajo más polvorientos [ 23] .
La desventaja del dispositivo es que, en principio, no permite determinar la composición química del polvo ( la proporción de cuarzo ), al menos en tiempo real. Para determinar el impacto del cuarzo, es necesario analizar el polvo recogido y volver a calcular los resultados de la medición.
El dispositivo está integrado en el casco de un minero con una lámpara y, según los propios mineros, es más conveniente que un sistema de medición estándar.
Existen similitudes entre los respiradores filtrantes y los muestreadores personales:
Por tanto, el análisis de la cantidad de sustancia nociva retenida por el filtro del respirador (la masa de polvo en el filtro de partículas [24] y la cantidad de gas en el filtro de la máscara antigás) permite estimar la cantidad de sustancia nociva que podría entrar en el sistema respiratorio durante el trabajo sin equipo de protección personal. Hay una diferencia significativa entre un muestreador personal y un respirador: el primero tiene un flujo de aire constante y es medible, lo que permite determinar la concentración promedio para la medición; y el segundo no es constante, y normalmente no se mide, lo que no permite determinar la concentración. Sin embargo, el riesgo de desarrollar enfermedades profesionales no suele determinarse tanto por la concentración como por la dosis, la cantidad total de sustancias nocivas que han entrado en el organismo. Y un muestreador personal no mide la dosis; solo se puede calcular aproximadamente si se puede estimar la entrada de aire del trabajador. En [25] , se propuso instalar un medidor de flujo entre el filtro y la máscara para eliminar este inconveniente.
El pesaje del filtro del respirador se describe en [26] como una forma de determinar la carga de polvo en los órganos respiratorios de los mineros. Para (intentar) tener en cuenta la diferencia entre los resultados de la medición y los valores reales, utilizamos información sobre la proporción de tiempo que se usó el respirador durante el trabajo.
En [27] , se propuso utilizar una máscara de gas convencional para determinar la concentración de radón .
La desventaja de usar un respirador como medio para evaluar la contaminación del aire es que, debido a los efectos adversos sobre el bienestar y el desempeño, no es raro que los trabajadores se quiten las mascarillas mientras se encuentran en una atmósfera contaminada. Esto puede llevar a subestimar la contaminación del aire y la exposición de los trabajadores.
En la URSS, el estándar [28] requería medir la contaminación del aire solo en la zona de respiración, y dio una definición de este término, similar a la americana. Este requisito se mantuvo en el estándar soviético posterior [29] (Ambos documentos no contienen ninguna referencia a otros documentos para determinar en qué se basan estas recomendaciones. Pero en muchos lugares son muy similares al documento estadounidense utilizado como base para desarrollar los requisitos para las mediciones de concentración por parte de los inspectores y los requisitos de los empleadores en las normas de seguridad ocupacional para ciertas sustancias peligrosas en los Estados Unidos).
En documentos más recientes [30] [31] , cuyo uso es obligatorio (para obtener un resultado que pueda utilizarse en la certificación de lugares de trabajo, o en una evaluación especial de las condiciones de trabajo), no existe tal unicidad, y no existe no hay definición del término "zona de respiración". Los documentos permiten tomar medidas en el aire del área de trabajo a una distancia del trabajador y utilizar estos resultados para determinar las clases de peligro y la presencia de exceder la MAC.
1.8. Para controlar el aire en la zona de trabajo, la toma de muestras de aire se realiza en la zona de respiración del trabajador o con el dispositivo de toma de aire más próximo a ella ( a una altura de 1,5 m del suelo/plataforma de trabajo cuando se trabaja de pie y a 1 m cuando se trabaja de pie). trabajar sentado ). Si el lugar de trabajo no es permanente, el muestreo se realiza en los puntos del área de trabajo , donde el empleado se encuentra durante el turno.
1.9. Los dispositivos de muestreo pueden colocarse en puntos fijos del área de trabajo (método estacionario) o acoplarse directamente a la ropa del trabajador (control personal). El método de muestreo estacionario como principal se utiliza para resolver los siguientes problemas:
…
- determinación del cumplimiento de los niveles reales de sustancias nocivas con sus concentraciones máximas permisibles, así como los MPC de turno promedio - en los casos en que la realización de operaciones laborales por parte de un empleado se lleva a cabo (al menos el 75% del tiempo de turno) en un lugar de trabajo permanente.
Se recomienda que el monitoreo personal de concentraciones de sustancias nocivas en la zona respiratoria de los trabajadores sea el principal para determinar el cumplimiento de sus niveles reales con los MPC promedio de turno en los casos en que la realización de operaciones laborales por parte de un empleado se realice en horas no laborables. -lugares de trabajo permanentes.
(Anexo 9 (Obligatorio) Requisitos metodológicos generales para organizar y monitorear el contenido de sustancias nocivas en el aire del área de trabajo [30]
El muestreo se lleva a cabo en la zona de respiración de un dispositivo de toma de aire en funcionamiento o lo más cerca posible de él ( a una altura de 1,5 m desde el suelo de la plataforma de trabajo cuando se trabaja de pie y 1,0 m cuando se trabaja sentado). — 4.2. Recomendaciones para elegir el método de muestreo del aire teniendo en cuenta las características importantes desde el punto de vista higiénico del contaminante [31]
8.4.3. En los lugares de trabajo, la concentración de polvo debe medirse en la zona de respiración o , si tal muestreo no es posible, con el dispositivo de toma de aire lo más cerca posible ( a una altura de 1,5 m del suelo cuando se trabaja de pie y 1,0 m cuando se trabaja de pie). trabajar sentado). [32]
La norma [33] simplemente no especifica qué método de muestreo utilizar: “… las partículas de polvo se muestrean utilizando un dispositivo de muestreo personal o estacionario” (p. 5).
Sin embargo, el muestreo de aire es solo una parte de la medición de la concentración de sustancias nocivas en el aire. Los métodos aprobados para el análisis de muestras seleccionadas en la URSS y la Federación Rusa pueden contener el requisito de usar equipo que no se puede usar junto con una bomba de muestreo personal, colocándolo sobre el trabajador (por ejemplo, recipientes de vidrio frágiles con soluciones reactivas, etc.) Por lo tanto, en la URSS y la Federación Rusa, los muestreadores personales se usaron con mucha menos frecuencia que en Occidente, y esto podría conducir a una subestimación de la concentración medida de sustancias nocivas en comparación con la real.
Una subestimación potencial de la concentración medida de sustancias nocivas en el aire inhalado en relación con la real puede conducir a [34] :
Se han desarrollado nuevos estándares relacionados con los muestreadores personales y su uso [36] .
La medición de las concentraciones de sustancias nocivas en la zona de respiración ha estimulado a los expertos occidentales a desarrollar métodos de protección contra la inhalación de la contaminación del aire que no requieren una disminución de la concentración de sustancias nocivas en toda la habitación (cuando esto es imposible o difícil de implementar) - duchas de aire [37] [38] [39] , etc. P.
Muestreador personal NIOSH (determinación de la concentración de bioaerosol)
Ciclón desmontado ( utilizado para separar partículas grandes de polvo al medir la concentración de polvo fino respirable )
Ciclón, captura el polvo grueso frente al filtro de aerosol
Dispositivo de calibración de bomba de muestreo
Tubo con sorbente para medir la concentración de gas
Golpeador (izquierda) y burbujeador (derecha)
Cartucho de filtro de aerosol, vista desde el lateral de la entrada de aire