آیروسل ها یا هواویزه چیست ؟

آیروسل ها قطرات بسیار ریز مایع و یا ذرات جامد هستند . دانستن این مطلب که قطرات مایع را می توان ذراتی در نظر گرفت که ممکن است مانند ذرات جامد در جو عمل کنند حائز اهمیت است . برای تولید آئروسل ها امکان دارد استحاله مرحله ای صورت گیرد .برای مثال گاز انیدرید سولفورو با هوای مرطوب وارد واکنش می شود تا قطرات اسید سولفوریک را به وجود آورد . یا ممکن است که آئروسل ها به صورت ذرات جامد مستقیماٌ به داخل هوا پرتاب گردند.

 به عبارت دیگر انتشار و پراکندگی ذرات بسیار کوچک جامد یا مایع در یک فاز گازی و یا در هوا آئروسل نامیده می شود . گروه مهمی از آلاینده های هوا در محیطهای کار را آئروسل ها یا ذرات معلق تشکیل می دهند . آئروسل های صنعتی رنج وسیعی را از ذرات نانو در مقیاس نانومتر تا ذرات درشتر در محدوده ی میکرومتر و حتی ذرات ماکروسکوپی در مقیاس میلیمتری شامل می شود . با این وجود سایز مورد نظر ذرات در علم آیروسل در محدوده ۰۰۲/۰ تا ۱۰۰ میکرومتر می باشد .فعالیت های شغلی و صنعتی مختلفی وجود دارد که با تولید ذرات معلق همراه است . کار در صخره های سخت و معادن ذغال که در آنها سیلیس و گرد و غبار ذغال ایجاد می شود می تواند منتهی به بیماری های مزمن انسدادی ریه مانند سیلیکوزیس و پنوموکونیوز معادن ذغال گردد. فرآیند های مختلفی که توأم با درجه حرارتهای بالا هستند مانند جوشکاری قوس الکتریکی ، برش با شعله ، ریخته گری و ذوب فلزات که در آنها اکسید های فلزی ریز ایجاد شده، میتوانند با بافت ریه واکنش داده و منجر به پنوموکونیوزهای شیمیایی کشنده گردد.  آئروسل ها می توانند با بافتهای بدن واکنش داده یا جذب شده و منجر به ایجاد اثرات نامطلوب بر سلامتی گردند . این تأثیرات نا مطلوب ممکن است بسته به سایز ، شکل،دانسیته ،غلظت،خواص شیمیایی آئروسل ،مدت زمان تماس و فاکتور های دیگر از یک تحریک ساده تا یک بیماری سیستمیک متفاوت باشد .

مهمترین آیروسل هایی که در محیط کار وجود دارند عبارتند از :

۱-  گرد و غبار  ( Dust )

۲- فیوم یا دود فلزی   (Fume  )

۳-  میست  (Mist )

۴-  مه  (Fog )

۵- دود  ( Smoke)

۶-  الیاف  (Fibers )

۷- ذرات نانو  (Nanoparticles )

۱-گرد و غبار (Dust )

ذرات بسیار کوچک جامدی است که در اثر فرآیند های مکانیکی مختلف مانند خرد کردن ، آسیاب کردن‌ ،  سائیدن و غیره تولید می شود .‍ معمولاً فعالیتهای مختلف معدن مانند حفاری ، جابجایی وسایل نقلیه ،‌ حمل و نقل مواد شامل بارگیری ، تخلیه و انتقال و فرآیند های بسته بندی مانند خرد کردن ،‌ الک کردن و کیسه کردن با تولید گرد و غبا رهمراه است . ایجاد ذرات کوچک گرد و غبار از مواد جامد موجب می گردد که ذرات کوچکتری از نظر سایز تولید شده و سطح آنها افزایش یابد که این امر اثرات سم شناسی و خواص انفجاری مواد را تغییر می دهد . سایز ذرات ممکن است از ذرات بسیار در محدوده نانومتر مانند نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم و کمتر از یک میکرون مانند تالک تا ذرات با قطر یک میلی متر مانند ذرات سنگ آهک یا بزرگتر متغیر باشد . از نظر شکل ذرات گرد و غبار تقریباً متمایل به ذرات کروی هستند .

۲-فیوم یا دود فلزی

از نظر بهداشت حرفه ای فیوم ها بخارات زیان آور نیستند ، بلکه آئروسلهای بسیار ریز جامدی هستند که از تبخیر فلزات مذاب تولید می شوند . هنگامیکه فلزت در حرارتهای بالا ذوب شده و تبخیر میگردند و یا هنگامیکه جوشکاری قوس الکتریکی انجام میشود فیوم فلزی تولید می شود . جوشکاری قوس الکتریکی و برش با شعله پلاسما یا اکسی استیلن فرآیند های معمولی هستند که در آنها فیوم های فلزی زیاد به همراه گازها و بخارات مختلف تولید می شود .

بخارات فلزی متصاعد شده از این فرآیند ها سریعاً خنک شده و ایجاد ذرات کروی جامد می نماید .قطر فیوم ها معمولاً کمتر از ۱/۰ میکرومتر می باشد و غالباً ایجاد اکسید فلزی می نمایند . اکسید های تازه ی فلزی می توانند تا اعماق ریه نفوذ کرده ، واکنش داده و خطرات شدیدی را برای کارگران ایجاد نمایند . فیوم تازه اکسید کادمیم میتواند منجر به ایجاد ادم ریوی کشنده گردد .

۳- میست

قطرات ریز مایع کروی شکل هستند که توسط فرآیند های مکانیکی مانند پاشیدن ،جوشیدن و یا اسپری کردن ایجاد می شود . قطرات میست خواص همان مایع اولیه را دارند . سایز قطرات میست بین چند میکرون تا بیشتر از صد میکرون متغیر است . تمام فرآیند هایی که در آنها مایعات با فشار بکار برده می شود پتانسیل ایجاد میست را دارند ، مانند اسپری کردن رنگ که تولید میست نموده و باید کاملاً کنترل شود .

۴- مه

قطرات ریز مایع معلق در هوا هستند که در اثر متراکم شدن فاز بخار ایجاد می شوند . ذرات مه کوچکتر از ذرات میست بوده و قطر آنها بین ۱۰-۱ میکرومتر می باشد . میست های مرئی به طرف زمین سقوط میکنند و ذرات در هوا معلق می مانند .

۵- دود

ترکیب پیچیده ای از ذرات آئروسل مایع و جامد ، گازها و بخارات است که از احتراق ناقص مودا آلی کربن دار ایجاد می شود . به عنوان مثال دود سیگار حاوی تعداد بسیار زیادی ماده شیمیایی است که بسیاری از آنها سمی یا سرطان زا هستند . دود ناشی از سوختن پلاستیکها ، مواد مصنوعی و فرآورده های نفتی ممکن است خیلی سمی باشد و در آتش سوزیها اغلب بیش از خود شعله اهمیت دارد . ذرات اولیه ی دود در حدود ۱-۰ میکرومتر قطر دارند ولی این ذرات در اثر متراکم شدن ذرات بزرگتری را تشکیل می دهند که به آنها ذرات دوده اطلاق می گردد.

۶- الیاف

الیاف یا گرد و غبارها ی رشته ای ذرات کشیده شده و یا بلند هستند که نسبت طول به عرض آنها بزرگتر از ۳ به ۱ است . فیبر ها ممکن است بطور طبیعی ایجاد شوند مانند الیاف گیاهی و الیاف آزبست و ممکن است مصنوعی باشند مانند پشم شیشه و گرافیت .سر دسته الیاف یا گرد و غبار رشته ای آزبست می باشد که بیماریهای مختلفی مانند آزبستوزیس ، مزوتلیوما و سرطان برونشها را ایجاد می کند . این بیماریها در افرادی که تماسهای سنگینی با آزبست داشته اند ایجاد می شود .

۷- ذرات نانو

با گسترش نانوتکنولوژی و مهندسی مواد ، نانو ذرات مختلفی با خصوصیات تازه و نو ظهور ساخته شده و علی رغم اینکه پتانسیل اثرات سمی آنها در بسیاری از موارد ناشناخته است ، این مواد کاربردهای روز افزون نیزیافته اند . ذرات نانو عبارتند از ذرات اولیه ای که حداقل یکی از ابعاد آنها کمتر از  nm 100باشد. بر حسب منبع تولید ، ریز مواد را می توان در دو گروه مهم تقسیم نمود :

ریز ذراتی که به طور تصادفی یا ناخواسته تولید می شوند مانند ذرات احتراقی ناشی از موتورهای دیزلی ، و ریز ذراتی که بطور غیر تصادفی و یا به دلخواه ساخته می شوند مانند نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم .

امروزه نانوذرات گروه دوم که به طور دلخواه ساخته می شوند در عرصه ها ی مختلف پزشکی ، داروسازی ، بیوتکنولوژی ، تولید انرژی ،‌مهندسی ، حمل و نقل و الکترونیک کاربرد دارند .نانوذرات می توانند از مواد مختلف و در شکلهای مختلف مانند کروی ، میله ای ، سیمی و لوله ای ساخته شوند . دی اکسید تیتانیوم ، اکسید روی ، نانو ذرات نقره ،نانو فیبرهای کربن و کاتالیست های صنعتی نمونه های از ریز موادی هستند که امروزه در تکنولوژیهای مدرن به کار گرفته می شوند .

تحقیقات اولیه ی سم شناسی نانو نشان داده است که سمیت نانو ذرات بطور معنی داری با خصوصیات نو ظهور فیزیکوشیمیایی این مواد ارتباط  دارد . این خصوصیات که در مقیاس نانو مطرح است ، موجب بروز رفتار های جدید شده و سبب می گردد که نه تنها شیمی و فیزیک این ذرات تغییر کند بلکه باعث می گردد این ذرات در سیستمهای بیولوژیکی نیز بطور متفاوتی عمل نمایند .

ذرات کوچک در مقیاس نانو می توانند بطور مستقیم باعث آسیب سلولی شوند .مکانیسم های دفاعی بدن انسان ممکن است نتوانند بطور مناسبی با اینگونه مواد بسیار ریز مقابله کنند . به عنوان مثال مدارکی وجود دارند مبنی بر اینکه سلولهای ماکروفاژ ریه انسان که وظیفه برداشتن ذرات استنشاق شده را به عهده دارند نمی توانند با ریز موادی کوچکتر از nm 70 مقابله نموده و در نتیجه این مواد می توانند به اعماق ریه نفوذ کرده و حتی خود را به جریان خون برسانند . بطور مثال گزارش شده است که نانوذرات ناشی از فرآیند های احتراقی (CDNP) و اجزا آنها میتوانند از محل نشست خود در ریه ها مهاجرت نموده و خود را به سایر ارگان ها برسانند .

به دلیل افزایش قابل ملاحظه سطح نسبت به جرم ماده ، در مقیاس نانو مواد سمی تر هستند . بطور مثال یک نانو ذره کروی با شعاع nm 5/2 و دانسیته g/cm3 دارای سطحی برابر با m2/g 240 خواهد بود .

ریز مواد در مقایسه با ماده اولیه خود بهتر می توانند در ارگانیسم های زنده حرکت کرده و جابجا شوند . با در نظر گرفتن توانایی برخی از نانوپارتیکل ها برای انتقال داروها در بدن انسان ، می توان انتظار داشت که نانو ذرات با مواد شیمیایی و آلاینده ها نیز باند شده و موجب انتقال این مواد سمی به نقاط مختلف بدن گردند. داشتن سطح پرانرژی و وجود نیروهای چسبندگی باعث می شود نانو ذرات نسبت به مولکولهای کوچک مانند ذغال فعال عمل نمایند . در مقیاس نانو ، ریز ذرات هوا برد می توانند مانند وسیله ی نقلیه ای برای انتقال مواد سمی بداخل سیستم تنفسی انسان عمل کنند .

در مجموع  ، درک فعلی از خواص و اثرات نانو ذرات در ارتباط با ارزیابی خطر این مواد بسیار محدود بوده و تا کنون هیچگونه استانداردی در این زمینه تدوین نشده است . گر چه ممکن است در حال حاضر گروه های در حال تماس با نانو پارتیکل ها محدود به کارکنان آزمایشگاههای تحقیقاتی و یا کارگران کارخانجات سازنده باشند ولی با گسترش روز افزون نانو تکنولوژی طبیعتاً روز به روز بر تعداد افراد در معرض افزوده خواهد شد . بنابراین تدوین دستور العمل ها ، استانداردها و مقررات در زمینه نانو تکنولوژی بسیار ضروری و حیاتی به نظر میرسد .

مکانیسم های ته نشینی آئروسل ها

آئروسل ها در تماس با بافت های بدن اثرات سمی خود را ایجاد می کنند . مقدار ماده سمی فعال به لحاظ فیزیولوژیکی در تماس با بافتهای در معرض ، تا حد زیادی تحت تأثیر خواص فیزیکی آئروسل ها می باشد . سایز ذره ، شکل ذره ، دانسیته ذره و تمایل جذب آب تا حد زیادی تعیین کننده چگونگی رفتار ذره درهوا و چگونگی راندمان تنفسی و نشست در دستگاه تنفسی می باشد و ممکن است نحوه برخورد با بافتهای بدن و مکانیسم های دفاعی را نیز تحت تأثیر قرار دهد . بطور کلی مهمترین مکانیسم های اولیه  نشست آئروسل ها عبارتند از رسوب ، برخورد لختی ، انتشار و جلوگیری یا به دام انداختن .

آیروسل های زیست

یاگر چه معمولاً به عنوان آلاینده ی هوا شناخت نشده اند ،اما بسیاری از مواد زیستی میتوانند در هوای داخل ساختمان در غلظت های خیلی بالاتر نسبت هوای آزاد ، تجمع یافته و برای ساکنین محرک یا سمی باشند . این طبقه شامل ذرات منتقله توسط هوا ، مولکول های بزرگ و یا ترکیبات فراری که یا از یک میکروارگانیسم زنده منتشر می شود ، یا خود میکروارگانیسم زنده منتشر می شود ، یا خود میکروارگانیسم زنده ، می باشد . برخی از آئروسل های زیستی مانند باکتری ها و ویروس ها ممکن است تکثیر شوند و موارد دیگر مانند گرده ی گیاهان و مایت ها ممکن است به خودی خود یک محرک باشند . تا حد محدودی یک ویروس یا باکتری می تواند مهلک و کشنده باشد . اندازه این ذرات از nm 100 تا mμ ۱۰۰ می تواند متغیر باشد .

طبقه های اصلی آئروسل های زیستی شامل باکتری ها ،آندوتوکسین ها ، قارچ ها ، ویروس ها ، آنتی ژن ها و گرده ها ی گیاهان می باشد . گرده ی گیاهان می تواند باعث تحریک واکنش ها یا آلرژیک شود . ویروس ها ، باکتری ها و قارچ ها باعث گسترش بیماری می شوند . شپش پوست (پر و مو )و همچنین شپش فضولات بدن ممکن است باعث ایجاد واکنش های آلرژیک شود (به عنوان مثال ، تورم بینی ناشی از حساسیت در اثر مایت های خانگی گرد و خاک ) .

ترکیب شیمیایی آیروسل ها

جز اولیه ی توده و آئروسل های فراریز ، شامل کربن عنصری و ترکیبات آلی دارای  وزن مولکولی بالا ی حاصل از احتراق سوخت های فسیلی و سوزاندن توده های زیستی است . جز ثانویه ، شامل فرآورده های واکنش های فتوشیمیایی و مواد تقطیری آلی است . برخی از ذرات اگر رطوبت گیر بوده و رطوبت نسبی بالا باشد (بیش از حدود ۵۰٪)، شامل میزان قابل توجهی آب خواهند بود . مواد دیگر شامل واسطه های دارای عمر کوتاه ، مانند پراکسید ها و رادیکال های  آزاد واکنش های شیمیایی در فاز گاز و آئروسل می باشند .بسیاری از سنجش های بر پایه ی ذرات منتقله توسط هوا ،بر روی بار جرمی و توزیع اندازه بدون توجه به ترکیب شیمیایی متمرکز شده اند و این موضوع رد قانون گذاری و رهنمود های کیفیت هوای مرتبط با ذرات بازتاب داشته است .