Introduction
Nanomaterial pulver er mye brukt i ulike industrielle sektorer, som råstoff for produksjon av nye produkter eller som tilsetningsstoffer for sine funksjonelle applikasjoner 1-4. Imidlertid har potensial for arbeidstakernes eksponering for nanopowder aerosoler blitt bemerket under ulike yrkeshåndteringsvirksomhet 5-8, og de tilhørende helserisiko har blitt undersøkt i in-vivo og in-vitro toksikologiske studier 9-12. For å legge til rette for utvikling av effektive strategier for å beskytte arbeidstakere som arbeider med nanomaterialer, bedriftshelsepersonell kreve en bedre forståelse av hvordan nanopartikkel aerosoler fra pulverisert materiale som utsettes for eksterne energi innganger.
Ulike laboratoriesystemer er utviklet for å simulere pulver aeosolisering atferd i realistiske forhold. Blant dem, to standard prosedyrer er de etablerte referansemetoder Her presenterer vi en ny forstøvning og deagglomerering system for nanopowder testing basert på laboratoriet trakter. Det gir en stabil aerosol generasjon prosessen bruker mindre enn 1 g test pulver. Steady forstøvning kan opprettholdes i tilstrekkelig lang varighet for robuste aerosol karakteristikk. Systemets ytelse har blitt beskrevet i detalj i to tidligere publikasjoner 19,20. Måleoppstillingen er sammensatt av en aerosolgenerator, blanding og måling avdelinger, og karakterisering instrumenter, slik som vist i figur 1. Partikkeltransportrøret og kontakter koble sammen disse ulike elementene. En strøm tuner og to strømningsmålere kontrollere og overvåke luftstrømningsforholdene i systemet. Et manometer og en temperatur- og fuktighetssensor overvåke miljøet inne i målekammeret. Tørr trykkluft filtreres ved hjelp av et hyperfilter før den kommer inn i systemet. enlangstrakt, V-formet, er glass aerosolgeneratoren brukes for pulveraerosolisering. Denne geometrien muliggjør en robust aerosolise prosess og jevn partikkeltransport inn i det etterfølgende kammer. Strømningsregime ved bunnen av trakten er turbulent på grunn av samspillet med pulverpartiklene, mens det er laminær i den øvre seksjon (Re-tall <15). Tykkelsen av generatorens vegger er spesielt utformet for å motstå de høye trykk (opp til 400 kPa AP) som er nødvendig for deagglomerering testing ved bruk av kritiske åpninger. En høy presisjon flyt tuner styrer strømningshastigheten i trinn på 0,01 l / min. Ledende rør (6 mm ytre diameter, 1 mm tykkelse) anvendes for å unngå partikkel tap på grunn av elektrostatisk avsetning under transport. Røret lengde er omtrent 50 cm mellom aerosolgeneratoren og blandekammeret, 20 cm mellom blandekammeret og målekammeret, og 100 cm for prøverørene. A 1 L metallisk flaske som skal brukes som blande chamber, og en 12 L metallisk trommel benyttes som målekammeret. Partikkelprøver trekkes fra toppen av målekammeret. En utløpsåpning retning og den ekstra strøm inn i et filtreringssystem. Miksing og målekamre er elektrisk jordet for å hindre elektro tap av partikler. Måle instrumenter omfatter en skanne bevegelighet partikkelsorterer (SMPS) og en optisk partikkelteller (OPC) for partikkeltall konsentrasjon og størrelsesfordeling, og et transmisjonselektronmikroskopi (TEM) sampler (MPS) for partikkelmorfologi analyse. Oppsettet er aeosolisering prosedyre ligner en fluidisert seng prosess. Luftstrømmen går fra bunnåpningen inn i (2 mm diameter) trakt og aerosolizes pulveret. Pulverpartiklene beveger seg på en lignende måte til vann i en fontene. Den aerosol som genereres møter en fortynning strømning i blandekammeret. Fortynningen luftstrømmen kan være betinget for ulike nivåer av fuktighet Hvis effektenav denne parameteren krever analyser. Kammeret luft fungerer også som en buffer volum til jevnt blande aerosol med tørr fortynning luft i henhold til prøvetakings behov. Aerosolen strømning blir deretter ført inn i målekammeret via en vanlig tube utløp (for testing av aerosolisering) eller en kritisk åpning (for deagglomerering testing). Åpningen kan gi ulike trykk-slippbetingelser, å påføre skjærkrefter til partiklene som passerer gjennom den. Denne mekanismen tillater studium av deres deagglomerering potensial (mekanisk stabilitet). 
Figur 1. Skisse av forstøvning og deagglomerering system. Som standard forbinder et rør blandekammeret med målekammeret. Åpningen vist er en valgfri add-on (som ikke er beskrevet i denne protokollen). Klikk her to vise en større versjon av dette tallet.
Protocol
1. Klargjøring av systemet
- Sørg for å bruke nye eller godt rengjort partikkeltransport slange og kontakter for å montere systemet. Sørge for at kammerveggene er renset og partikkel-fri (se rensemetodene ved enden av protokollen).
- For å fjerne eventuelle bakgrunnspartikler, koble en filtrert tørr luftstrøm (5-10 l / min) direkte til blandekammeret (uten å installere trakten mellom a og b i figur 1), i minst 30 min.
- Måle partikkeltall konsentrasjonen i målekammeret ved hjelp av SMPS i henhold til produsentens protokoll. Hvis konsentrasjonen er under 10 # / cm 3 etter tre skanner, og deretter vurdere miljøet rent. Merk at strømningshastigheten kan bremse ved måling bruker SMPS.
- Stopp luftstrømmen og lukke prøvetakingsrøret uttak og utløpsrøret stikkontakt med en plast- eller gummipropp (posisjon c i Figure 1) for å hindre omgivende partikler som kommer inn i systemet.
- Forbered og varme opp måleinstrumenter (SMPS og OPC) og partikkel samplere for mikroskopisk analyse.
2. Materiale Forberedelse
- Oppbevares prøvemateriale i en godt kontrollert miljø med hensyn til temperatur og fuktighet. Dette er svært viktig for å sikre repeterbare resultater i oppfølgingsforsøk.
- Vei pulveret forsiktig med en analytisk balanse eller høy presisjon balanse, i et godt ventilert rom (f.eks laboratorium hette).
Merk: vekt på 250-500 mg TiO 2, SiO 2, ble ZnO og konsernsjef 2 nanopartikkel pulver testet, og disse generelt vist seg å være tilstrekkelig for minst 30 min på stabil forstøvning. Men sterkt avhenger det aktuelle beløpet på pulver type og kan variere betydelig for bulk materialer, sement eller organisk pulver. - Fest aerosol generator vertikalely, og mate pulveret fra den øvre åpning av den aerosol-generatoren ved hjelp av en ordentlig rengjort laboratorium trakt. Før eksperimentet, skylle trakten med vann og tørke ut av filtrert luft, for å fjerne eventuelt støv avsetning på den indre vegg. Forsiktig på trakt for å sikre at alle pulverpartiklene blir matet inn i prosessen. Ikke rist trakten hardt for å unngå betydelig tap av materialet til tidlig forstøvning.
- Sørge for at de fleste av pulverpartiklene når bunnen av generatoren, i stedet for å falle på de omkringliggende skråvegger. Banke forsiktig på sideveggene av generatoren for å bevege avsatte pulverpartikler ned til bunnen.
- Alternativt kan du bruke en lang trakt som direkte innskudd pulverpartiklene i bunnen av generatoren. Av sikkerhetsmessige grunner, utføre disse operasjonene under et avtrekksskap eller inne i en negativ trykkammer.
- Som unsticky materiale kan slippe gjennom åpningen nederstav generatoren, må du bruke en nål diameter 2 mm for midlertidig å blokkere åpningen før fôring i pulveret.
- Fjern trakten og lukke de øvre og nedre åpninger i generatoren for å unngå utslipp av partikler under overføringen.
3. forstøvning
- Installer aerosol generator, fjerne blokkene på innløp og utløp rør til trakten, koble sin bunn til filtrert luft og sin topp utgang til blandekammeret (a og b henholdsvis i figur 1), og fest den vertikalt med en metalliske stillas.
- Fjern blokkene på oppsettet exit (posisjon c i figur 1).
- Slå på aerosolisestrømmen. Sakte øke hastigheten fra 0 til 0,3-0,5 l / min ved hjelp av flyten tuner. Ikke flytt til høye strømningshastigheter for fort-målet er å nå en strømningshastighet som kan gi stabil aerosol generasjon i minst 30 min.
- For å oppnå dette,ikke bruker pulvermengden betydelig i denne perioden av stabil forstøvning. Som en empirisk regel bruker en fluidisert-sjikthøyde på ca 1 cm (betegnet med H på figur 1) for generering av et robust aerosol strømning og samtidig opprettholde en stabil konsentrasjon i løpet av en forholdsvis lang periode. Hvis energien settes inn i aerosoliseringsfremgangsmåten er for sterk så vil materialet hurtig brukes opp, ikke å opprettholde en jevn aerosolgenerering under resten av eksperimentet. Legg merke til at strømningshastigheten område kan variere for forskjellige pulvere; de ovennevnte verdiene ble anvendt for de ovenfor nevnte nanopowders testet.
- Slå på fortynning strømmen. Sakte øke hastigheten 0-2 l / min. Den totale fortynningen strømning er nødvendig bestemmes av prøvetakingsutstyret. SMPS, OPC, og den mini sampler brukes i systemet som presenteres her kreve en total strømning på 1,6-1,8 l / min.
4. Karakterisering
- startonline måling instrumenter samtidig (her, SMPS og OPC) så snart som forstøvning og fortynninger strømmer innført.
Merk: Når en stabil tilstand av aerosolisering er oppnådd, bør den aerosol partikkeltall konsentrasjonen og størrelsesfordelingen blir stabil etter ca. 30 min. Bruk målingene starter fra dette tidspunkt for sammenligning av aerosol egenskaper under forskjellige forhold (f.eks fuktighet) og ved hjelp av ulike pulver. Analysere resultatene fra 10 påfølgende SMPS skanner for å beregne gjennomsnittskonsentrasjoner og størrelsesfordeling. - Når aeosolisering er stabil, slå på pumpen er koblet til TEM sampler til å starte prøvetaking luftbårne partikler. Bruke en strømningshastighet på 0,3 l / min ved hjelp av TEM gitter belagt med hullete karbon film. Den tynne filmen på nettet kan bli skadet hvis strømningshastigheten er for høy. Detaljert informasjon om bruk av sampler er tilgjengelig 21. Vanligvis varer samplingsprosess for abut 3 min.
- Variere samplings varighet i henhold til de forskjellige partikkelkonsentrasjoner, og omtrentlig ved å vurdere en moderat overflatedekning av TEM rutenettet ved partikkelavsetning (f.eks, 50%). Tykke avsetninger kan endre partikkel morfologi på grunn av tettbebyggelse på stedet.
5. Post-sampling Drift og opprydding
- Etter endt målingene, slå av fortynning flyt og deretter forstøvning flyt.
- Koble fra aerosolgeneratoren fra systemet, blokkerer dens øvre og nedre åpninger, og overføre den til vaskerommet. Rengjør i et godt ventilert renseanlegg eller et lukket rom, spesielt hvis farlige materialer har blitt behandlet.
- Dispergere pulverrester med vann eller organiske løsningsmidler, avhengig av hydrofilisiteten til partikkeloverflaten. Hell blandingen ut i kjemiske beholdere for trygg resirkulering. Etter lange eksperimenter, test pulver pleier å stick fast på glassveggen og løser seg ikke lett. Hvis dette skjer, bruker syrer eller baser sammen med en ultrasoniske renere å oppløse klebrige materialer.
- For å fjerne en hvilken som helst fuktighetsinnhold igjen på veggen, og for å tørke inne i generatoren, passerer tørr luft gjennom det i minst en time. Pass på at det ikke er noen flammer eller antenningskilder i arbeid med organiske løsemidler, og sørge for god ventilasjon av plassen.
- Koble partikkeltransport rør og koblinger. Skyll dem med vann eller løsemidler. Tørk de indre vegger av blandings- og målekammeret med en våt papirlommetørkle eller en klut. Tørk dem på en åpen plass i minst en dag eller med tørr luftstrøm for 1 time før neste forsøk.
- Regelmessig rengjøring av SMPS anslags (hvis det brukes).
Representative Results
Figur 2 viser et typisk eksempel på total aerosol partikkeltall konsentrasjon og størrelse endringer over tid, ved hjelp av de ovennevnte protokoller i en aero eksperiment med hydrofobe SiO 2. Partikkelkonsentrasjoner begynte å stige så snart aerosolisestrømningen ble innført. Den geometriske midlere størrelse på partiklene økes gradvis i tillegg. Etter ca 10 SMPS skanner (3,5 min / scan), begynte aerosol å angi en stabil tilstand, hvor partikkelkonsentrasjonen og mener diameter ikke lenger varieres med noen betydelig beløp. Denne tilstanden varte i mer enn 30 minutter, noe som var tilstrekkelig til å fullføre ti 3-min SMPS skanninger. Figur 3 viser endringen i partikkelkonsentrasjonen i form av individuelle størrelsesfordelinger (basert på de samme data som i figur 2). Toppen steg langsomt over tid, og når aerosolen ble stabil, det forble innenfor samme størrelsesområde gjennom the resten av testen.
Den meget liten midlere diameter er vist ved begynnelsen av eksperimentet var ikke på grunn av ustabil pulver aerosolisering. I stedet, ble det forårsaket av den gjenværende omgivende luft inne i trakten etter pulverfylleprosedyren. Dette volumet av luft var den første til å strømme inn i målekammeret og ble samplet ved SMPS under sin innledende skanner (figur 4). Dette kan unngås ved å utføre alle forsøkene i et rent rom, hvis dette var nødvendig ved den vitenskapelige spørsmål for hånden. Faktisk, størrelsesfordelingen av det første søket var meget lik den til den omgivende luft. Som pulver aerosolpartiklene fortsatte å strømme inn, interferensen fra de omgivende partikler redusert raskt, og effekten var nesten forsvant etter noen få SMPS skanninger.
Figur 2. Endringtotalt partikkeltall konsentrasjon og mener diameter i en aero eksperiment (241 mg hydrofob SiO 2; aeosolisering flyte 0,3 L / min). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. Endring i partikkelstørrelsesfordelingen i en aero eksperiment. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4. Aerosol partikkelstørrelsesfordelingen ved begynnelsen av den aerosolise testen. Partikkelkonsentrasjonen er presentert på en relativ skala (normalisert to det totale antallet) for å sammenligne spekteret fra det første søket i en meget lav konsentrasjon til spektra fra senere skanninger i høyere konsentrasjoner. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Endringene i partikkelkonsentrasjonen ikke alltid følger de samme mønstrene. Fire muligheter kan vanligvis sees i et aerosolise test. I figur 5A er konsentrasjonen langsomt øket til et "platå" region, og deretter forble nesten uendret for resten av forsøket. I figur 5B er konsentrasjonen første steg til et maksimum punkt, gradvis redusert til et lavt nivå, og deretter holdt seg stabilt i mer enn 1,5 timer. I figur 5C, fort hvor konsentrasjonen reduseres til null. På figur 5D, økt konsentrasjon til et maksimalt nivå, remained der for en viss periode, og deretter redusert igjen.
Scenario (a) er vanligvis sett når det standard prosedyre følges. Den aerosoliseLuftStrømmen tilsettes langsomt og til slutt stabilisert innenfor det riktige område. Mengden av råmaterialet er tilstrekkelig med hensyn til aerosolise nivå, og en konstant aerosolgenerering hastighet kan opprettholdes i en lang tidsperiode. Scenario (b) er mest sannsynlig på grunn av en overdreven aerosolise strømning gjennom hele forsøket, kombineres med en utilstrekkelig mengde av pulver. Pulveret er raskt fortært og er ikke i stand til å opprettholde stabil aerosol generasjon. Scenario (c) viser en lignende nedgang i partikkeltall konsentrasjon til scenario (b) bortsett fra at etter en kort tid, luftstrømningshastigheten ble justert til et passende område og holdt konstant gjennom hele resten av testen. Dette tillot partikkelkonsentrasjonen til gradvis å nå et stabilt område. Scenario (d) enppears når en utilstrekkelig mengde råmateriale anvendes. På den sistnevnte fase av eksperimentet, er det ikke lenger nok test pulver til å generere aerosolpartikler med en konstant hastighet, som var mulig i den tidlige fase av aerosolisering. Følgelig partikkelkonsentrasjonen i systemet reduseres.
Figur 5. Typiske mønstre for å endre totale partikkelkonsentrasjoner i løpet av aerosolise eksperimenter: (A) langsomt øke til et platå er nådd; (B) gradvis reduseres til null; (C) hurtig nå en topp og deretter avta til et stabilt nivå; (D) øke til en stabil tilstand og vedlikeholde for en viss periode, og deretter avta. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet. Forskjellige aerosoliseringsstrømningshastigheter ble testet for å undersøke deres innflytelse på aerosolgenerering. Strømningshastigheter fra 0,3 til 1,1 l / min ble anvendt, og de resulterende partikkelstørrelsesfordelinger er vist i figur 6. Toppen av spekteret steg som strømmen øker. På det høyeste strømningshastighet (1,1 l / min), mikron-størrelse luftbårne partikler begynte å gå inn i systemet (sekundær peak). Den modale størrelser av aerosolpartiklene oppholdt lignende når under samme aerosolisestrømningen, men sank de gradvis når luftstrømmen økes gjennom området 0,3 til 0,7 l / min (Figur 7). Den økende partikkelgenereringshastighet og avtagende midlere partikkeldiameter som strømningshastighet og økte antyder at mer dynamisk aerosolise prosess (med store partikkelbevegelser og kollisjoner) lettes deagglomerering av pulver partikler, noe som resulterer i en modifisert størrelsesfordeling av aerosolenpartikler generert.
Figur 6. Endring av partikkelstørrelsesfordelingen med økende luftmengder (0.3- 1.1 L / min). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7. Sammenligning av partikkelstørrelsesfordelingen under forskjellige strømningsrater. Spektrene ble omgjort til lignende høyder i relativ skala (normalisert til total partikkeltall), som viser bedre skiftet av toppen. Klikk her for å se en større versjon av denne figur.
Figur 8 viser et eksempel på variasjonen i partikkelstørrelsesfordelingen fra fire gjentatte tester ved bruk av det samme materiale. Standardavviket var 39,7% for den totale partikkelkonsentrasjon og 6,6% for den geometriske middelstørrelsen. Variasjonen i antall konsentrasjonen kan skyldes flere grunner: 1) forskjellig råmateriale status (f.eks agglomerering nivå); 2) humane faktorer i pulverfylleprosess (påvirke pulvermengden avsatt i trakten bunnen, og dermed mengden som er tilgjengelig for aerosolisering); eller 3) luftstrømmen justering ved begynnelsen av aerosolisering.
Discussion
Trakten basert aeosolisering oppsett effektivt kan aktivere pulverpartikler på et valgt energiinngangsnivå (kan kvantifiseres ved luftstrømningshastigheten under forstøvning). Partikkelbevegelser og kollisjoner ved generering området nå en likevektstilstand, å bryte opp pulveransamlinger og mitterende luftbårne partikler av samme størrelsesfordelingen ved en konstant hastighet. En stabil aerosolise kan vare fra 30 minutter til opp til 2 timer, hvilket er tilstrekkelig tid for selv langsomme målemidler med høyt størrelse oppløsninger, for eksempel SMPS, for å produsere statistisk signifikante resultater. Oppsettet krever bare små mengder av prøvemateriale, som kan være en fordel for testing av verdifulle materialer så som nanopartikkelpulver.
Imidlertid kan systemets miljø og prosessparametre betydelig påvirke testresultatene. For å produsere repeterbare data, må standard operasjonsprosedyrer følges nøye gjennom hele opplementer. Når du driver aerosolise tester ved hjelp av dette systemet, bør følgende aspekter vurderes nøye.
For det første, for å oppnå meningsfulle resultater, er det viktig at installasjons innvendige delene tilveiebringe et rent miljø for testene. Potensielle kilder til miljøgifter er ambient partikler og prøvemateriale fra tidligere eksperimenter. Effekten av omgivende partikler vanligvis forsvunnet relativt hurtig, så snart de aerosoliserings og fortynning strømmer ble innført. Imidlertid kan interferens fra restmaterialer vedvare gjennom hele eksperimentet. Som de genererte aerosolpartiklene strømmer gjennom systemet, kan de avsettes på de indre veggene i transportrørene, bøyepunktene og de smale kanaler av kontaktene, og de indre overflater av blandingen og målekamrene. Hvis disse delene ikke er skikkelig rengjort før nye eksperimenter, tidligere avsatt materialer kan stadig re-suspendert i main streamav aerosol strømningen, og dermed forstyrre testresultatene.
Dernest bør pulver fylling prosessen utføres svært nøye. Den mest betydelige problem her er den mengde av pulveret som mates inn i installasjonen, særlig når meget små mengder av materialer som er brukt. Ved en gitt strømningshastighet aerosolisering, mindre mengder av pulver generere lavere aerosolkonsentrasjoner, og eventuelt partikler med mindre størrelser, på grunn av den høyere energitilførsel per vektenhet av pulver. Dessuten har lagringsforhold for prøvemateriale (for eksempel relativ fuktighet og temperatur) er vist å påvirke pulver aeosolisering atferd og nivåer Støv 22. Derfor rå pulver skal alltid holdes i samme atmosfæriske forhold, der det er mulig.
For det tredje, justeringer av aerosolise strømmen ved begynnelsen av forsøket i stor grad påvirke testresultatene. Sterk økning i strømnings blåse store pulverpartikler up i luften og spre dem over hele trakten overflate, noe som dramatisk reduserer mengden av materiale som er tilgjengelig for resten av forsøket. Konsekvensene kan være en mislykket test på grunn av utilstrekkelig pulver.
Fordi oppsettet beskrevet her ikke er bygget ved hjelp av standardisert laboratorieutstyr, når man forsøker å gjenskape de sentrale delene av dette systemet, skal følgende aspekter vurderes. Standard laboratorieskilletrakter som kan anvendes som aerosolgeneratoren (merk at de ikke skal brukes under trykksatte betingelser). Skilletrakter i ulike geometrier ble testet i forsøkene, og de ga de samme funksjonene som skreddersydd trakt. En gummipakning blokk med en innebygd transportrør kan brukes som trakt lokket.
Blande- og måle avdelinger av forskjellige geometrier, men tilsvarende volumer kan benyttes. Merk at avdelinger som er for store vil vesentlig forsinke tidspunktet neerD cEDED å nå stabile aerosol forhold (konsentrasjon). Den nødvendige tid kan estimeres ved å ta hensyn til den totale luftmengden og volumet av kammeret. Selv om prosessen kan akselereres ved anvendelse av en stor fortynning strømning, bør man huske på at den endelige partikkeltall konsentrasjonen kan bli dramatisk redusert på grunn av fortynning, og dette kan påvirke den aerosol størrelsesfordeling, så vel som resultatene av måleinstrumenter (avhengig på deres deteksjonsgrenser). Elektrisk ledende materialer anbefales.
Lengden av transportrøret, kan variere, avhengig av de generelle laboratorie innstillinger. Imidlertid bør lengden være så kort som mulig for å unngå betydelige partikkel tap under deres transport. Partikkel penetrasjon effektivitet kan beregnes ved å ta hensyn partikkeldiameter, luftmengde, tube diameter og lengde, og med tanke på enten gravitasjons deponering ellerdiffusjon tap, eller begge deler.
Forskjellige karakteriseringsmetoder kan anvendes. Imidlertid må lufttilførselen (fortynning strømnings) kan justeres for å passe den totale samplingsstrømningshastighet. Utilstrekkelig lufttilførsel vil resultere i negative trykk i målekammeret, og trekker inn omgivelses partikler som således fører til feil i de konklusjoner. Forskjellige lufttilførselskilder kan brukes, men sikre at de partikkelfrie eller pre-behandle luft med en høy effektivitet filter.
En stor begrensning av denne aerosolise metoden er at den krever god flytbarhet av test pulvere for å opprettholde stabil partikkel generering i løpet av en forholdsvis lang periode. Klebrige materialer, såsom hydrofile pulvere med et høyt fuktighetsinnhold, ofte stoppe flyter på et tidlig stadium av prosessen, og aerosolisering produserer meget lave partikkelkonsentrasjoner. Potensielle måter å løse dette problemet kan inkludere en forbehandling av rå pulver, for eksempel tørking-so som å forbedre dens flyteevne. Oppbevaringsbetingelser for råvarer etter bruk bør være godt vedlikeholdt, for eksempel, holdt i tørre omgivelser og under passende temperatur. I løpet av forsøkene, kan høyere aerosolisestrømningshastighet (0,5-1 l / min) og større mengder av råmateriale (for eksempel 500 mg) anvendes. I tillegg senke fortynning strømningshastigheten kan øke partikkelkonsentrasjonen i målekammeret.
En annen begrensning ved denne metoden er reproduserbarheten av luftbårne partikkelgenereringshastighet (og dermed partikkeltall konsentrasjonen i målekammeret). Viss grad av variasjon eksisterer fortsatt. Mulige måter forbedring er en bedre definert fôringsprosessen for å redusere materielle tap, og godt kontrollerte forstøvning strømningshastighet.
Systemet og protokollen beskrevet her kan brukes for ulike applikasjoner. Bruken av forholdsvis små mengder av testmaterialene gjør metoden potensielt valuable som et alternativt verktøy for testing pulver støv. Rangeringen av nivåer av luftbårne partikler som genereres av systemet vårt for noen vanlige materialer var lik de som ble observert i eksisterende aerosolise systemer 19, for eksempel roterende trommel 15,17, kontinuerlig fall 23, og vortex shaker metoder 24. Videre kan det justerbare energitilførselen (luftstrømningshastighet) også anvendes for å studere stabiliteten av nanopartikkelen pulveragglomerater. Endelig kan stabil aerosolgenerering tjene som en pålitelig kilde for luftbårne konstruerte nanopartikler for in vivo eller in vitro-toksikologiske studier. Den styrbare partikkelkonsentrasjonen ville tillate en analyse av doseavhengig biologiske responser. Sammenlignet med andre aerosoliseringsfremgangsmåter som anvender flytende suspensjoner, unngår den presenterte fremgangsmåten potensielle problemer som materiale suspendability og modifikasjon av fysisk-kjemiske egenskaper av partikler i suspensjon (f.eks, engglomeration, overflateegenskaper).
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.
- 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.
- Ogura, I., et al.
