WP 1.2: Eksponering af nanomaterialer Anders Brostrøm Bluhme Nano Tema Møde 01-12-2016
Indhold Hvorfor regulere partikler? Udfordringer ved måling og regulering af partikler Nuværende reguleringer Opsamling af partikler til SEM Prøveopbevaring In situ forsøg Analyse udvikling Supplerende teknikker! Konklusion
Hvorfor regulere partikler? Menneskeskabte partikler Naturlige partikler Arbejdsrelaterede partikler Ventilation Eksponering
Hvorfor regulere partikler? Deponering af partikler i luftvejene Sundhedsvirkninger ved indånding/deponering af partikler Øvre luftveje 2,5-10 µm Grove partikler Hjerne Neurodegeneration Nanopartikler Nedre luftveje 0,1-2,5 µm Fine partikler Blod Cirkulation Vaskulær Lunge Inflammation Bronkioler, alveoler < 0,1 µm Nano partikler Lever/ Milt Blodpropper Åreforkalkning Hjertekarsygdomme Autonome nervesystem KOL, astma, lunge kræft
Udfordringer ved måling og regulering af partikler Fodbold bane Guitar Negl Bacteria DNA Inhalerbare partikler 10 12 10 9 10 6 10 3 1 nm 1 km 1 m 1 mm 1 µm
Form, morfologi Kemisk Sammensætning Overflade areal Udfordringer ved måling og regulering af partikler Carbon nano tubes TiO 2 Organisk TiO 2, dækket overflade Sod SiO x Fe 2 O 3 BaSO 4
Nuværende reguleringer Hvordan regulerer vi alle disse parametre?! Det gør vi ikke. Vi regulerer 1 parameter - masse PM 10 Definition: Partikler som passerer gennem en størrelses selektivt indgang med 50 % afskærings effektivitet ved en aerodynamisk diameter på 10 μm. Sammenstødsplade Massen af 1 partikel med en diameter på 10 µm vejer lige så meget som 1 milliard partikler med en diameter på 10 nm Filter Til vakuum pumpe
Opsamling af partikler til SEM Tre platform kaskade impaktor designet til EM gitre (Kandler et al. 2007). Opsamling af partikler fra 10 nanometer til mikrometer med justerbare afskærings diametre, bestemt ud fra dyse størrelse Sammenstødsplade Opsamlingstid kan justeres for at sikre en optimal dækning af partikler på prøven Til pumpe
Prøveopbevaring Konstant ligevægt mellem gas og partikel Sikre at der er minimal ændring på partiklerne inden de når mikroskopet Hvordan ændres forskellige typer af partikler ved opbevaring under forskellige forhold Luftfugtighed Tør/fugtig/atmosfærisk Gasser kondensation/fordampning Inert atmosfære Temperatur Lys Oxiderende atmosfære Opbevaringstid Spike forsøg
In situ forsøg Direkte observation af interaktioner mellem gasser og partikler. Kondensation af VOC eller vand Ændringer ved opvarmning Oxidation Strukturelle ændringer Elektron stråle Gas f.eks. Ozon, VOC Nanopartikler
Analyse udvikling In lens SED EDS SE Billeder inv. SE EBSD ETD BF DF TKD BSE detektor monteret på hovedet nedenunder prøven som en STEM. Kombinerer SEM og TEM teknikkerne
Analyse udvikling Billeder af prøven Automatiseret billede analyse Klassifikation Data blad Kemisk information Fysisk information Si-Blanding S-dominated Blanding Silikat Si+S+X Si+Al Partikel Størrelse Si Mg P1 XX nm w% w% P2 Particle Spectrum XX nm w% w% P3 XX nm w% w% + Nano! TiO2 Ti P4 XX nm w% w%
Analyse udvikling Klassifikation Kemisk information Fysisk information Si-Blanding S-dominated Blanding Silikat Si+S+X Si+Al + Particle Spectrum + Nano! TiO2 Ti Opførsel og Trends Partikel kilder Form og sammensætning Hvordan blandes partikler Udvises der særlig affinitet mellem visse typer af partikler Transporteres nanopartikler i de større partikler?
Analyse udvikling Softwaren kontrollerer selv stagen Man kan manuelt indtaste analyse punkter eller angive en matrix/mønster med et start punkt og en skridt størrelse Analysen angiver alt data i en enkelt fil for hver prøve, indeholdende data fra alle analyserede felter Data: Billeder Mosaik billede EDS spektra Excel blade med data på hver enkelt partikel
Supplerende teknikker! SEM giver et detaljeret stilbillede på et givent tidspunkt, et givent sted Kombineres med online målinger Kombineres med modelleringer som beskriver den rumlige fordeling Exposure Assessment of Particulate Matter from Abrasive Treatment of Carbonand Glass Fibre-Reinforced Epoxy-Composites Two Case Studies, Alexander C.Ø. Jensen, Marcus Levin, Antti J. Koivisto, Kirsten I. Kling, Anne T. Saber, Ismo K. Koponen, Aerosol and Air Quality Research, 15, 2015
Konklusion Der er behov for nye regulativer Masse alene er ikke dækkende SEM kan give ny og relevant information som ikke opnås med andre standard instrumenter, heriblandt information om form, sammensætning, agglomerering, fraktal dimensioner, samt estimering af overflade areal Prøve opbevaring er en nødvendighed så det er vigtigt at undersøge og bestemme et optimalt opbevarings miljø for at minimere ændringer under transport. En automatiseret SEM analyse kan sikre en ensartet prøve behandling samt reducere den tid der skal bruges til analysen og den efterfølgende billedanalyse SEM skal kombineres med andre måle metoder for at give en højere tid og rum opløsning