Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 12244:2018 (ISO 13138:2012) về Chất lượng không khí - Quy ước lấy mẫu lắng đọng bụi truyền trong không khí trong hệ hô hấp của con người

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12244:2018

ISO 13138:2012

CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ - QUY ƯỚC LẤY MẪU LẮNG ĐỌNG BỤI TRUYỀN TRONG KHÔNG KHÍ TRONG HỆ HÔ HẤP CỦA CON NGƯỜI

Air quality- Sampling conventions for airborne particle deposition in the human respiratory system

Lời nói đầu

TCVN 12244:2018 hoàn toàn tương đương với ISO 13138:2012;

TCVN 12244:2018 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 146 Chất lượng không khí biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Lời giới thiệu

Các sol khí bao gồm hệ phân tán của các hạt, chất lỏng hoặc chất rắn, vô cơ hoặc hữu cơ, có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo. Chúng được tìm thấy trong tất cả môi trường sống và làm việc, trong nhà hoặc ngoài trời. Phạm vi của các loại sol khí là rất lớn. Có rất nhiều mối nguy với con người khi xảy ra phơi nhiễm do hít phải, gây ra nhiều bệnh khác nhau, tùy thuộc vào nơi các hạt hít vào được lắng đọng trong đường hô hấp. Nhiều bệnh cụ thể như hen, viêm phế quản, khí phế thũng, bệnh bụi phổi (bao gồm bệnh bụi phổi của công nhân ngành than, bệnh bụi phổi silic và bệnh bụi phổi amiăng) và ung thư phổi đều được biết là có liên quan đến phơi nhiễm với sol khí qua đường hô hấp. Bảo vệ người lao động và cộng đồng nói chung đòi hỏi các tiêu chuẩn có ý nghĩa quy định các mức độ phơi nhiễm. Sự xuất hiện của các tiêu chuẩn này bắt đầu từ đầu những năm 1900 và đã được đẩy nhanh trong nhiều thập niên qua việc công bố tiêu chuẩn này với sự hiểu biết ngày càng tăng về mối liên hệ giữa phơi nhiễm và bệnh liên quan cùng với sự hiểu biết tốt hơn về bản chất của hạt sol khí và sự phơi nhiễm với chúng. Đã từ lâu vai trò kích thước hạt trong việc thâm nhập các hạt và lắng đọng bên trong đường hô hấp đã được thừa nhận. Dựa vào một lượng lớn các nghiên cứu đã được tiến hành từ năm 1960 và trước đó, sự hiểu biết về vai trò của kích thước hạt trong việc phân bố và lắng đọng các hạt tại các vùng khác nhau của đường hô hấp đã dẫn đến việc quy định các đường cong chọn lọc cỡ hạt nhằm hướng dẫn cho việc thực hiện các dụng cụ lấy mẫu, kiểu loại được sử dụng rộng rãi bởi các nhà nghiên cứu vệ sinh lao động và môi trường, có thể được sử dụng để đo mức độ phơi nhiễm có liên quan trực tiếp đến mọi ảnh hưởng sức khoẻ được quan tâm.

Các quy ước ban đầu, được dựa trên dữ liệu thực nghiệm từ các nghiên cứu hít thở được kiểm soát cẩn thận với các tình nguyện viên, được biểu thị dưới dạng các đường cong mô tả sự thâm nhập vào khu vực quan tâm theo hàm số của cỡ hạt, sau đó (kể từ những năm 1960) được gọi là đường kính khí động học của hạt trong phạm vi từ 0,5 μm đến 100 μm. Các quy ước này dẫn đến cần có các thiết bị lấy mẫu để thu thập các phần khối lượng bụi hô hấp, bụi phần ngực và bụi hít thở của các hạt từ môi trường không khí xung quanh, trong môi trường sống và làm việc, mặc dù các quy ước này không chỉ giới hạn đến khối lượng lấy mẫu. Các quy ước đã được thiết lập cẩn thận theo sự khác biệt lớn giữa mối quan hệ bên trong mỗi người và giữa nhiều người, cùng với sự thừa nhận đầy đủ rằng sự lắng đọng thực (cũng như độ phơi nhiễm thực) của các hạt khác với sự thâm nhập, ví dụ như đến hoặc bên trong vùng phế nang của phổi và các trường hợp khác, đặc biệt khi có các hạt sol khí rất mịn. Do vậy, ngay từ đầu, người ta mong đợi sự tương quan giữa bệnh tật và phơi nhiễm có thể bị hạn chế một cách nào đó. Tuy nhiên, cách tiếp cận như vậy đã mở đường cho các nhà khoa học về sol khí phát triển các thiết bị lấy mẫu hoặc quan trắc đơn giản, hợp lý mà hiệu suất của nó có thể phù hợp với các quy ước được quan tâm.

Với sự hiện diện của một lượng lớn thông tin về sự lắng đọng của hạt sol khí trong đường hô hấp của con người, với sự phát triển liên tục của các thiết bị lấy mẫu tiên tiến hơn và thực sự đại diện được cho mẫu, và với các nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến sức khoẻ như diện tích bề mặt hạt lắng đọng (trái ngược với khối lượng), việc thành lập các quy ước cho phép ước lượng trực tiếp về sự lắng đọng thực tế hiện nay đã được kiểm chứng. Tiêu chuẩn này cung cấp các quy ước cho các thiết bị lấy mẫu dùng để đại diện cho các tỉ lệ hạt sol khí hít phải thực sự lắng đọng trong các khu vực cụ thể của hệ hô hấp. Phạm vi kích thước hạt được mở rộng dưới 0,1 μm, nơi sự lắng đọng bị chi phối bởi sự khuếch tán (chuyển động Brown).

Các quy ước mới này trên thực tế liệu sẽ dẫn đến sự cải thiện đáng kể trong mối tương quan giữa phơi nhiễm và bệnh tật, vào thời điểm công bố, vẫn là một câu hỏi mở. Tuy nhiên, sự lắng đọng có thể là một nguyên nhân thích hợp hơn là các hạt thở ra mà không tương tác với cơ thể. Trong khi các quy ước trước đây đã được thông qua trong nhiều chương trình hợp pháp để xác định sự tuân thủ với mức độ phơi nhiễm được coi là an toàn, các quy ước mới hơn dự kiến sẽ được áp dụng ban đầu trong các nghiên cứu về tác động sức khoẻ. Tuy nhiên, cuối cùng thì có thể các tiêu chuẩn về tuân thủ sẽ được sửa đổi nếu thiết bị lấy mẫu thích hợp được sử dụng, và mối tương quan giữa các phép đo phơi nhiễm và các ảnh hưởng tới sức khoẻ thực sự sẽ được cải thiện đáng kể.

CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ - QUY ƯỚC LẤY MẪU LẮNG ĐỌNG BỤI TRUYỀN TRONG KHÔNG KHÍ TRONG HỆ HÔ HẤP CỦA CON NGƯỜI

Air quality - Sampling conventions for airborne particle deposition in the human respiratory system

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các quy ước lấy mẫu với các thiết bị lấy mẫu đã định để ước lượng sự lắng đọng của các hạt sol khí không bay hơi, không hút ẩm, không phải dạng sợi, trong năm vị trí cụ thể của đường hô hấp. Năm vị trí này bao gồm các khu vực trước và sau đường thở của mũi, các phần có lông chuyển và không có lông chuyển của khu vực khí phế quản và khu vực phế nang (trao đổi khí).

Các quy ước này được chia thành ba hiệu suất lấy mẫu độc lập với nhau được xác định bằng đường kính nhiệt động học đặc trưng cho sự chuyển động khuếch tán (Brown) của các hạt nhỏ hơn micromet và bốn hiệu suất theo đường kính khí động học > 0,1 μm, đặc trưng cho sự lắng đọng do va đập, chặn lại hoặc trọng lực. Mỗi đường cong quy ước đã được xây dựng bằng trung bình của 12 đường cong lắng đọng tương ứng với 12 điều kiện thở khác nhau, từ ngồi đến tập thể dục nặng, nam giới so với nữ giới, và chế độ thở (bằng miệng so với bằng mũi).

CHÚ THÍCH: Sự lắng đọng được tính toán theo mô hình do Ủy ban Quốc tế về Bảo vệ bức xạ (ICRP, Tài liệu tham khảo [3]) xây dựng.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì chỉ áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 6753:2000 (ISO 7708), Chất lượng không khí - Định nghĩa về phân chia kích thước bụi hạt để lấy mẫu liên quan tới sức khoẻ;

TCVN 9595-3 (ISO/IEC 98-3: 2008), Độ không đảm bảo của phép đo - Phần 3: Hướng dẫn trình bày độ không đảm bảo đo (GUM: 1995)

EN 481, Workplace atmospheres - Size fraction definitions for measurement of airborne particles (Không khí nơi làm việc - Định nghĩa phần chia kích thước để đo các hạt truyền trong không khí)

EN 13205, Workplace atmospheres - Assessment of performance of instruments for measurement of airborne particle concentrations (Không khí nơi làm việc - Đánh giá hiệu năng của thiết bị để đo nồng độ hạt truyền trong không khí)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này, sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây:

3.1

Đường kính khí động học (aerodynamic diameter)

d_ae

Đường kính của một khối cầu với tỷ trọng ρ₀ = 10³ kg m^-3 = 1 g cm^-3 với cùng vận tốc cuối của hạt do trọng lực trong không khí tĩnh gió, dưới điều kiện phổ biến về nhiệt độ, áp suất và độ ẩm tương đối trong đường hô hấp.

CHÚ THÍCH 1: Theo TCVN 6753 (ISO 7708:1995), 2.2.

CHÚ THÍCH 2: Đường kính khí động học áp dụng cho bất kỳ hạt nào, nhưng phụ thuộc vào tỷ trọng, hình dạng và độ rỗng của hạt.

CHÚ THÍCH 3: Dưới các điều kiện được quan tâm trong tiêu chuẩn này, đường kính khí động học của một hạt hình cầu thường bằng , trong đó d là đường kính hình học của quả cầu. Đối với các quả cầu tỷ trọng cao có đường kính ở mức độ 0,1 μm, nơi các khía cạnh hình thể của hạt trong không khí là đáng kể, yêu cầu một yếu tố hiệu chỉnh "slip" (xem Tài liệu tham khảo [3]).

CHÚ THÍCH 4: Đối với các hạt có đường kính khí động học dưới khoảng 0,4 μm, đường kính nhiệt động học sẽ trở nên có ý nghĩa hơn trong việc mô tả đặc tính lắng đọng hơn đường kính khí động học.

3.2

Đường kính nhiệt động học (thermodynamic diameter)

d_th

Đường kính của một khối cầu với cùng một hệ số khuếch tán như các hạt dưới điều kiện phổ biến về nhiệt độ và áp suất trong đường hô hấp

CHÚ THÍCH 1: Sự phụ thuộc nhỏ của đường kính nhiệt động lực vào độ ẩm tương đối bị bỏ qua (xem Tài liệu tham khảo [3]

CHÚ THÍCH 2: Đường kính nhiệt động học được áp dụng cho bất kỳ hạt nào bất kể hình dạng và độc lập với tỷ trọng của hạt.

CHÚ THÍCH 3: Đường kính nhiệt động học bằng với đường kính hình học đối với các hạt hình cầu được quan tâm trong tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH 4: Đối với các hạt có đường kính khí động học trên khoảng 0,4 μm, đường kính khí động học trở nên có ý nghĩa hơn trong việc mô tả đặc tính lắng đọng hơn đường kính nhiệt động học.

3.3

Phần hít vào (inhalable fraction)

Phần tổng số hạt trong không khí có kích thước hạt được cho trước đã hít qua mũi và miệng.

CHÚ THÍCH 1: Từ TCVN 6753 (ISO 7708: 1995), 2.3.

CHÚ THÍCH 2: Các phân số quy định trong 3.3 đến 3.8, như được định nghĩa với kích thước hạt cụ thể (được mô tả bởi đường kính nhiệt động học và đường khí động học), độc lập với cơ sở đo lường, ví dụ: khối lượng, diện tích hoặc số lượng hạt.

CHÚ THÍCH 3: Một phần đáng kể các hạt được hít vào có thể được thở ra, nhưng vì đây là các hạt nhỏ hơn nên ảnh hưởng của chúng lên khối lượng lắng đọng có thể là nhỏ.

3.4

Hiệu suất lắng đọng ngoài lồng ngực ET₁ (extrathoracic ET₁ deposition efficiency)

Phần nhỏ của các hạt được hít vào có kích thước hạt cho trước lắng đọng trong phần trước của lỗ mũi (vào mũi)

CHÚ THÍCH 1: Các hạt có thể được lắng đọng trong vùng ET₁ trực tiếp sau khi hít phải bằng mũi hoặc gián tiếp từ các vùng bên trong của đường hô hấp khi thở ra. Hạt hít phải qua miệng được lắng đọng trong ET₁ chỉ khi thở ra.

CHÚ THÍCH 2: Sự phân chia mũi và miệng giữa các hạt được hít vào được phản ánh trong các quy ước được trình bày trong tiêu chuẩn này bằng cách tính trung bình thói quen thở (6.6) hoặc bởi sự hiệu chỉnh cá nhân (Phụ lục A).

3.5

Hiệu suất lắng đọng ngoài lồng ngực ET₂ ( extrathoracic ET₂ deposition efficiency)

Phần nhỏ của các hạt được hít vào có kích thước hạt cho trước lắng đọng trong phần sau của lỗ mũi bao gồm thanh quản và cổ họng.

CHÚ THÍCH: Các hạt có thể được lắng đọng trong vùng ET₂ trực tiếp ngay sau khi hít phải bằng miệng hoặc gián tiếp bằng mũi hoặc khi thở ra.

3.6

Hiệu suất lắng đọng khí phế quản BB (tracheobronchial BB deposition efficiency)

Phần của các hạt được hít vào có kích thước hạt cho trước được lắng đọng sau thanh quản trong khí quản và phế quản mà từ đó các chất lắng đọng được làm sạch bằng lông chuyển.

CHÚ THÍCH: Xem Tài liệu tham khảo [3] để biết thêm chi tiết.

3.7

Hiệu suất lắng đọng khí phế quản bb (tracheobronchial bb deposition efficiency)

Phần của các hạt được hít vào có kích thước hạt cho trước sau khu vực BB trong phế quản và tiểu phế quản trước khu vực phế nang (trao đổi khí)

CHÚ THÍCH: Xem Tài liệu tham khảo [3] để biết thêm chi tiết.

3.8

Hiệu suất lắng đọng phế nang (alveolar deposition efficiency)

Phần của các hạt trong không khí được hít vào có kích thước hạt cho trước lắng đọng trong phế nang.

3.9

Thể tích khí lưu thông (tidal volume)

V_r

Thể tích khí đi vào hoặc ra khỏi phổi trong giai đoạn hít vào hoặc thở ra.

CHÚ THÍCH 1: Chuyển từ ISO 10651-4: 2002^[1], 3.15.

CHÚ THÍCH 2: Thể tích khí một lần thở được thể hiện bằng mililít.

3.10

Tốc độ thở (breathing rate)

f

Số lần thở mỗi phút.

3.11

Lưu lượng khí hô hấp (inspiratory flow rate)

q

Tổng các thể tích không khí hít vào và thở ra từ phổi của con người mỗi lần.

CHÚ THÍCH 1: Lưu lượng khí hô hấp được thể hiện bằng mililít/s.

CHÚ THÍCH 2: Lưu lượng khí hô hấp đôi khi được biểu thị là V

CHÚ THÍCH 3: Lưu lượng hô hấp, q, được tính theo công thức, q = 2fV_r, trong đó f là tốc độ thở và Vr là thể tích một lần thở

3.12

Dung tích cặn chức năng (functional residual capacity)

FRC

Thể tích không khí còn lại trong phổi sau khi thở bình thường.

4  Nguyên tắc

4.1  Tổng quát

4.1.1  Rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành về sự lắng đọng các hạt trong hệ hô hấp của con người. Kinh nghiệm chủ yếu gồm có nghiên cứu về các mô hình vật lý của cơ thể khi tiếp xúc với các hạt có kích thước đã biết trong điều kiện gió được kiểm soát hoặc trong việc theo dõi quá trình của các hạt được đánh dấu phóng xạ sau khi hít phải bởi con người. Để xem xét lại các kết quả nghiên cứu khác nhau, xem Tài liệu tham khảo [4], Tài liệu tham khảo [3] trình bày các mô hình chi tiết tóm tắt dữ liệu thực nghiệm.

4.1.2  Vào thời điểm xuất bản, TCVN 6753 (ISO 7708), EN 481, ASTM D6062 ^[2] và ACGIH^[5] cung cấp các quy ước duy nhất được thiết lập về lấy mẫu để phân loại các phân số khối lượng của các hạt xung quanh (phần hít vào, phần ngực và phần hô hấp) khi chúng tiếp cận các phần cụ thể của hệ hô hấp. Các quy ước này là kết quả của sự thỏa hiệp giữa các định nghĩa trước đây được thiết kế để ước lượng phần của bụi với kích thước cho trước đã thâm nhập vào (không phải lắng đọng trong) các khu vực khác nhau của cơ thể.

4.2  Cơ sở của các quy ước về thâm nhập (EN 481 và TCVN 6753 (ISO 7708)

4.2.1  Các quy ước đã được thiết lập một cách thận trọng, phóng đại một cách đáng kể sự thâm nhập thật sự để tránh sự khác biệt bên trong con người và giữa mọi người.

4.2.2  Với các hạt thô (d_ae lớn hơn khoảng 0,5 μm), ví dụ như những hạt được tìm thấy trong môi trường khai thác mỏ, phần hô hấp theo quy ước và các hạt sol khí lắng đọng trong vùng trao đổi khí có mối tương quan tốt về giá trị trung bình.

4.2.3  Bộ lấy mẫu hiện có cho lấy mẫu cá nhân có thể hoạt động một cách hợp lý theo các quy ước thâm nhập.

4.3  Nhu cầu về quy ước lắng đọng hạt

4.3.1  Các quy ước thâm nhập [TCVN 6753 (ISO 7708), EN 481] không được thiết lập để giải thích cho sự thở ra của các hạt nhỏ hơn micromét trong khi chúng cần thiết để đạt được mối tương quan với các ảnh hưởng sức khoẻ trong một số trường hợp.

4.3.2  TCVN 6753 (ISO 7708) và EN 481 không bao gồm sự lắng đọng tăng lên ở các vùng phế nang và ngoài lồng ngực vì đường kính hạt giảm xuống dưới 0,5 μm.

4.3.3  TCVN 6753 (ISO 7708) và EN 481 được thiết lập các giới hạn chứ không phải ước tính. Các quy ước về lắng đọng, khi không còn được thiết kế xung quanh các giới hạn được thiết lập thận trọng (4.2.1), có thể làm tăng thông tin thu được trong đánh giá tại nơi làm việc và cũng cải thiện việc thiết lập các giới hạn có ý nghĩa về phơi nhiễm nghề nghiệp.

4.4  Dự kiến áp dụng

4.4.1  Các quy ước của tiêu chuẩn này có thể được áp dụng ngay với các nghiên cứu về ảnh hưởng tới sức khoẻ trong việc cung cấp sự tương quan tốt hơn giữa đánh giá chất lượng không khí và các ảnh hưởng quan sát được. Cụ thể, liều lượng nhận được trước khi làm sạch có thể ước tính được. Ví dụ, giả sử rằng khối lượng bị lắng đọng là số liệu liên quan đến sức khoẻ cần được xem xét. Liều ước tính trong vùng x, m_x,D, tính theo milligram, được tính bởi:

Trong đó

q là lưu lượng khí hô hấp của một người, tính bằng mililít/s,

t là thời gian phơi nhiễm của một người, tính bằng giây;

m_x là khối lượng lấy mẫu, tính bằng miligam;

q_x là lưu lượng lấy mẫu, tính bằng mililít/s;

t_s là thời gian lấy mẫu, tính bằng giây.

4.4.2  Việc chấp thuận các quy ước rõ ràng về lắng đọng sẽ kích thích sự phát triển của công cụ: hoặc cho việc đo lường sự phân chia theo kích cỡ hạt (thông qua các thiết bị phân loại kích cỡ hạt) hoặc cho các thiết bị lấy mẫu chuyên dụng cho các quy ước về lắng đọng (ví dụ, xem Tài liệu tham khảo [6] đến [12]).

5  Giả định và ước lượng

5.1  Nhiều phép ước lượng đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập các quy ước lấy mẫu nhằm mô phỏng sự lắng đọng các hạt trong hệ hô hấp. Những điều này được tóm tắt ở 5.2 đến 5.6.

5.2  Các quy ước lấy mẫu ở đây là trung bình của một bộ tiêu biểu của các đặc tính hô hấp (xem Bảng 1).

5.3  Các hạt đi tới với phế nang nhưng không lắng đọng ở đó có thể được lắng đọng ở đường hô hấp trên khi chúng đi qua trong quá trình thở ra.

CHÚ THÍCH Trong trường hợp một đám các hạt đủ nhỏ để tránh sự va đập hoặc lắng đọng do trọng lực trong đương hô hấp, sự lắng đọng có thể trở nên đáng kể ở vùng ngoài lồng ngực với chuyển động Brown trong quá trình thở ra hoặc hít vào.

5.4  Ảnh hưởng của sự thay đổi về đường kính của các hạt hút ẩm do sự tích tụ nước khi ở trong hệ hô hấp, mặc dù có đáng kể, ví dụ như sự lắng đọng các muối hòa tan và mù axit, nằm ngoài phạm vi của tiêu chuẩn này.

5.5  Không xem xét tác động tích điện của hạt.

5.6  Mô hình lắng đọng ICRP (xem Tài liệu tham khảo [3]), ước lượng xác suất thực của hạt bị giữ lại tại mỗi vị trí của đường hô hấp bằng căn của tổng bình phương (RSS) của xác suất nhiệt động học và khí động học. RSS tương đương với một tổng đơn giản, ngoại trừ vùng chồng chéo từ 0,1 μm đến 1,0 μm, khi đó sự va đập, sự đóng cặn và sự lắng đọng khuếch tán là không hiệu quả. Sự kết hợp phi tuyến tính của xác suất lắng đọng là một vấn đề khó áp dụng cho bộ lấy mẫu. Do đó, tiêu chuẩn này thông qua một xấp xỉ thuần túy tuyến tính. Phụ lục A cung cấp một cách để giảm sự thiếu chính xác trong vùng chồng chéo bằng cách kết hợp các kết hợp tuyến tính của các quy ước lấy mẫu với xấp xỉ RSS. (Xem Tham khảo [13] để biết thêm chi tiết.)

6  Quy ước lấy mẫu lắng đọng

6.1  Giống như EN 481 và TCVN 6753 (ISO 7708), một tập hợp các quy ước lấy mẫu nhỏ được định nghĩa trong tiêu chuẩn này, thay vì sử dụng các mô hình thô (xem Tài liệu tham khảo [3]) bao gồm rất nhiều thông số khác nhau. Mục tiêu ở đây là tập trung vào các khía cạnh được quan tâm. Hơn nữa, sự giới hạn các quy ước dự kiến sẽ tập trung các nỗ lực để phát triển thiết bị thực tế.

6.2  Tiêu chuẩn này sử dụng các hàm F[d;(d_c,σ)] và F' [d;(d_c,σ)] của đường kính (nhiệt động học hoặc khí động học) d. Hàm F là hàm phân phối loga chuẩn tích lũy, được thông số hóa dưới dạng các hằng số phân phối, đường kính cắt trung bình d_c và phương sai σ². Hàm F', được định nghĩa theo độ dốc của nó ở đường kính d, chính là hàm phân bố xác suất loga chuẩn:

                                        (2)

Nhiều bảng tính và tất cả các chương trình thống kê đều có các chương trình con chuyên dụng để nhanh chóng tính toán hàm phân phối tích lũy F. Ngoài ra, một thuật toán trình bày trong TCVN 6753 (ISO 7708) có thể được sử dụng.

6.3  Các hàm F và F' hữu ích cho việc tạo mẫu nhiều loại đường cong. Hơn nữa, sự tích hợp với phân bố kích thước hạt sẽ đơn giản. Để biết thêm thông tin về việc sử dụng hàm loga chuẩn, xem Tài liệu tham khảo [13].

6.4  Quy ước lấy mẫu hạt sol khí hít phải

6.4.1  Tiêu chuẩn này quy định các quy ước lấy mẫu về hiệu suất lấy mẫu cho các hạt sol khí sau khi hít phải. Điều này có thể xảy ra vì mô hình lắng đọng ICRP (xem Tài liệu tham khảo [3]) tự ước lượng hiệu suất lắng đọng sau khi hít phải. Đánh giá liều lượng từ đám mây hạt sol khí sau đó yêu cầu tính toán lựa chọn trước cho phần hít phải (3.3).

6.4.2  Đối với d_ae ≤ 1μm, quy ước hít phải được tính thành 1,00.

6.4.3  Quy ước hít phải đối với d_ae > 1μm phải được thực hiện theo TCVN 6753 (ISO 7708) hoặc EN 481, bao gồm các điều kiện của gió vừa phải (xem Tài liệu tham khảo từ [14] đến [16]). Thêm nữa, kiến thức đang phát triển tại thời điểm xuất bản (xem Tài liệu tham khảo từ [17] đến [21]) bao gồm khả năng hít thở trong các điều kiện của vận độ gió thấp được tìm thấy trong môi trường làm việc trong nhà có thể được xem như sẵn có. Sự chấp nhận theo khía cạnh này phải tuân theo TCVN 9595-3 (ISO/IEC 98-3: 2008) và EN 13205.

CHÚ THÍCH: Mô hình lắng đọng ICRP (xem Tài liệu tham khảo [3]), ngoài việc xác định sự lắng đọng sau khi hít phải, còn cho biết thông tin về khả năng hít vào như được biết vào thời điểm công bố.

6.5  Các vùng trong đường hô hấp

6.5.1  Mô hình lắng đọng ICRP (xem Tài liệu tham khảo [3]) xác định năm vùng lắng đọng của hạt sol khí trong đường hô hấp: ngoài lồng ngực ET₁, ngoài lồng ngực ET₂, khí phế quản BB, khí phế quản bb, và phế nang. Để biết mô tả của chúng, xem 3.4 đến 3.8 và Tài liệu tham khảo [3] [22] [23].

6.6  Điều kiện thở

6.6.1  Hiệu suất lắng đọng ở mỗi vùng rất khác nhau, phụ thuộc vào đặc tính hô hấp: khối lượng công việc, giới tính, và chế độ thở. Có ba loại khối lượng công việc được xem xét cho tiêu chuẩn này, đối với một cá nhân đang ngồi hoặc thực hiện bài tập nhẹ hoặc nặng như được mô tả trong Tài liệu tham khảo [3]. Chế độ thở có đề cập đến việc mỗi người có thể được coi là "thở bình thường" hay "thở bằng miệng”. Người thở bình thường hít thở không khí qua mũi, trừ khi tập thể dục nặng. Tuy nhiên, người thở bằng miệng, luôn luôn có một phần của không khí qua miệng. Tiêu chuẩn này đưa ra 12 bộ các đặc tính hô hấp được liệt kê trong Bảng 1.

Bảng 1 - 12 đặc tính hô hấp cụ thể được đề cập đến: thở bình thường với thở bằng miệng, nam với nữ, và khối lượng công việc

6.6.2  Đặc tính về hiệu suất đối với mỗi loại trong 12 đặc tính hô hấp trong Bảng 1 là không thực tế để xây dựng các bộ lấy mẫu chuyên dụng. Thay vào đó, giá trị trung bình sẽ được tính đến. Ngoài ra, số lượng các quy ước độc lập cần thiết để bao gồm năm vị trí sinh lý được giảm đi nhờ vào các mối quan hệ xấp xỉ giữa các hàm lắng đọng. Để biết thêm chi tiết, xem Tài liệu tham khảo [13].

6.6.3  Tính thay đổi liên quan đến phạm vi tất cả các điều kiện thở cần được ghi nhận trong áp dụng bất kỳ của tiêu chuẩn này với các bộ lấy mẫu riêng lẻ hoạt động theo quy ước. Ngoài ra, Phụ lục A cung cấp phương pháp về sự lắng đọng xấp xỉ cho bất kỳ bộ đặc tính hô hấp cụ thể nào bằng cách kết hợp thông tin từ một bộ lấy mẫu hoạt động theo các hiệu quả quy ước riêng rẽ được liệt kê ở đây.

6.7  Hiệu suất lắng đọng theo quy ước

6.7.1  Bốn hiệu quả lắng đọng khí động học theo quy ước, , ,  và , được quy định như sau: đối với vùng ngoài lồng ngực ET₁, hai vùng khí phế quản, BB và bb, và vùng phế nang, Alv, vùng (trao đổi khí). Các chức năng này được biểu thị dưới dạng biểu thức logarit bình thường của mô hình lắng đọng ICRP (xem [3]) hiệu suất ở mỗi vị trí trung bình trên 12 đặc tính hô hấp của Bảng 1. Các thông số chuẩn loga được trình bày trong Bảng 2 và các hiệu quả được trình bày đồ họa trong Hình 1.

6.7.2  Ba hiệu suất lắng đọng nhiệt động học theo quy ước ,  và  được quy định, cho vùng ngoài lồng ngực, ET₁ vùng khí phế quản, bb, và vùng phế nang, Alv. Các các thông số chuẩn loga được trình bày trong Bảng 2, và các hiệu quả được trình bày đồ họa trong Hình 1.

6.7.3  Ba hiệu suất lắng đọng nhiệt động học phụ thuộc, cho vùng ngoài lồng ngực ET₂ và vùng khí phế quản BB, và một hiệu quả lắng đọng khí động học cho ET₂ được trình bày trong Bảng 3. Hiệu suất phụ thuộc được chỉ ra (màu xám) trong Hình 1.

Bảng 2 - Các quy ước lấy mẫu vị trí tương đối so với sol khí hít vào biểu thị theo các hàm logarit tự nhiên của đường kính khí động học hoặc nhiệt động học

Bảng 3 - Các quy ước phụ thuộc

a) Biểu đồ nhiệt động học

b) Biểu đồ khí động học

CHÚ DẪN

Hình 1 - Các quy ước lắng đọng hạt sol khí độc lập (màu đen) được thông số hóa các quy ước phụ thuộc (màu xám), từng tỷ lệ với một trong các quy ước độc lập

Phụ lục A

(Tham khảo)

Sự biến động trong lắng đọng và hiệu chính

A.1  Sự biến động trong sự lắng đọng của hạt sol khí, cả bên trong lẫn giữa các cá thể là rất lớn nên mối tương quan với các ảnh hưởng tới sức khỏe có thể dễ dàng bị che khuất. Mục đích của tiêu chuẩn này là xem xét các dao động liên quan đến khối lượng công việc (tập thể dục nặng và tập thể dục nhẹ), phương pháp thở (thở bình thường và bằng miệng) và giới tính (xem Tài liệu tham khảo [3]).

A.2  Dự định này đặt ra nhiều vấn đề hơn trong EN 481 hoặc TCVN 6753 (ISO 7708). Các quy ước thâm nhập trước đây vạch ra vấn đề biến đổi bằng cách áp dụng một phương pháp bảo thủ. Ước tính bảo thủ có thể chấp nhận được đối với các ứng dụng tuân thủ quy tắc. Tuy nhiên, ước tính liều dùng cho một ứng dụng nghiên cứu liên quan tới sức khỏe khác với việc chỉ đơn giản xác định liệu một giới hạn có bị vượt quá hay không.

A.3  Mức độ biến động được thể hiện trong hình A.1 cho năm vị trí lắng đọng trong đường hô hấp của con người. Các đường cong dày hơn mô tả sự lắng đọng trong khu vực ngoài lồng ngực (ET₁), ngoài lồng ngực (ET₂), vùng khí phế quản (BB}, vùng khí phế quản (bb}, và phế nang (Alv)) cho mỗi yếu tố ảnh hưởng được xem xét. Các đường cong được đánh dấu , , , và  đại diện cho các quy ước lắng đọng được quy định ở 6.7.

A.4  Có một cách bao trùm được hết các biến động là đo sự phân bố kích thước của các hạt sol khí cần quan tâm và sau đó tính toán sự lắng đọng được kỳ vọng cho mỗi vùng dưới bất kỳ điều kiện nào mong muốn. Có thể phát triển một phiên bản thu nhỏ của thiết bị trong Tài liệu tham khảo [12] cho thiết bị lấy mẫu cá nhân. Một khả năng khác là đối với một số mục tiêu nghiên cứu, sự biến động có thể đơn giản bị bỏ qua hoặc được chấp nhận. Một gợi ý khác (xem Tài liệu tham khảo [13]) là sử dụng các kết quả từ một dãy các phương tiện lấy mẫu đáp ứng quy ước để điều chỉnh mức lắng đọng ở bất kỳ khu vực cụ thể dưới bất kỳ điều kiện nào.

CHÚ THÍCH: Các thiết bị va đập áp suất thấp hiện có sẵn cho lấy mẫu cá nhân có thể được sử dụng để xác định sự phân bố kích thước cho các đường kính hạt rất nhỏ trong những trường hợp đặc biệt, khi các hạt sol khí đơn giản và được mô tả cặn kẽ, ví dụ: các hạt hình cầu của một chất duy nhất với tỷ trọng lớn đã biết. Sự va đập trong trường hợp này phụ thuộc vào đường kính vật lý d qua hệ số trượt (slip) và đường kính động trên . Điểm khó là đường kính nhiệt động học không phải được thăm dò trực tiếp.

A.5  Các phép đo được thực hiện bởi một tập hợp các bộ lấy mẫu hoạt động theo các quy ước của Bảng 2 khi đó có thể được sử dụng để hiệu chỉnh cho bất kỳ một bộ đặc tính cụ thể nào về hô hấp trong Bảng 1 để ước tính sự lắng đọng ở bất kỳ một trong năm vị trí nào trong hệ thống hô hấp. Điều này được thực hiện thông qua một bộ các yếu tố chuyển đổi được trình bày trong Bảng A.1. Điều cần có là kiến thức về đặc điểm hô hấp của bất kỳ cá nhân nào cần được ước lượng liều hạt sol khí.

A.6  Các yếu tố chuyển đổi được xác định như sau. Giả sử hiệu suất lắng đọng được cung cấp bởi mô hình lắng đọng ICRP (xem Tài liệu tham khảo [3]) cho một vị trí cụ thể và điều kiện thở là E[d], trong đó đường kính (hình học) của một hạt hình cầu có tỷ trọng ρ = 1 g/cm³. Ước lượng E[d] như một sự tổ hợp tuyến tính của các hàm theo quy ước độc lập D_j[d] của Bảng 2.

                                                                        (A.1)

Các hằng số C_j được xác định bằng cách khớp bình phương tối thiểu của phần bên phải của công thức (A.1) với hàm E[d] được biết đến từ mô hình lắng đọng ICRP (xem Tài liệu tham khảo [3]). Các dao động, từ nam tới nữ, được tính trung bình trong tính toán các yếu tố chuyển đổi, vì sự khác biệt nhìn chung không đáng kể. (xem thêm Tài liệu tham khảo [24].) Bộ các yếu tố chuyển đổi được xác định trình bày trong Bảng A.1. Hình A.1 cho thấy sự so sánh các xấp xỉ (đường sáng) với mô hình lắng đọng thực sự của ICRP (xem Tài liệu tham khảo [3]) cho tất cả các vị trí và 12 đặc tính hô hấp của Bảng 1.

A.7  Đối với tỷ trọng hạt ρ khác nhau từ 1 g/cm³ hoặc các hạt rời khỏi hình cầu, cả hai phía của Công thức (A.1) dịch chuyển, phía tay phải thông qua sự phụ thuộc tập con về khí động học của Bảng 2 trên đường kính khí động lực học d_ae, và tập con về nhiệt động học trên đường kính nhiệt động học d_th. Phía bên trái được tính bởi mô hình lắng đọng ICRP (xem Tài liệu tham khảo [3]) trở thành một hàm của d_ae và d_th mà không phải là một tổng của các hàm riêng biệt của d_ae và d_th. Tuy nhiên, sự xấp xỉ của Công thức (A.1) được duy trì cho bất kỳ kích thước hạt nào mà chỉ có một cơ chế (khuếch tán hoặc va đập) chiếm ưu thế lắng đọng, nghĩa là nơi có lắng đọng là đáng kể, vì sự chồng chéo các đường cong xảy giữa hai phương thức là không đáng kể.

A.8  Ước lượng sơ bộ về độ không đảm bảo vốn có trong Công thức (A.1) liên quan đến hoặc sự thiếu phù hợp hoặc sự khác biệt về sự dịch chuyển (A.7) trong vùng chồng chéo, nơi sự lắng đọng là không hiệu quả theo bất kỳ một trong hai phương thức được trình bày trong Tài liệu tham khảo [13]. Trong việc lấy mẫu ngẫu nhiên từ các bộ với sự phân bố kích thước, với số hạt, diện tích bề mặt, hoặc khối lượng theo đo đạc, được lấy để đại diện và với điều kiện thở ngẫu nhiên (Bảng 1), độ không đảm bảo (tương đối) (độ lệch chuẩn) dao động từ 9 % đến 24 %, tùy theo vị trí trong đường hô hấp. Để so sánh, ước tính hiệu suất lắng đọng một cách đơn giản từ các quy ước mà không có sự điều chỉnh dẫn đến độ không đảm bảo dao động từ 30 % đến 122 %.

A.9  Liều được tính như trong 4.4.1. Liều tại vị trí x, m_x,D, theo miligam, cho một người được tính theo:

                                                                   (A.2)

Trong đó

q là lưu lượng khí hô hấp, tính bằng mililít trên giây;

t là thời gian phơi nhiễm, tính bằng giây;

c_x,j là hệ số tại hàng x và cột j trong bảng A.1;

m_j là khối lượng, tính bằng miligam, được thu thập;

q_j là lưu lượng lấy mẫu của máy lấy mẫu j, tính bằng mililit trên giây;

t_s là thời gian lấy mẫu, tính bằng giây.

a) Vùng ngoài lồng ngực 1

b) Vùng ngoài lồng ngực 2

c) Vùng khí phế quản 1

d) Vùng khí phế quản 2

e) Vùng phế nang

CHÚ DẪN

Hình A.11) - Hiệu suất lắng đọng đến các vùng khác nhau là kết hợp tuyến tính của các hàm quy ước được đề xuất ở tỷ trọng ρ = 1 g/cm³ vẽ theo đường kính hình học d của một hạt hình cầu; đường cong cho nam giới (màu xanh) và nữ (màu đỏ) được thể hiện dưới dạng kết hợp tuyến tính của các quy ước (màu xanh lá cây); màu đen đại diện cho hiệu suất tính từ Tài liệu tham khảo [3]

Bảng A.1 - Các yếu tố chuyển đổi C_j của Công thức (A.1) cho các đặc tính thở của Bảng 1

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] ISO 10651-4:2002, Lung ventilators- Part 4: Particular requirements for operator-powered resuscitators

[2] ASTM D6062, Standard guide for personal samplers of health-related aerosol fractions

[3] JAMES, A.C., STAHLHOFEN, W., RUDOLF, G., KÖBRICH, R., BRIANT, J.K., EGAN, M.J., NIXON, W., BIRCHALL, A. Human respiratory tract model for radiological protection: ICRP Publication 66.Ann. ICRP 1994, 24, pp. 1-300

[4] VINCENT, J.H. Particle size-selective criteria for fine aerosol fractions. In: Aerosol sampling: Science, standards, instrumentation and applications, pp. 255-287. Hoboken, NJ: Wiley, 2007

[5] PHALEN, R. F. Particle size-selective sampling in the workplace: Report of the ACGIH Air Sampling Procedures Committee, Cincinnati, OH: American Conference of Governmental Industrial Hygienists,1985. 80 p. (Publication No. 0830.)

[6] MCCAWLEY, M.A. In: Particle size-selective sampling for particulate air contaminants, VINCENT, J.H., editor. Cincinnati, OH: American Conference of Governmental and Industrial Hygienists, 1999

[7] MCCAWLEY, M.A., MARTIN, S., MOYER, E., BERAKIS, M., HORNSBY-MYERS, J., KENT, M. Development of a filter assembly to match the deposition of ultrafine aerosol in the lung: A pilot study with beryllium. Ann. Occup. Hyg. 2002,46(S1), pp. 215-218. Available (viewed 2011-12-23) at: http://annhyg.oxfordjournals.org/content/46/suppl_1/215.full.pdf

[8] KUO, Y.M., HUANG, S.H., SHIH, T.S, CHEN, C.C., WENG, Y.-M., LIN, W.-Y. Development of a size- selective inlet-simulating ICRP lung deposition fraction. Aerosol Sci. Technol. 2005, 39, pp. 437-443

[9] KOEHLER, K.A., CLARK, P., VOLCKENS, J. Development of a sampler for total aerosol deposition in the human respiratory tract. Ann. Occup. Hyg. 2009, 53, pp. 731-738. Available (viewed 2011-12-23) at: http://annhyg.oxfordjournals.org/content/53/7/731.full.pdf+html

[10] FISSAN, H., NEUMANN, S., TRAMPE, A., PUI, D.Y.H., SHIN, W.G. Rationale and principle of an instrument measuring lung deposited nanoparticle surface area. J. Nanoparticle Res 2007, 9, pp. 53-59

[11] ASBACH, C., FISSAN, H., STAHLMECKE, B., KUHLBUSCH, T.A.J., PUI, D.Y.H. Conceptual limitations and extensions of lung-deposited Nanoparticle Surface Area Monitor (NSAM). J. Nanoparticle Res. 2009,11, pp. 101-109

[12] GORBUNOV, B., PRIEST, N.D., MUIR, R.B., JACKSON, P.R., GNEWUCH, H. A novel size-selective airborne particle size fractionating instrument for health risk evaluation. Ann. Occup. Hyg. 2009, 53, pp. 225-237. Available (viewed 2011-12-23) at: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2662094

[13] BARTLEY, D.L., VINCENT, J.H. Sampling conventions for estimating ultrafine and fine aerosol deposition in the human respiratory tract. Ann. Occup. Hyg. 2011, 55, pp. 696-709. Available (viewed 2011-12-23) at: http://annhyg.oxfordjournals.org/content/55/7/696.full.pdf+html

[14] (a) OGDEN, T.L., BIRKETT, J.L. The human head as a dust sampler. In: WALTON, W.H., editor. Inhaled Particles IV, pp. 93-105. Oxford: Pergamon, 1977; (b) OGDEN, T.L., BIRKETT, J.L. An inhalable-dust sampler, for measuring the hazard from total airborne particulate. Ann. Occup. Hyg. 1978, 21, pp. 41-50

[15] ARMBRUSTER, L., BREUER, H. Investigations into defining inhalable dust. Ann. Occup. Hyg. 1982, 26, pp. 21-32

[16] VINCENT, J.H., MARK, D. Application of blunt sampler theory to the definition and measurement of inhalable dust. Ann. Occup. Hyg. 1982, 26, pp. 3-19

[17] AITKEN, R.J., BALDWIN, P.E.J., BEAUMONT, G.C., KENNY, L.C., MAYNARD, A.D. Aerosol inhalability in low air movement environments. J. Aerosol Sci. 1999, 30, pp. 613-626

[18] SLEETH, D.K., VINCENT, J.H. Proposed modification to the inhalable aerosol convention applicable to realistic workplace wind speeds. Ann. Occup. Hyg. 2011, 55, pp. 476-484

[19] BERRY, R.D., FROUDE, S. An investigation of wind conditions in the workplace to assess their effect on the quantity of dust inhaledLondon : Health and Safety Executive, 1989. (UK Health and Safety Executive Report IR/L/DS/89/3.)

[20] BALDWIN, P.E.J., MAYNARD, A.D., Measurement of windspeeds in indoor workplaces. In: Proceedings of the 11th Annual Aerosol Society Conference, Bristol: Aerosol Society, 1997

[21] HARPER, M., LIDÉN, G. The need for an international sampling convention for inhalable dust in calm air. J. Occup. Environ. Hyg. 2006, 3, pp. D94-D101

[22] WEIBEL, E.R. Morphometry of the human lung. Berlin: Springer, 1963. 151 p.

[23] LIPPMANN, M. Regional deposition of particles in the human respiratory tract. In: LEE, D.H.K., FALK, H.L., MURPHY, S.D., GEIGER, S. R., editors. Handbook of physiology, pp. 213-232. Bethesda, MD: American Physiology Society, 1977

[24] LÖNDAHL, J., MASSLING, A., PAGELS, J., SWIETLICKI, E., VACLAVIK, E., LOFT, S. Size-resolved respiratory-tract deposition of fine and ultrafine hydrophobic and hygroscopic aerosol particles during rest and exercise. Inhal. Toxicol. 2007, 19, pp. 109-116