Approcci Igienistico Occupazionali per la stima dell esposizione a nanoparticelle

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Mariana Poggi
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Università Cattolica del Sacro Cuore - Istituto di Medicina del Lavoro SIMLII Roma, 23 giugno 2012 Seminario Esposizione professionale a nanomateriali:

1 Università Cattolica del Sacro Cuore - Istituto di Medicina del Lavoro SIMLII Roma, 23 giugno 2012 Seminario Esposizione professionale a nanomateriali: cosa serve sapere al Medico del Lavoro Approcci Igienistico Occupazionali per la stima dell esposizione a nanoparticelle D. Cottica Centro Ricerche Ambientali 1

cosa serve sapere al Medico del Lavoro Approcci Igienistico Occupazionali per

Nanoparticelle: definizione Preining (1998): ultrafini Ø < 100 nm; Royal Society (2004): nanotecnologia = nanoparticelle Ø < 100 nm; ISO (2004): Ø superiore nominale ma non esclusivo di 40 nm;

2 Nanoparticelle: definizione Preining (1998): ultrafini Ø < 100 nm; Royal Society (2004): nanotecnologia = nanoparticelle Ø < 100 nm; ISO (2004): Ø superiore nominale ma non esclusivo di 40 nm; Definisce inoltre: Agglomerato: gruppo di particelle legate da forze relativamente deboli (Van der Waals, elettrostatiche, tensione superficiale); Aggregato: particella eterogenea in cui I diversi componenti non sono facilmente separabili 2

Agglomerato: gruppo di particelle legate da forze relativamente deboli (Van der Waals, elettrostatiche,

3 Nanoparticelle: definizione Commissione Tedesca per i MAK Particelle ultrafini (nanoparticelle): Comprendendo i loro aggregati ed agglomerati come componenti di polveri o fumi. Le loro particelle primarie sono caratterizzate da un Diametro di Diffusione Equivalente (DDE) di meno di 100 nm. DDE: Ø di una sfera con lo stesso coefficiente di diffusione nelle stesse condizioni di T, P e U 3

Le loro particelle primarie sono caratterizzate da un Diametro di Diffusione Equivalente (DDE) di

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5 Processi di formazione delle nanoparticelle 5

6 Nanoparticelle ingegnerizzate 6

7 Nanotecnologie Ottica Elettronica Accumulatori Sensori bioelettronici Sistemi di diagnostica Trattamento e terapie in medicina Vernici e rivestimenti anicorrosivi e antigraffio Utensili da taglio Resine per odontotecnica 7

terapie in medicina Vernici e rivestimenti anicorrosivi

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10 Nanotubi di carbonio Cilindri di fogli di grafite arrotolati e chiusi ad un estremità (1 o più pareti); Sono definiti fibre per il rapporto L/Ø; Molto elettrostatici: agglomerati in fasci o filamenti con Ø = nm; Residui di catalizzatori: Fe, Ni, Co 10

il rapporto L/Ø; Molto elettrostatici: agglomerati in fasci o

11 Nanotubi di carbonio Ø 1,4 nm - lunghezza 50 nm 11

12 Nanotubi di carbonio ottenuti per ultra compressione di CO con impurezze di Fe 12

13 Filter Sampling for TEM/SEM (by NIOSH 7402) 13

14 Nanocristalli (nanodots) Strutture cristalline di composti quali: Cd, Se, Te, Si, S; Ø nominale: diversi nanometri; Sono reperibili: - in sospensione in un veicolante, - inglobati in un solido (polistirene, poliuretano, policarbonato) 14

Sono reperibili: - in sospensione in un veicolante, -

15 Biossido di Silicio (Sx) Nanotubi di Cd Ø 1,3 nm (Dx) 15

16 Fullereni Molecole di C con strutture cave, a gabbia; Struttura a palla formata da pannelli pentagonali o esagonali; Classe Vasta; C 60 è il più noto; 16

17 Fullereni 17

18 Nanoschiuma di Carbonio (Carbon nanofoam) E la quinta forma allotropica del carbonio; mazzi di atomi di C con Ø medio di 6-9 nm interconnessi fra loro formano una struttura tipo tessuto ; Solido poroso, estremamente leggero; Semiconduttore; Proprietà magnetiche; Impurezze di Fe e Ni. 18

fra loro formano una struttura tipo tessuto ; Solido poroso,

19 Le nanoparticelle negli ambienti di lavoro: prodotti secondari indesiderati 19

20 Combustione Motori diesel Motori a benzina Motori con combustibili gassosi Inceneritori Impianti di riscaldamento a gas Aerosol negli ambienti indoor Formazione di aerosol per reazione fra emissioni in fase gas/vapore da macchine d ufficio (fotocopiatrici, stampanti laser, ecc.), materiali per la pulizia 20

Formazione di aerosol per reazione fra emissioni in fase gas/vapore da

21 Contributi alla massa delle PM 2,5 e PM 0,1 21

22 Evoluzione della concentrazione di nanoparticelle (n/cm 3 ) misurato mediante Fast Mobility Particle Sizer Multiparametric approach for an exemplary study of laser printer emissions P. Castellano et All. J. Environ. Monit. 19/01/

23 Processi meccanici Processi di rettifica, molatura, affilatura, levigatura e lavorazioni con utensili in genere Trapanatura ad alta velocità Generazione di particolato da processi a fiamma Produzione di carbon black Produzione di TiO2 ultrafine Produzione di silice vaporizzata Produzione di allumina vaporizzata 23

24 Processi a caldo Raffinazione dei metalli Fusione dell alluminio Fusione dell acciaio Fusione del ferro Galvanica Saldatura Taglio metalli mediante torcia termica Taglio metalli mediante laser Rivestimento mediante spray termico Cottura Applicazione di cere a caldo 24

25 Approccio alla valutazione dell esposizione proposto dal NIOSH Tenere presente che al momento non esistono limiti d esposizione specifici per le nanoparticelle 1. definire: - Se è in atto un rilascio di nanoparticelle. - Se le misure di prevenzione impiantistiche sono efficaci nella riduzione dell esposizione. 2. Paragonare il numero delle particelle e le relative dimensioni misurate alla sorgente con i livelli di fondo. 3. Usare campionamenti su filtri per identificare la morfologia e la composizione elementare delle particelle. 25

26 Percorso di valutazione proposto dal NIOSH 26

27 Approccio alla valutazione dell esposizione proposto dal NIOSH Il NIOSH raccomanda l uso di strumenti a lettura diretta ed il campioonamento su filtri con analisi di laboratorio per ottenere informazioni, tra gli altri, sui seguenti parametri: Numero di particelle Dimensione delle particelle Forma delle particelle Livello di agglomerazione Concentrazione in peso degli elementi che le costituiscono 27

28 Nanoparticle Emission Assessment Technique Con Sorgente Spenta Misurare la concentrazione di fondo in numero di particelle in 3 5 posizioni mediante un CPC ed un OPC Attivare la sorgente ripetere la misura della concentrazione in specifiche posizioni presso la linea di produzione. Le concentrazioni in numero di particelle presso le sospette fonti d emissione sono più alte di quelle del livello di fondo? No le misure di controllo sono adeguate; non sono necessarie altre misure (porre attenzione alle situazioni in cui un livello elevato di valori di fondo può mascherare un incremento delle concentrazioni di nanoparticelle dovuto alla fonte stessa) Si raccogliere campioni su membrana idonei per analisi TEM ed altre tipologie d analisi presso le potenziali fonti identificate mediante CPC e OPC. Raccogliere campioni analoghi su filtri in una posizione di fondo lontano dalla fonte/processo. 28

29 Why Both an OPC and CPC? Un OPC è: Più facile da utilizzare e meno costoso Da informazioni sull efficacia delle misure di controllo Misura gli agglomerati di nanoparticelle Misura le diverse classi dimensionali Ha un limite inferiore di misura di 300 nm (0.3 μm) Un CPC: Può rilevare le nanoparticelle da 15 nm E più difficile da utilizzare ed è più costoso Fornisce misure puntuali 29

30 Fumi di saldatura: distribuzione dimensionale 30

31 Le dimensioni della particella dipendono dalle condizioni di generazione, nei processi di saldatura l elevata temperatura iniziale dapprima favorisce la formazione di vapori condensabili di forma prevalentemente sferica successivamente, per effetto del rapido raffreddamento i fenomeni di condensazione cessano e prevalgono i processi di nucleazione rapida con crescita dimensionale delle particelle controllata da fenomeni di collisione e coagulazione (aggregazione e agglomerazione). 31

32 Emi vita di agglomerazione in funzione della dimensione e della concentrazione (Preining, 1998) 32

33 In termini di valutazione dell esposizione professionale a fumi di saldatura le strategie di campionamento e misura dovranno tener conto delle ipotesi derivabili dai processi : le dimensioni delle particelle presso il punto di saldatura (punto di generazione e ad alta temperatura) apparterranno in altissima percentuale al range dimensionale delle nanoparticelle nm (prevalgono i fenomeni di condensazione); le particelle che raggiungono la zona respiratoria del lavoratore ( mediamente ad una distanza di cm dal punto di saldatura) avranno subito numerosissime collisioni e relativi processi di nucleazione raggiungendo dimensioni aerodinamiche superiori a quelle delle nanoparticelle e appartenenti alla frazione respirabile (200 nm). 33

34 Immagine ed ingrandimento ESEM di un detrito metallico 34

35 Un altro importante parametro di valutazione tossicologica è rappresentato dal possibile arricchimento in metalli da parte delle nanoparticelle presenti; questo processo dipende dalla velocità di condensazione di materiali eterogenei su particelle pre esistenti che è proporzionale all area superficiale delle particelle ed alla loro concentrazione. 35

36 Composizione chimica delle nanoparticelle 36

37 risulta necessario per l igienista occupazionale definire una strategia d indagine che consideri i processi che concorrono alla loro formazione, la possibilità che le NP esistano a livello della zona respiratoria del lavoratore, le caratteristiche dimensionali delle particelle in zona respiratoria, idonei sistemi di misura e/o campionamento, tecniche analitiche che permettano di valutare i parametri tossicologicamente rilevanti al fine della valutazione dei rischi (dimensioni, struttura, composizione chimica, superficie attiva, ecc.) 37

38 Conclusioni 1 I dati disponibili, pur mettendo in evidenza una situazione di potenziale rischio correlato alla presenza di nanoparticelle non permettono comunque una loro valutazione in quanto non è disponibile un TLV che definisca qual è il parametro da considerare (concentrazione numerica? Concentrazione di massa? Range dimensionale?) ai fini di un confronto in termini numerici ed ancor più tossicologici. 38

39 Conclusioni 2 i dati disponibili evidenziano il divario che esiste fra la concentrazione numerica di nanoparticelle misurate a poca distanza dalla sorgente, che può essere importante ai fini di eventuali interventi di prevenzione impiantistica, rispetto a quella misurata in zona respiratoria che ha invece rilevanza tossicologica. 39

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44 Conclusioni 3 è indispensabile che da una parte i tossicologi ed i medici del lavoro decidano quale parametro è rilevante per definire in termini numerici i rischi connessi all esposizione a fumi di saldatura, dall altra gli igienisti occupazionali mettano a punto strategie e strumenti di monitoraggio che consentano di campionare dette particelle, spesso caratterizzate da una breve emivita allo stato di nanodimensioni, nella zona respiratoria misurando l entità dell esposizione dove realmente avviene. 44

45 Grazie per l attenzione 45

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