Valutazione dell esposizione a radiazione UV non coerente nei laboratori di didattica e di ricerca mediante strumentazione a banda stretta

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1 Valutazione dell esposizione a radiazione UV non coerente nei laboratori di didattica e di ricerca mediante strumentazione a banda stretta Cazzuli O.(*), Giroletti.(**) (*) Settore Tutela Territoriale e Ambientale Provincia di Lodi (**) Divisione Igiene e Sicurezza Università degli Studi di Pavia (*) Via T.Zalli, 5 Lodi orietta.cazzuli@povincia.lodi.it (**) P.zza S.pifanio, 12 - Pavia girolett@unipv.it Abstract Sono oggi generalmente riconosciuti i rischi per la salute dell uomo derivanti dall esposizione alla radiazione UV, in particolare è accertata l associazione tra esposizione a radiazione UV e alcuni danni alla pelle e agli occhi (carcinoma e cataratta) [2, 7]. Le occasioni di esposizione sono molteplici: oltre al sole una grande varietà di sorgenti artificiali impiegate per scopi diversi nell industria, nella ricerca e in medicina danno un contributo, non sempre valutabile, all esposizione totale di un individuo nell arco della vita. Nonostante la consapevolezza della presenza di questo agente di rischio potenziale, la sua valutazione quantitativa in termini di esposizione professionale e di popolazione non è ancora oggi sufficientemente e adeguatamente attuata. Nel presente lavoro si illustrano i risultati relativi ad una campagna di misura condotta presso alcune strutture dell Università degli Studi di Pavia al fine di valutare i livelli di esposizione a radiazione UV non coerente nell utilizzo di sorgenti artificiali. L obbiettivo della ricerca consiste infatti nella misura dell esposizione efficace mediante un sistema spettrofotometrico che consente la rilevazione oltre che dell energia depositata sulla superficie esposta, anche della distribuzione spettrale della sorgente. In questo modo, tenendo conto dello spettro d azione che definisce l efficacia biologica delle componenti spettrali rispetto all effetto biologico e al bersaglio primario della radiazione, è possibile stimare l irradianza efficace, quale indice utile per la quantificazione del rischio. Sono state così monitorate una ventina di sorgenti di diversa tipologia (lampade a fluorescenza, a bassa e alta pressione, lampade germicida) e analizzati circa cinquanta spettri, rispetto ai quali si sono calcolati i tempi massimi di esposizione utilizzando come riferimento i limiti previsti dalle linee guida dell IRPA/ICNIRP. I Procedura di misura e stima dei tempi massimi di esposizione Nella valutazione degli effetti biologici si utilizza il concetto di esposizione, piuttosto che di dose, in quanto quest ultimo implica una conoscenza dettagliata della cessione di energia a livello microscopico nella materia biologica, che, nel caso della radiazione UV non coerente, non è sempre disponibile. Tuttavia la valutazione del rischio connesso all esposizione alla radiazione UV comporta la determinazione di parametri fisici che descrivono gli effetti biologici prodotti dall interazione della radiazione UV e l organo o il tessuto esposti. L esposizione degli occhi e della pelle viene quantificata in termini di irradianza [Wm -2 ], nel caso di una esposizione continua (tempi di esposizione lunghi), ed in termini di esposizione radiante H [Jm -2 ], per esposizioni limitate o pulsate [3, 9]. Per quanto riguarda la valutazione quantitativa dei livelli di esposizione, in mancanza di una normativa nazionale, si sono prese come riferimento le normative tecniche internazionali: nell ambito dell igiene industriale i riferimenti più autorevoli sono l ACGIH e l ICNIRP. Nonostante le analogie tra i limiti ACGIH e le linee guida ICNIRP, nel presente lavoro si fa riferimento a queste ultime, in quanto sono state riprese e adottate anche dall Istituto Superiore di Sanità [2]. In particolare i limiti considerati riguardano esclusivamente le esposizioni professionali, prendono in considerazione solo gli effetti biologici a breve termine (eritema e fotocheratiti) senza tenere conto di possibili sviluppi cancerogeni e definiscono uno spettro di azione che tiene conto della diversa efficacia biologica delle varie lunghezze d onda costituenti lo spettro della radiazione nel produrre tali effetti; tale spettro è il risultato dell interpolazione di numerosi dati sperimentali, pertanto

2 può essere ritenuto valido nella maggior parte dei casi. Le suddette linee guida prevedono, relativamente all esposizione della pelle nell intervallo 180 nm 400 nm e degli occhi limitatamente all intervallo 180 nm 315 nm, che ogni valore di irradianza spettrale rilevato, ovvero di esposizione radiante, sia ponderato su ciascuna mediante una curva di efficacia spettrale relativa S (adimensionale), normalizzata a = 270 nm [3, 4, 5, 6, 9]. In termini operativi si misura lo spettro della sorgente indagata nel punto di massima esposizione e si calcola l irradianza totale. Per tenere conto della diversa azione di ciascuna lunghezza d onda sui bersagli biologici, si applica allo spettro rilevato la curva di efficacia biologica, ottenendo in questo modo l irradianza efficace, sulla base della quale vengono stimati i tempi massimi di esposizione alla radiazione UV al fine di garantire il rispetto delle linee guida [1, 2]. Nella valutazione dell'esposizione è di fondamentale importanza la geometria di misura adottata. Per l'applicazione dei limiti sopra citati risulta ottimale l'uso di un rivelatore avente una risposta in funzione dell'angolo di incidenza della radiazione da rilevare in accordo con la legge del coseno. Per la valutazione dell'esposizione della pelle si orienta il rivelatore lungo la direzione ortogonale rispetto alla superficie del corpo esposto, mentre per la valutazione dell'esposizione degli occhi, lungo la linea di visuale. In questa situazione, considerato che l esposizione degli occhi dipende fortemente dai fattori geometrici che la caratterizzano, in presenza di sorgenti diffuse, si è applicato al sensore il campo di vista a 80 per simulare l apertura dell occhio stesso [2]. Per tutte le sorgenti monitorate sono stati acquisiti gli spettri nell intervallo nm scansionando con passo di 1 nm e si sono calcolati l irradianza totale ( tot ) sull intero spettro e sulla banda UVA, e l irradianza efficace ( eff ) sull intero spettro e sulle singole porzioni UVA, UVB+UVC (banda attinica). Si sono infine stimati i tempi massimi di esposizione utilizzando le seguenti relazioni, sulla base dei limiti IRPA/ICNIRP: eff = S sia per pelle e occhi nell intervallo 180 nm 400 nm: J eff t 30 2 m per soli occhi nell intervallo 315 nm 400 nm: tot t m J2 per occhi e pelle contemporaneamente nell intervallo 180 nm 400 nm: t max = eff ( ) eff( ) tot eff [ Wm -2 ] = irradianza effettiva totale riferito a = 270 nm [W m -2 nm -1 ] = irradianza spettrale riferita alla lunghezza d onda S = efficacia spettrale relativa riferita alla lunghezza d onda [nm] = larghezza di banda tot [W m -2 ] = irradianza totale non pesata t [s] = tempo di esposizione 30 Jm -2 = esposizione radiante limite per occhi e pelle in un periodo di 8 ore Jm -2 = esposizione radiante limite per occhi nell intervallo nm in un periodo di 8 ore A Strumentazione utilizzata Lo strumento utilizzato è lo spettroradiametro Macam mod. SR9910 n. serie 5703 della Divisione Igiene e Sicurezza dell Università degli Studi di Pavia; il sistema di misura comprende l ottica di ingresso, un monocromatore, il rivelatore e l elettronica per il trattamento del segnale e l output del segnale. Lo spettroradiometro viene gestito via software da un personal computer collegato (fig. 1) [1, 8]. Fig. 1 Spettroradiometro Macam mod. SR9910 n. serie 5703 [1] Le caratteristiche dello spettroradiometro sono riassunte di seguito (tab. 1):

3 Tab. 1 Caratteristiche spettroradiometro utilizzato Range spettrale nm ( nm con diffusore) Range di misura 10-9 W/m 2 nm 10 2 W/m 2 nm Tipo di Monocromatore Doppio monocromatore con reticolo concavo olografico controllato da PC ;f/l 100 mm Larghezza di banda 2 nm (due fenditure di 7mm x 0.5 nm restringono la larghezza di banda a 2 nm) Precisione in lunghezza ± 0.5 nm d onda Precisione in irradianza ± 5% Accuratezza ± 0.5 nm Risoluzione dello stepper 0.25 nm motor drive Ruota portafiltri (per filtri di taglio della II armonica) 4 posizioni, posta all interno del monocromatore con filtro verde high pass GG435 e filtro rosso hight pass RG665, una posizione aperta ed una posizione per lo shutter Rivelatore PMT Side window S20 multialkali Ottiche di ingresso Guida di luce al quarzo (L = 180 cm) Correttore di coseno Field of view con apertura angolare di 80 per misure su porzioni di superfici o di sorgenti luminose Autozero Impostabile automaticamento (Shutter) Alimentazione di rete 220 V, 50 Hz Il sistema di misura è stato calibrato dalla Macam Photometrics utilizzando i seguenti standards (cert. n del 30/9/98; validità 12 mesi): lampada di mercurio a scarica a bassa pressione (testato a 235,75 nm; 296,75 nm; 313,0 nm; 365,0; 404,75 nm; 435,75 nm ; 546,0 nm) lampada al deuterio (range nm) ntrambe le lampade di riferimento sono state caratterizzate dal National Physics Laboratory (NPL Certificate N. QO02/21/96/013/DB02 e N.Q9RM4TO1/4/O97/006/BBXIIC1) e dal British Standard Institution (BSI Certificate N. 247/005104). B Incertezze della misura Nelle misure di radiazione ottica mediante spettroradiometro, ciascuna componente della catena di misura (ottica di ingresso ed ottica dispersiva, rivelatore ed elettronica) introduce un errore che si somma alle incertezze associate agli standards di calibrazione utilizzati e a quelle introdotte dall operatore stesso. In particolare le più importanti sorgenti di errore associate al sistema stesso di misura possono derivare dall allineamento delle componenti ottiche, che diventa particolarmente significativo quando lo strumento viene utilizzato con un angolo d accettanza molto piccolo (10-5 sr), oppure con un campo di visione molto stretto, dalla contaminazione e la degradazione delle componenti ottiche, dallo stray-light ambientale, dalla dispersione fuori banda e dal rumore elettronico. La non stabilità della sorgente oggetto dello studio, ovvero le condizioni ambientali (in particolare legate alle variazioni di temperatura), possono introdurre un ulteriore errore [8]. Considerate le possibili fonti di errore descritte, alla tipologia di apparato di misura utilizzato è associabile un incertezza massima pari al 5%, per cui se lo strumento di misura fosse l unica fonte di errore (misura diretta), si potrebbe attribuire a ciascun valore di irradianza spettrale un errore percentuale di ± 5%. Nel caso di misura indiretta, si applica la teoria della propagazione degli errori [1]. II Misure e risultati La campagna di misura ha compreso la valutazione di una ventina di sorgenti impiegate nelle aree di ricerca e didattica di chimica, genetica, microbiologia e biologia. Tali sorgenti sono generalmente utilizzate sia da studenti che da ricercatori in attività di polimerizzazione e sintesi di prodotti chimici, in metodiche diagnostiche ed analitiche, in attività di sterilizzazione in ambienti confinati ed in studi di fotostimolazione. In tab. 2 sono raccolte le sorgenti monitorate e i tempi di esposizione stimati, mediante le relazioni sopra descritte. Tab. 2 Sorgenti monitorate e tempi massimi di esposizione (bersaglio P = pelle O = occhi) Sorgente Codifica Bersaglio h m S Area di chimica Lampada ad alta pressione Lampada a media pressione Lampada ad alta pressione filtrata al quarzo LHG2 P L2542 P LB2541 P - O

4 Visore lastrine TLC Visore lastrine 365 nm Visore lastrine 365 nm TLCMAN1 P TLCOCC P O CHINORM 1 P Area di Genetica e Microbiologia Transilluminatore T320M1 P Transilluminatore T320O1 P O Transilluminatore TGN1M P con apparato fotografico TGN1O P O Transilluminatore TGN2O P O Transilluminatore TFOTOM P TFOTOO P O Area di biologia Lampada stabulario PATLOC P O Il confronto con i limiti di riferimento, ha messo in evidenza come una parte consistente delle sorgenti indagate (circa il 50%) presenta un rischio significativo per gli organi bersaglio (pelle e occhi), se non utilizzate adottando adeguate misure di prevenzione e protezione AR N. SORGN TI CHIMICA 11 GNTICA MICROBIO- LOGIA 7 BIOLOGIA 1 III Conclusioni TIPO DI UTILIZZO N. MISUR N. SORG. RISCHIO SIGNIF. attività di polimerizzazion e e sintesi di prodotti chimici, metodologie diagnostiche ed analitiche 18 6 attività di sterilizzazione 12 4 in ambienti confinati, caratterizzazion e di campioni studi di fotostimolazione 2 1 I risultati ottenuti nella campagna di misura effettuata presso i laboratori di didattica e di ricerca dell Università degli Studi di Pavia inducono a considerare con maggiore attenzione gli aspetti connessi all utilizzo di sorgenti di radiazione UV non coerente. Rispetto ai limiti fissati dall IRPA/ICNIRP i livelli di irradianza monitorati hanno infatti messo in evidenza che, potenzialmente, il rischio da esposizione a radiazione UV esiste, specialmente in associazione a sorgenti apparentemente innocue, in quanto utilizzate abitualmente nelle fasi preparatorie di gran parte delle attività di un laboratorio chimico e biologico, senza alcuna procedura di consenso. In particolare il rischio per pelle ed occhi non protetti risulta essere significativo per i visori utilizzati nell identificazione di composti mediante cromatografia su strato sottile e soprattutto per i transilluminatori utilizzati nelle metodiche di visualizzazione delle strutture subcellulari in campioni preparati su strato sottile di gel. I transilluminatori potrebbero infatti comportare un rischio elevato per gli occhi, in quanto l attività stessa richiede che la lampada sia orientata verso l alto e che l operatore manipoli il gel a lampada accesa, dal momento che la sorgente UV stessa consente l individuazione delle parti su cui operare. L operazione viene svolta anche dagli studenti, quindi da personale non necessariamente esperto, pertanto potrebbe richiedere tempi superiori rispetto a quelli calcolati in funzione del limite di sicurezza definito dall IRPA/ICNIRP. La prevenzione per entrambe le sorgenti può comunque facilmente essere realizzata mediante l utilizzo di idonei dispositivi di protezione individuale, sia per la pelle che per gli occhi. Bibliografia [1] Cazzuli Valutazione del rischio da radiazione UV non coerente nei laboratori di didattica e di ricerca Università degli Studi di Milano Tesi di Specializzazione in Fisica Sanitaria, a.a. 1998/99 [2] Cremonese M., Matzeu Produzione e misura della radiazione UV Istituto Superiore di Sanità, ISS R 81/5 [3] IRPA ICNIRP - "Guidelines on limits of exposure to ultraviolet radiation of wavelenghts between 180 nm and 400 nm (incoherent optical radiation) Health Physics Vol.49, n ; pp [4] IRPA ICNIRP "Proposed change to the IRPA 1985 guidelines on limits of exposure to ultraviolet radiation Health Physics Vol.56, n ; pp [5] IRPA ICNIRP - Guidelines on UV radiation exposure limits Health Physics Vol. 71, n ; pp. 978 [6] Nicolini O., G. Lazzaretti, P. Nataletti, A. Peretti - Dal rumore ai rischi fisici: valutazione, prevenzione e bonifica in ambiente di lavoro - Atti del convegno Ambiente e Lavoro, Modena settembre 1998 [7] McKinlay A.F., Harlen F., Whillock M.J. (1988), Hazards of Optical Radiation, Adam Hilger d., Bristol. [8] LandryR.J.,AndersenF.A. (1982), Optical Radiation

5 Measurements: Instrumentation and Sources of rror [9] IRPA ICNIRP Guidelines on limit of exposure to ultraviolet radiation of wavelengths between 180 nm and 400 nm (incoherent optical radiation), Health Physics 49 No.2 (Aug. 1985) -USA-, pp