Referat 1 - Przemysłowy Instytut Elektroniki

I Krajowa Konferencja Naukowo-Techniczna „EKOLOGIA W ELEKTRONICE”
Przemysłowy Instytut Elektroniki
Warszawa, 16-17.10.2000
SPEKTROSKOPOWE BADANIE MIKROCZĄSTEK
ZANIECZYSZCZAJĄCYCH ŚRODOWISKO *)
Piotr KONARSKI
Instytut Technologii Próżniowej, ul. Długa 44/50, 00-241 Warszawa
Jednym z rodzajów zanieczyszczenia środowiska są pyły. Emisja stałych aerozoli do
atmosfery ziemskiej odbywa się w sposób naturalny m.in. w czasie wybuchów wulkanów i podczas pożarów lasów a także poprzez działania wiatru, jak np. erozja powierzchni ziemi lub tworzenie drobin soli morskiej nad powierzchnią mórz. Działalność
gospodarcza człowieka poprzez rozwój przemysłu wytwórczego i wydobywczego oraz
składowanie odpadów powoduje także emisję pyłów do atmosfery na dużą skalę.
Drobiny pyłów zawieszone w powietrzu atmosferycznym, tzn. mikrocząstki o wymiarach poniżej 10 µm, wpływają na organizm ludzki w sposób bezpośredni np. na
skutek wdychania ich do układu oddechowego a także w sposób pośredni na skutek ich
oddziaływania na otoczenie człowieka. Na cząstki aerozoli emitowane w zakładach
przemysłowych w sposób szczególny narażeni są pracownicy tych zakładów. Niniejsza
praca poświęcona jest badaniu mikrocząstek zawieszonych w powietrzu na stanowiskach
pracy w hali produkcyjnej huty szkła oraz w halach zakładu stalowniczego.
Mikrocząstki zawieszone w powietrzu posiadają szereg charakterystycznych cech jak
np. ruchliwość - mogą przemieszczać się na duże odległości, oraz reaktywność w reakcjach heterogenicznych - na skutek dużej powierzchni w stosunku do ich masy. Zjawiska
adsorpcji i kondensacji powodują, iż na powierzchniach mikrocząstek mogą gromadzić
się różnorodne substancje z ich otoczenia. W efekcie, przemieszczające się z wiatrem
mikrocząstki stają się środkiem transportu często wielu toksycznych składników.
*) Praca wykonana w części w ramach wieloletniego programu rządowego pn. "Bezpieczeństwo i
ochrona zdrowia człowieka w środowisku pracy" dofinansowywanego przez Komitet Badań Naukowych w latach 1998 - 2001 , Główny Koordynator - Centralny Instytut Ochrony Pracy
204
Celem niniejszej pracy jest przedstawienie nowej metody oraz przykładów zastosowań badania morfologii drobin aerozoli. Metoda ta pozwala na zbadanie składu powierzchni mikrocząstek oraz porównanie tego składu ze składem rdzeni badanych mikrocząstek.
Prezentowane wyniki pokazują, iż badając szkodliwe pyły można stwierdzić morfologię typu rdzeń-warstwa i określić w ten sposób, które substancje toksyczne znajdują
się na powierzchni, a które we wnętrzach cząstek. Uzyskiwane wyniki są cenne, gdyż
skład powierzchni wdychanych mikrocząstek często określa stopień ich szkodliwości.
Badanie morfologii mikrocząstek jest często bardziej istotne niż badanie całkowitego
skład mikrocząstek pyłów.
W celu zbadania morfologii drobin pyłów wstępnie wykonano analizę objętościową
ich osadów sedymentacyjnych metodą spektrometrii mas ze źródłem iskrowym a także
analizę fazową metodą dyfrakcji rentgenowskiej. Uzyskane wyniki dostarczyły informacji na temat całkowitej zawartości pierwiastków a także na temat obecnych faz krystalicznych w materiale pyłowym. Morfologię drobin pyłów określano natomiast na podstawie analizy profilowej wykonywanej metodą spektrometrii mas jonów wtórnych
SIMS przy zastosowaniu trawienia jonowego. Zebrane przy pomocy próżniowego kolektora drobiny pyłów o wybranych sub-mikrometrowych średnicach aerodynamicznych
przytwierdzano do podłoża z indu a następnie bombardowano wiązką jonów. W celu
uzyskania efektu jednorodnego usuwania warstw atomowych oraz ograniczenia zjawiska
zasłaniania, zastosowano technikę obrotu trawionej próbki. Badania wykonano na aparaturze SIMS model SAJW-02 wyposażonej w wyrzutnię jonów pierwotnych O2+, Ar+,
200 nA, 4 keV, kwadrupolowy spektrometr mas jonów wtórnych QMA-410 Balzers oraz
specjalistyczny manipulator próżniowy, w którym silnik krokowy napędza obracającą
się matrycę z przytwierdzonymi do jej powierzchni mikrocząstkami..
Wyniki zastosowania techniki obrotu próbki w trakcie analizy profilowej mikrocząstek pokazują, że zarówno drobiny pyłów zebranych w zakładzie stalowniczym jak i
drobiny zebrane w hucie szkła posiadają morfologię typu rdzeń - warstwa. Mikrocząstki
pobrane na stanowiskach pracy w stalowni zawierają w rdzeniach m.in. żelazo i mangan.
Na powierzchniach tych drobin stwierdzono zwiększoną ilość ołowiu, fluoru i chloru w
stosunku do zawartości w całej objętości. Drobiny pobrane w hali produkcyjnej huty
szkła są drobinami szkła ołowiowego i cyrkonowego, na powierzchni których stwierdzono m.in. obecność węgla i miedzi.
Stosowanie przedstawionej metody badania morfologii mikrocząstek pyłów może
przyczynić się do ustalania i monitorowania konkretnych zagrożeń obecnych w środowisku pracy. Uzyskane wyniki badań mogą być także podstawą do wyjaśnienia mechanizmów zachodzących na powierzchniach mikrocząstek.
205