ISO 28439:2011
(Main)Workplace atmospheres — Characterization of ultrafine aerosols/nanoaerosols — Determination of the size distribution and number concentration using differential electrical mobility analysing systems
Workplace atmospheres — Characterization of ultrafine aerosols/nanoaerosols — Determination of the size distribution and number concentration using differential electrical mobility analysing systems
ISO 28439:2011 provides guidelines for the determination of the number concentration and size distribution of ultrafine aerosols and nanoaerosols by use of mobility particle sizers (also called differential mobility analysers). Only the particle fraction of the aerosol is considered. For ultrafine aerosols and nanoaerosols, exposure metrics such as the number and surface area concentration are important. ISO 28439:2011 also gives guidelines for the determination of workplace exposure to ultrafine aerosols and nanoaerosols. Specifically, the differential mobility analysing system (DMAS), now available from several vendors, is discussed. Principles of operation, problems of sampling in the workplace environment, calibration, equipment maintenance, measurement uncertainty, and reporting of measurement results are covered. Potential problems and limitations are described, which need to be addressed when limit values are fixed and compliance measurements carried out.
Air des lieux de travail — Caractérisation des aérosols ultrafins/nanoaérosols — Détermination de la distribution granulométrique et de la concentration en nombre à l'aide de systèmes d'analyse différentielle de mobilité électrique
L'ISO 28439:2011 fournit des lignes directrices permettant de déterminer la concentration en nombre et la distribution granulométrique d'aérosols ultrafins et de nanoaérosols au moyen de spectromètres de mobilité électrique (également appelés analyseurs différentiels de mobilité). Seule la fraction de particules de l'aérosol est considérée. Pour des aérosols ultrafins et des nanoaérosols, des métriques d'exposition telles que la concentration en nombre et en surface sont très importantes. L'ISO 28439:2011 fournit également des lignes directrices pour la détermination de l'exposition aux aérosols ultrafins et aux nanoaérosols sur le lieu de travail. En particulier, le système d'analyse différentielle de mobilité (DMAS), désormais disponible auprès de plusieurs distributeurs, est présenté. Les principes de fonctionnement, les problèmes d'échantillonnage dans l'environnement du lieu de travail, l'étalonnage, l'entretien du matériel, l'incertitude de mesure, et le rapport des résultats de mesurage sont couverts. Des problèmes potentiels et des limitations sont décrits, qui nécessitent d'être abordés quand des valeurs limites sont fixées et que des mesurages de conformité sont effectués.
General Information
Relations
Buy Standard
Standards Content (Sample)
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ISO
СТАНДАРТ 28439
Первое издание
2011-04-01
Воздух рабочей зоны. Характеристика
ультрадисперсных
аэрозолей/наноаэрозолей.
Определение распределения по
размерам и численной концентрации с
помощью анализаторов
дифференциальной электрической
подвижности
Workplace atmospheres — Characterization of ultrafine aerosols/
nanoaerosols — Determination of the size distribution and number
concentration using differential electrical mobility analysing systems
Ответственность за подготовку русской версии несёт GOST R
(Российская Федерация) в соответствии со статьёй 18.1 Устава ISO
Ссылочный номер
ISO 28439:2011(R)
©
ISO 2011
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 28439:2011(R)
Отказ от ответственности при работе в PDF
Настоящий файл PDF может содержать интегрированные шрифты. В соответствии с условиями лицензирования, принятыми
фирмой Adobe, этот файл можно распечатать или смотреть на экране, но его нельзя изменить, пока не будет получена
лицензия на интегрированные шрифты и они не будут установлены на компьютере, на котором ведется редактирование. В
случае загрузки настоящего файла заинтересованные стороны принимают на себя ответственность за соблюдение
лицензионных условий фирмы Adobe. Центральный секретариат ISO не несет никакой ответственности в этом отношении.
Adobe – торговый знак фирмы Adobe Systems Incorporated.
Подробности, относящиеся к программным продуктам, использованные для создания настоящего файла PDF, можно найти в
рубрике General Info файла; параметры создания PDF были оптимизированы для печати. Были приняты во внимание все
меры предосторожности с тем, чтобы обеспечить пригодность настоящего файла для использования комитетами-членами
ISO. В редких случаях возникновения проблемы, связанной со сказанным выше, просьба проинформировать Центральный
секретариат по адресу, приведенному ниже.
ДОКУМЕНТ ОХРАНЯЕТСЯ АВТОРСКИМ ПРАВОМ
© ISO 2011
Все права сохраняются. Если не указано иное, никакую часть настоящей публикации нельзя копировать или использовать в
какой-либо форме или каким-либо электронным или механическим способом, включая фотокопии и микрофильмы, без
предварительного письменного согласия ISO, которое должно быть получено после запроса о разрешении, направленного по
адресу, приведенному ниже, или в комитет-член ISO в стране запрашивающей стороны.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Опубликовано в Швейцарии
ii © ISO 2011 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 28439:2011(R)
Содержание Страница
Предисловие .iv
Введение .v
1 Область применения .1
2 Нормативные ссылки .1
3 Термины и определения .1
4 Обозначения и сокращения.2
4.1 Обозначения.2
4.2 Сокращения .3
5 Сущность метода.3
6 Оборудование .4
6.1 Общие положения .4
6.2 Пробоотборная линия .5
6.3 Предсепаратор .5
6.4 Устройство, регламентирующее заряд частиц.5
6.5 DEMC .6
6.6 Детектор аэрозольных частиц.6
7 Стратегия измерения .7
8 Методика измерения.7
8.1 Подготовка.7
8.2 Отбор проб.7
9 Представление и оценка данных .8
10 Проверка эффективности DMAS.9
10.1 Проверка на классификации частиц.9
10.2 Проверка эффективности подсчета числа частиц.9
11 Проблемы и ошибки .9
11.1 Эффективность счета для счетчиков CPC (CNC) .9
11.2 Многозарядные частицы .9
11.3 Потери при пробоотборе .10
11.4 Неопределенности .11
11.5 Перегрузка.12
11.6 Отбор проб волокон .12
11.7 Влажность.12
11.8 Техническое обслуживание.13
Приложение А (информативное) Методы определения воздействия.14
Приложение В (информативное) Перечень изготовителей (неполный) .15
Библиография.16
© ISO 2011 – Все права сохраняются iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 28439:2011(R)
Предисловие
Международная организация по стандартизации (ISO) представляет собой всемирную федерацию,
состоящую из национальных органов по стандартизации (комитеты-члены ISO). Работа по разработке
международных стандартов обычно ведется техническими комитетами ISO. Каждый комитет-член,
заинтересованный в теме, для решения которой образован данный технический комитет, имеет право
быть представленным в этом комитете. Международные организации, правительственные и
неправительственные, поддерживающие связь с ISO, также принимают участие в работе. ISO тесно
сотрудничает с Международной электротехнической комиссией (IEC) по всем вопросам
стандартизации в области электротехники.
Международные стандарты разрабатываются в соответствии с правилами, приведенными в Части 2
Директив ISO/IEC.
Основное назначение технических комитетов заключается в разработке международных стандартов.
Проекты международных стандартов, принятые техническими комитетами, направляются комитетам-
членам на голосование. Для их опубликования в качестве международных стандартов требуется
одобрение не менее 75 % комитетов-членов, участвовавших в голосовании.
Внимание обращается на тот факт, что отдельные элементы данного документы могут составлять
предмет патентных прав. ISO не несет ответственность за идентификацию каких бы то ни было или
всех подобных патентных прав.
ISO 28439 был подготовлен Европейским комитетом по стандартизации (CEN) Техническим комитетом
CEN/TC 137, Оценка воздействий химических и биологических веществ в рабочей зоне, совместно с
Техническим комитетом ISO/TC 146, Качество воздуха, Подкомитетом SC 2, Воздух рабочей зоны, в
соответствии с Соглашением по техническому сотрудничеству между ISO и CEN (Венское соглашение).
iv © ISO 2011 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 28439:2011(R)
Введение
В рамках гигиены труда концентрации аэрозолей традиционно измеряют как массовые концентрации.
Для некоторых ультрадисперсных аэрозолей и наноаэрозолей другие показатели воздействия, такие
как число и концентрация на площадь поверхности, становятся важными для прогнозирования влияния
на здоровье, в зависимости от химических и физических свойств. В данном международном стандарте
представлен метод определения численной концентрации и распределения по размерам
ультрадисперсных аэрозолей и наноаэрозолей в рабочей зоне с использованием анализаторов
дифференциальной электрической подвижности (DMAS). Этот метод может использоваться
промышленными гигиенистами и исследователями для измерения концентраций в некоторых рабочих
зонах. Описываемая система анализа не подходит для измерений индивидуальных воздействий.
© ISO 2011 – Все права сохраняются v
---------------------- Page: 5 ----------------------
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СТАНДАРТ ISO 28439:2011(R)
Воздух рабочей зоны. Характеристика ультрадисперсных
аэрозолей/наноаэрозолей. Определение распределения по
размерам и численной концентрации с помощью
анализаторов дифференциальной электрической
подвижности
1 Область применения
В настоящем международном стандарте представлено руководство по определению численной
(счетной) концентрации и распределения по размерам частиц ультрадисперсных аэрозолей и
наноаэрозолей с помощью устройств, сортирующих частицы по подвижности (называемых также
дифференциальными анализаторами подвижности). Учитываются только фракции аэрозольных
частиц. Для ультрадисперсных аэрозолей и наноаэрозолей значение представляют только такие
параметры воздействия, как численная концентрация и концентрация на площадь поверхности.
В настоящем международном стандарте также даются указания по определению воздействия
ультрадисперсных аэрозолей и наноаэрозолей в рабочей зоне.
В частности, обсуждается анализатор дифференциальной подвижности (DMAS), в настоящее время
поставляемый несколькими продавцами. Также охвачены принципы его действия, проблемы
пробоотбора в рабочей зоне, калибровка, техническое обслуживание оборудования,
неопределенность измерений и представление результатов измерения.
Описаны потенциальные проблемы и ограничения, которые необходимо учитывать при установлении
предельных значений и осуществления измерений соответствия.
2 Нормативные ссылки
Следующие документы являются обязательными при использовании данного стандарта. Для
датированных документов, допускаются к использованию только указанное издание. Для
недатированных документов — последнее издание указанного документа (включая любые поправки).
ISO/TR 27628, Воздух рабочей зоны. Аэрозоли ультрадисперсные и аэрозоли наночастиц м
наноструктурированных частиц. Характеристики и оценка воздействия при вдыхании
3 Термины и определения
В данном документе используются термины и определения, приведенные в ISO/TR 27628, а также
следующие.
3.1
критическая электрическая подвижность
critical electrical mobility
Z
crit
электрическая подвижность частиц, которые в классификаторе дифференциальной электрической
подвижности (DEMC) переносятся из потока пробы воздуха в существующий монодисперсный
аэрозольный поток
© ISO 2011 – Все права сохраняются 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 28439:2011(R)
ПРИМЕЧАНИЕ Ввиду конечности (финитности) DEMC, существующий монодисперсный поток не является
строго монодисперсным, а соответствует диапазону электрических подвижностей для каждого напряжения.
3.2
равновесие зарядов частиц
particle charge equilibrium
состояние заряженности аэрозольных частиц, которое остается стабильным после воздействия
положительных и отрицательных ионов в течение достаточно длительного периода времени
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Биполярные ионы производятся либо радиоактивным источником, либо в результате
коронного разряда.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Электрический заряд на отдельных частицах аэрозоля при равновесии зарядов не является
нейтральным.
[1]
ПРИМЕЧАНИЕ 3 Заимствовано из ISO 15900:2009 , 2.11.
3.3
диаметр (эквивалентной) электрически подвижной частицы
эквивалентный диаметр
(equivalent) particle electrical mobility diameter
диаметр сферы с такой же электрической подвижностью, как у рассматриваемой частицы
4 Обозначения и сокращения
4.1 Обозначения
B механическая подвижность частицы с/кг
C поправочный коэффициент Каннингама (Cunningham) 1
3
C численная (счетная) концентрация аэрозоля 1/м
N
d диаметр частицы нм
d эквивалентный диаметр электрически подвижной частицы м
p
d средний эквивалентный диаметр электрически подвижной м
p
частицы
2
D коэффициент диффузии частиц м /с
−19
e основная единица заряда (элементарный заряд) 1,602 177 × 10 C
3
q скорость потока пробы воздуха в DEMC (Классификатор м /с
1
дифференциальной электрической подвижности)
3
q скорость потока фильтрованного воздуха в ножнах DEMC м /с
2
3
q скорость избыточного потока воздуха в DEMC м /с
3
3
q скорость потока возбужденного воздуха в DEMC, направляемого к м /с
4
детектору частиц
−23
k постоянная Больцмана 1,38 × 10 Н⋅м/K
L длина пробоотборной линии м
n число зарядов 1
p проницаемость через пробоотборную линию 1
t время (коагуляции) с
2 © ISO 2011 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 28439:2011(R)
t время сканирования с
scan
T абсолютная температура, при которой работает DEMC K
3
V объем буферного сосуда для данной скорости пробы воздуха м
v
2
Z электрическая мобильность заряженной частицы в воздухе м /В⋅с
2
Z критическая электрическая подвижность заряженной частицы в м /В⋅с
crit
воздухе
η вязкость газа Пa⋅с
μ параметр для диффузионных потерь 1
4.2 Сокращения
CNC счетчик ядер конденсации
CPC счетчик частиц конденсации
DEMC классификатор дифференциальной электрической подвижности
DMAS анализатор электрической подвижности
ПРИМЕЧАНИЕ DMAS также известен как сепаратор частиц по электрической подвижности (DMPS) или сканер
подвижности частиц (SMPS).
HEPA высокоэффективный воздушный фильтр
5 Сущность метода
Аэрозоль опробуют в рабочей зоне в репрезентативной позиции в отношении воздуха, которым дышат
работники. Частицы крупнее приблизительно 1 мкм осаждаются, а частицы меньше приблизительно
1 мкм затягиваются в прибор. После регламентирования заряда частицы аэрозоля разделяются в
электрическом поле DEMC (см. Ссылки [6] и [7]) согласно их электрической подвижности, которая
задается Формулами (1).
Zn= eB ⎫
⎪
C (1)
⎬
B =
⎪
3πηd
p
⎭
где
Z электрическая подвижность, в метрах квадратных на вольт-секунду, заряженной аэрозольной
частицы;
n число электрических зарядов;
−19
e основная единица заряда (элементарный заряд), 1,602 177 × 10 C;
B механическая подвижность частицы, в секундах на килограмм;
C поправочный коэффициент Каннингама;
η вязкость газа, в паскаль-секундах;
d эквивалентный диаметр электрически подвижной частицы, в метрах.
p
© ISO 2011 – Все права сохраняются 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 28439:2011(R)
Критическая электрическая подвижность частицы, Z , прямо пропорциональна геометрическим
crit
размерам DEMC. Эквивалентный диаметр электрически подвижной частицы, d , можно определить из
p
уравнений, предоставленных изготовителем прибора.
Частицы определенного размерного диапазона подсчитывают в счетчике ядер конденсации (CNC)
[также известном, как счетчик частиц конденсации (CPC)] или электрометром, и определяют
численную концентрацию частиц для каждого размера или диапазона размеров. Посредством
сканирования или пошагового изменения напряжения классификатора DEMC, получают численное
распределение по размерам. Диапазон размеров диаметра электрически подвижной частицы от 3 нм
до 1 000 нм может частично охватываться различными приборами (см. Ссылку [8]). Классификатор
DEMC имеет то преимущество, что диаметр электрически подвижных частиц примерно эквивалентен
диаметру спроектированной площади частиц (определенной как диаметр сферы с такой
спроектированной площадью, как площадь сортируемых частиц) компактной геометрии. Общая
численная концентрация получается при сложении или интегрировании всех размерных каналов.
Хотя состав опробуемых частиц получить невозможно, можно оценить распределение площадей
поверхности и объемную концентрацию в некоторых примерах, например, когда известно, что частицы
сферические, из расчетов, представленных изготовителем или найденных в литературе.
6 Оборудование
6.1 Общие положения
Анализатор DMAS состоит из различных отделов (см. Рисунок 1):
a) предсепаратор;
b) заряжающее частицы устройство или устройство, регламентирующее заряды частиц (кондиционер
зарядов);
c) классификатор дифференциальной электрической подвижности (DEMC), с контролем потока и
высокого напряжения;
d) детектор частиц;
e) системный контроллер, с выполнением сбора и анализа данных (обычно с встроенными
программами или специальной программой на персональном компьютере).
Рисунок 1 — Основные части DMAS
4 © ISO 2011 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 28439:2011(R)
6.2 Пробоотборная линия
Аэрозоль часто забирают гибкой трубкой, чтобы облегчить доступ к зоне дыхания работника. Материал
трубки должен быть проводником электричества. Потери на диффузию частиц следует свести к
минимуму. Это можно выполнить, используя трубки короткой длины. Например, применение шлангов
из проводящего материала, длиной до нескольких метров, внутренним диаметром 4 мм или 6 мм,
обеспечивает непродолжительное время нахождения в трубке (см. 11.3.2). Течение в пробоотборной
линии должно быть ламинарным.
При отборе проб в высокой степени флуктуирующих аэрозолей, наподобие газов, выделяемых при
сварке, рекомендуется дополнительно использовать буферный сосуд, чтобы усреднять концентрацию
в процессе сканирования. Буферный сосуд должен проводить электрический ток, его необходимо
заземлить. Среднее время пребывания в буферном сосуде должно соотноситься с временем
сканирования. Чтобы получить относительно стабильную концентрацию на все время сканирования,
объем сосуда можно выбрать относительно скорости потока пробы воздуха по условию (2).
V
v
(2)
≥ 5
q t
1 scan
где
V объем, в метрах кубических, буферного сосуда для данной скорости потока пробы воздуха;
v
q скорость потока пробы воздуха в DEMC, в метрах кубических в секунду;
1
t время сканирования, в секундах.
scan
−5 3
ПРИМЕР Для скорости пробы воздуха 0,3 л/мин (0,5 × 10 м /s) и времени сканирования 2 мин (120 с),
−3 3
подойдет сосуд объемом 3 л (3 × 10 м ).
Предпочтительно использовать меньшие буферные объемы, если аэрозольные частицы образуют
агломераты при коагуляции (высокая концентрация первичных частиц) (см. 11.3.3).
ПРИМЕЧАНИЕ На момент публикации имеющиеся знания не позволяют давать рекомендации в отношении
максимального объема буферного сосуда.
6.3 Предсепаратор
Предсепаратор требуется такой, чтобы осадить крупные частицы, размер которых выходит за пределы
измеряемого диапазона. Например, это можно сделать, используя подходящий аэрозольный импактор
(пробоотборник) или циклон. Предсепаратор необходимо чистить и регулярно смазывать.
6.4 Устройство, регламентирующее заряд частиц
Аэрозоль заряжают свободными электрическими зарядами путем соударения с ионами и электронами
газа. Свободные электрические заряды обычно образуются с помощью радиоактивного источника в
85 210
токе воздуха, отделенного тонкой перегородкой. Используются такие источники как Kr, Po или
241
Am. Весь аэрозоль достигает зарядного равновесия с известным распределением (см. Ссылку [9]).
ПРИМЕЧАНИЕ Приобретение зарядов несферическими частицами отличается от приобретения зарядов
сферическими частицами. Поэтому распределение электрических зарядов, как функция размера частицы,
применяемое при инверсии критической электрической подвижности в интервал размеров частиц, строго
действительно только для сферических частиц.
© ISO 2011 – Все права сохраняются 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 28439:2011(R)
6.5 DEMC
Кондиционированный аэрозоль достигает отдела классификации по электрической подвижности.
Обычный классификатор DEMC включает внутренний и внешний электрод, поддерживаемые при
разности потенциалов обычно от 20 В до 10 000 В (см. Рисунок 2).
Частицы переносятся ламинарным течением по кольцевому участку или трубке вдоль оболочки
чистого воздуха (ножен). Движение заряженных частиц зависит от их дифференциальной подвижности,
что дает им возможность достигать электрод в разных положениях. Частицы с узким диапазоном
электрической подвижности с центром, соответствующим критической электрической подвижности,
отбираются через прорезь, направляются в конец кольцевого участка и переносятся в отдел
детектирования.
6.6 Детектор аэрозольных частиц
Разделенный аэрозоль с установленной критической электрической подвижностью попадает к счетчику,
который определяет число частиц в единице объема. Наиболее широко используемым счетчиком
является CPC (CNC). В этом устройстве аэрозоль приводится в контакт с сверхнасыщенным паром
(спиртовым или водяным), который конденсируется на частицах. Эти частицы быстро вырастают в
крупные капли, обычно несколько микрометров в диаметре, и затем могут быть обнаружены
оптическими методами. Другим детектором является электрометр, который определяет чистый
электрический ток, создаваемый выборочными частицами.
Невозможно проводить дальнейший анализ частиц после прохождения их через детектор.
Дополнительные пробоотборники, работающие параллельно с DMAS, можно использовать для отбора
проб для дальнейшего анализа, например, электростатический или термический фильтр (осадитель).
Обозначение
q скорость пробы воздуха в DEMC
1
q скорость потока фильтрованного воздуха в ножнах DEMC
2
q скорость избытка воздуха в DEMC
3
q скорость возбужденного потока воздуха в DEMC, направляемого к детектору частиц
4
Z электрическая подвижность заряженной частицы в воздухе
Z критическая электрическая подвижность заряженной частицы в воздухе
crit
Рисунок 2 — Схема анализатора DMAS
6 © ISO 2011 – Все права сохраняются
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 28439:2011(R)
7 Стратегия измерения
Анализатор DMAS дает подробную информацию о распределении частиц аэрозоля по размерам в
пределах установленного диапазона. Анализатор DMAS можно использовать для обнаружения
испускающих частицы источников в рабочей зоне, также можно выполнять измерения в зоне дыхания
работника для получения информации о воздействии частиц на отдельного работника. Поскольку
приборы DMAS, существующие на момент публикации, можно использовать только как статические
(стационарные) пробоотборники, то по возможности, следует найти позицию для репрезентативного
пробоотбора с использованием трубок, описанных в 6.2. Характеристики структуры потоков воздуха в
рабочей зоне, например, направление потока воздуха относительно источника и позицию отбора проб,
а также наличие нескольких источников имеет большое значение для выбора позиции пробоотбора
или интерпретации воздействий в рабочей зоне.
Для перемещающихся в рабочей зоне работников необходима стратегия более структурного
пробоотбора (см. Приложение A).
ПРИМЕЧАНИЕ Для некоторых условий рабочей зоны невозможно найти место репрезентативного
пробоотбора. В таких случаях значения измеренных данных будут менее надежными.
[2]
Общую информацию о стратегии измерений в рабочих зонах можно найти в EN 689 .
8 Методика измерения
8.1 Подготовка
Необходимо регулярно проверять отклик анализатора DMAS, например, до и после серии измерений
по стандартам размера частиц (см. 10.1).
Перед выполнением серии измерений полезно проверить установку нуля на анализаторе DMAS,
используя высокоэффективный фильтр (HEPA) на пробоотборной линии и в потоке, поступающем в
ножны.
8.2 Отбор проб
Если необходимо оценить воздействие на отдельного работника, аэрозоль необходимо опробовать в
зоне дыхания этого работника. Все существующие на момент публикации анализаторы DMAS
представляют собой большие неподвижные установки. Пробу следует отбирать в репрезентативном
положении или в ближайшем расположении от зоны дыхания. Можно применять такую пробоотборную
линию, как описана в 6.2. Если работник не находится на своем рабочем месте постоянно, можно
отобрать пробы из разных мест, перемещая либо впуск пробоотборной линии, либо полностью
анализатор DMAS.
Диффузионные потери в линии необходимо учитывать (см. Раздел 11).
Если прибор выполняет сканирование или работает в режиме пошагового изменения напряжения,
время одного измерения занимает несколько минут, обычно от 3 мин до 6 мин. В течение этого
времени количество частиц в аэрозоле и размер этих частиц не должны меняться. Если необходимо
измерить зону с сильно изменяющейся концентрацией частиц, например, в зоне проведения
сварочных работ, то рекомендуется использовать буферный сосуд объемом несколько литров в
пробоотборной линии, чтобы избежать получения искусственных пиков в процессе сканирования.
Другим вариантом является усреднение серии измерений проб, если кратковременные выбросы
появляются регулярно.
Некоторые устройства DMAS позволяют выбрать параметры прибора, такие как скорость воздушного
потока, скорость потока воздуха в ножнах, время сканирования или даже разные типы классификатора
DEMC. Такие установочные параметры влияют на диапазон измерения. Рекомендуется, чтобы выбирали
такой диапазон, чтобы охватить все распределение ультрадисперсных частиц по размерам в целом в
рабочей зоне. Практический опыт показывает, что максимумы распределения частиц по размерам лежат
© ISO 2011 – Все права сохраняются 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 28439:2011(R)
примерно между 10 нм и 500 нм, в зависимости от возникновения первичных, агрегированных и
агломерированных ультрадисперсных частиц.
Общая численная концентрация, интегрированная по диапазону измерений, обнаруженных в рабочей
9 3 14 3
зоне частиц, меняется от 10 частиц/м в чистых объемах воздуха до 10 частиц/м в городских
условиях или в зоне сварочных факелах, соответственно (см. Ссылку [10]).
9 Представление и оценка данных
Результирующее распределение численной концентрации, C , должно даваться как
N
дифференциальная концентрация в пересчете на эквивалентный диаметр электрически подвижной
частицы, d , например, dC /dd или dlog C /dlog d , чтобы различные установки параметров прибора
p N p N p,
(число каналов на декаду, ширина каналов) были сопоставимы.
В зависимости от объекта измерения данные численного распределения по размерам могут быть
представлены различными способами, например:
a) расчет статистических данных как максимального или медианного значения имеет большое
значение, и осуществим, если в достаточной степени охвачено все распределение в целом;
b) расчет общей численной концентрации в измеряемом диапазоне, общей численной концентрации
в диапазоне ниже 100 нм, или любой другой подфракции можно было бы представить как
отдельное значение для сопоставления различных сценариев воздействия;
c) взвешенное по времени среднее распределение по размерам и общую численную концентрацию
можно определить для всего контрольного периода (например, 8 ч или 15 мин);
d) чтобы представить изменчивость концентрации по всему распределению по размерам для всего
контрольного периода или периода измерения, строят график зависимости распределений по
размерам как двухмерную контурную диаграмму (откладывая время по оси x, а размер частиц по
оси y с концентрацией в виде контура) или как трехмерную поверхность или каркасные диаграммы
(откладывая время по оси абсцисс x, размер частиц по оси ординат y с концентрацией по оси
аппликат z);
e) пики, относящиеся к процессу или деятельности в рабочей зоне.
ПРИМЕЧАНИЕ Площадь поверхности частиц и распределение частиц по объему можно оценить по
численному распределению по размерам, если выбраны, в основном, плотные или сферические частицы или
агломераты и агрегаты. Для других несферических форм частиц, например, в виде трубк
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 28439
First edition
2011-04-01
Workplace atmospheres —
Characterization of ultrafine aerosols/
nanoaerosols — Determination of the size
distribution and number concentration
using differential electrical mobility
analysing systems
Air des lieux de travail — Caractérisation des aérosols ultrafins/
nanoaérosols — Détermination de la distribution granulométrique et de
la concentration en nombre à l'aide de systèmes d'analyse différentielle
de mobilité électrique
Reference number
ISO 28439:2011(E)
©
ISO 2011
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 28439:2011(E)
PDF disclaimer
This PDF file may contain embedded typefaces. In accordance with Adobe's licensing policy, this file may be printed or viewed but
shall not be edited unless the typefaces which are embedded are licensed to and installed on the computer performing the editing. In
downloading this file, parties accept therein the responsibility of not infringing Adobe's licensing policy. The ISO Central Secretariat
accepts no liability in this area.
Adobe is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
Details of the software products used to create this PDF file can be found in the General Info relative to the file; the PDF-creation
parameters were optimized for printing. Every care has been taken to ensure that the file is suitable for use by ISO member bodies. In
the unlikely event that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2011
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 28439:2011(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols and abbreviated terms .2
4.1 Symbols.2
4.2 Abbreviated terms.3
5 Principle .3
6 Equipment .4
6.1 General .4
6.2 Sampling line .4
6.3 Pre-separator .5
6.4 Particle charge conditioner .5
6.5 DEMC .5
6.6 Aerosol particle detector .5
7 Measurement strategy .6
8 Measuring procedure.6
8.1 Preparation.6
8.2 Sampling .7
9 Presentation and evaluation of data.7
10 Check of DMAS performance.8
10.1 Check on particle classification.8
10.2 Check on particle number-counting efficiency .8
11 Problems and errors .8
11.1 CPC (CNC) counting efficiency.8
11.2 Particles with multiple charges.9
11.3 Sampling losses .9
11.4 Uncertainties.10
11.5 Overloading.11
11.6 Sampling of fibres .11
11.7 Humidity .11
11.8 Maintenance.11
Annex A (informative) Methods for determining exposure .12
Annex B (informative) List of manufacturers (non-comprehensive).13
Bibliography.14
© ISO 2011 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 28439:2011(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 28439 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee
CEN/TC 137, Assessment of workplace exposure to chemical and biological agents, in collaboration with
Technical Committee ISO/TC 146, Air quality, Subcommittee SC 2, Workplace atmospheres, in accordance
with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
iv © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 28439:2011(E)
Introduction
Within occupational hygiene, aerosol concentrations have been traditionally measured in terms of mass
concentrations. For some ultrafine aerosols and nanoaerosols, other exposure metrics such as the number
and surface area concentration are likely to become important for predicting health effects, depending on
chemical and physical properties. This International Standard provides a method for determining the number
concentration and size distribution of ultrafine aerosols and nanoaerosols at workplaces by using differential
mobility analysing systems (DMASs). This can be used by occupational hygienists and researchers to
measure the concentration at some workplaces. The system is generally not suitable for personal exposure
measurements.
© ISO 2011 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 28439:2011(E)
Workplace atmospheres — Characterization of ultrafine
aerosols/nanoaerosols — Determination of the size distribution
and number concentration using differential electrical mobility
analysing systems
1 Scope
This International Standard provides guidelines for the determination of the number concentration and size
distribution of ultrafine aerosols and nanoaerosols by use of mobility particle sizers (also called differential
mobility analysers). Only the particle fraction of the aerosol is considered. For ultrafine aerosols and
nanoaerosols, exposure metrics such as the number and surface area concentration are important.
This International Standard also gives guidelines for the determination of workplace exposure to ultrafine
aerosols and nanoaerosols.
Specifically, the differential mobility analysing system (DMAS), now available from several vendors, is
discussed. Principles of operation, problems of sampling in the workplace environment, calibration, equipment
maintenance, measurement uncertainty, and reporting of measurement results are covered.
Potential problems and limitations are described, which need to be addressed when limit values are fixed and
compliance measurements carried out.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO/TR 27628, Workplace atmospheres — Ultrafine, nanoparticle and nano-structured aerosols — Inhalation
exposure characterization and assessment
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO/TR 27628 and the following apply.
3.1
critical electrical mobility
Z
crit
electrical mobility of particles that in the differential electrical mobility classifier are transferred from the sample
air flow to the exiting monodisperse aerosol flow
NOTE Due to the finiteness of the DEMC, the exiting monodisperse flow is not strictly monodisperse, but
corresponds to a range of electrical mobilities for each voltage.
© ISO 2011 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 28439:2011(E)
3.2
particle charge equilibrium
charging condition for aerosol particles that is stable after exposure to positive and negative ions for a
sufficiently long period of time
NOTE 1 Bipolar ions are produced by either a radioactive source or a corona discharge.
NOTE 2 The electrical charge on individual particles of an aerosol at charge equilibrium is not neutral.
[1]
NOTE 3 Adapted from ISO 15900:2009 , 2.11.
3.3
(equivalent) particle electrical mobility diameter
diameter of a sphere with the same electrical mobility as the particle in question
4 Symbols and abbreviated terms
4.1 Symbols
B particle mechanical mobility s/kg
C Cunningham correction factor 1
3
C aerosol number concentration 1/m
N
d particle diameter nm
d equivalent particle electrical mobility diameter m
p
d average equivalent particle electrical mobility diameter m
p
2
D particle diffusion coefficient m /s
−19
e basic unit of charge (elementary charge) 1,602 177 × 10 C
3
q DEMC sample air flow rate m /s
1
3
q DEMC filtered sheath air flow rate m /s
2
3
q DEMC excess air flow rate m /s
3
3
q DEMC exiting air flow rate to particle detector m /s
4
−23
k Boltzmann constant 1,38 × 10 N⋅m/K
L length of sampling line m
n number of charges 1
p penetration through sampling line 1
t (coagulation) time s
t scan time s
scan
T absolute temperature at which the DEMC is operated K
3
V volume of buffer vessel for the sample air flow rate m
v
2
Z electrical mobility of a charged airborne particle m /V⋅s
2
Z critical electrical mobility of a charged airborne particle m /V⋅s
crit
η gas viscosity Pa⋅s
μ parameter for diffusion losses 1
2 © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 28439:2011(E)
4.2 Abbreviated terms
CNC condensation nuclei counter
CPC condensation particle counter
DEMC differential electrical mobility classifier
DMAS differential mobility analysing system
NOTE A DMAS is also known as a differential mobility particle sizer (DMPS) or scanning mobility particle sizer (SMPS).
HEPA high efficiency particle arrestor
5 Principle
The aerosol is sampled in the workplace at a position representative of the atmosphere to which a worker
might be exposed. Larger particles than approximately 1 µm are precipitated and the particles smaller than
approximately 1 µm drawn into the instrument. After charge conditioning, the aerosol particles are separated
in the electrical field of the DEMC (see References [6] and [7]) according to their electrical mobility, which is
given by Equation (1).
Zn= eB ⎫
⎪
C (1)
⎬
B =
⎪
3πηd
p
⎭
where
Z is the electrical mobility, in metres squared per volt second, of a charged aerosol particle;
n is the number of electrical charges;
−19
e is the basic unit of charge (elementary charge), 1,602 177 × 10 C;
B is the particle mechanical mobility, in seconds per kilogram;
C is the Cunningham correction factor;
η is the gas viscosity, in pascal seconds;
d is the equivalent particle electrical mobility diameter, in metres.
p
The critical particle electrical mobility, Z , is directly related to the geometric dimensions of the DEMC. The
crit
equivalent particle electrical mobility diameter, d , can be determined from equations provided by the
p
instrument manufacturer.
Particles of a certain size or size interval are counted in a condensation nuclei counter (CNC) [also known as
a condensation particle counter (CPC)] or electrometer, and the particle number concentration for each size or
size interval is determined. By scanning or stepwise changing the voltage of the DEMC, a number size
distribution is obtained. The size range from 3 nm to 1 000 nm in electrical mobility diameter can be partly
covered by different instruments (see Reference [8]). The DEMC has the advantage that the electrical mobility
diameter is approximately equivalent to the projected-area diameter of particles (defined as the diameter of a
sphere with the same projected area as the particles being sized) with compact geometries. The entire
number concentration is obtained by adding or integrating all size channels.
Though the composition of the sampled particles cannot be obtained, the distribution of surface area and
volume concentration in some instances, e.g. if the particles are known to be spherical, can be estimated from
calculations provided by the manufacturer or in the literature.
© ISO 2011 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 28439:2011(E)
6 Equipment
6.1 General
A DMAS consists of different instrument sections (see Figure 1):
a) pre-separator;
b) particle charger or particle charge conditioner;
c) differential electrical mobility classifier (DEMC), with flow control and high voltage control;
d) particle detector;
e) system controller, with data acquisition and data analysis (typically built-in firmware or dedicated software
on a personal computer).
Figure 1 — Major parts of a DMAS
6.2 Sampling line
The aerosol is often sampled with a flexible tube in order to access the breathing zone of a worker. The
material of the tube shall be an electrical conductor. Particle diffusion losses should be minimized. This can be
accomplished by using tubes of short length. For example, the application of flexible rubber tubes of
conducting material of length up to a few metres with an inner diameter of 4 mm or 6 mm ensures a short
residence time in the tube (see 11.3.2). The flow in the sampling line shall be laminar.
When sampling highly fluctuating aerosols like welding fumes it is recommended additionally that a buffer
vessel be used in order to average the concentration during the scan. The buffer vessel shall be electrically
conducting and be earthed. The mean residence time of the buffer vessel shall be related to the scan time. In
order to get a relatively stable concentration over the scan time, the volume of the vessel can be chosen in
relation to the sample air flow rate according to Condition (2).
V
v
W 5 (2)
qt
1scan
4 © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 28439:2011(E)
where
V is the volume, in metres cubed, of the buffer vessel for the sample air flow rate;
v
q is the DEMC sample air flow rate, in metres cubed per second;
1
t is the scan time, in seconds.
scan
−5 3
EXAMPLE For a sample air flow rate of 0,3 l/min (0,5 × 10 m /s) and a scan time of 2 min (120 s), a vessel of 3 l
−3 3
(3 × 10 m ) is appropriate.
Smaller buffer volumes are preferred if the aerosol agglomerates by coagulation (high concentration of
primary particles) (see 11.3.3).
NOTE The state of knowledge at the time of publication allows no recommendation for an upper volume to be made.
6.3 Pre-separator
A pre-separator is required such that large particles above the desired measurement range are precipitated.
This can be done, for example, by use of a suitable impactor or cyclone. The pre-separator shall be cleaned
and, if necessary, greased regularly.
6.4 Particle charge conditioner
The aerosol is charged with free electrical charges by collisions with gas ions and electrons. The free
electrical charges are usually produced by a radioactive source in the air stream, separated by a thin
85 210 241
enclosure. Sources like Kr, Po or Am are used. The entire aerosol reaches a charge equilibrium of
known distribution (see Reference [9]).
NOTE The charging of non-spherical particles differs from that of spheres. Therefore the distribution of electrical
charges as a function of particle size employed in the inversion of the critical electrical mobility into a particle size interval
is strictly valid only for spherical particles.
6.5 DEMC
The conditioned aerosol reaches the electrical mobility classification section. A common DEMC comprises an
inner and an outer electrode maintained at an electrical potential difference typically between 20 V and
10 000 V (see Figure 2).
The particles are transported in laminar flow along an annular region or tube along with a clean air sheath.
The motion of the charged particles depends on their different mobilities, causing them to reach the electrode
at different positions. Particles of a narrow electrical mobility range centred on the critical electrical mobility are
sampled via a slit towards the end of the annular region and transported into the detection section.
6.6 Aerosol particle detector
The separated aerosol with the specified, critical, electrical mobility is led to a counter which determines the
number of particles per unit volume. The most widely used counter is the CPC (CNC). In this device, the
aerosol is brought into contact with supersaturated vapour (alcohol or water) which condenses on to the
particles. The particles grow rapidly to large droplets, typically several micrometres in diameter, and can then
be detected using optical methods. Another detector is the electrometer, which determines the net electrical
current provided by the sampled particles.
After passing through the detector, further analysis of the particles is not possible. Additional samplers
operated in parallel to the DMAS can be used to collect samples for further analysis, e.g. an electrostatic or
thermal precipitator.
© ISO 2011 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 28439:2011(E)
Key
q DEMC sample air flow rate
1
q DEMC filtered sheath air flow rate
2
q DEMC excess air flow rate
3
q DEMC exiting air flow rate to particle detector
4
Z electrical mobility of a charged airborne particle
Z critical electrical mobility of a charged airborne particle
crit
Figure 2 — Scheme of a DMAS
7 Measurement strategy
The DMAS gives detailed information on the aerosol size distribution within a defined range. The DMAS can
be used to detect particle-emitting sources in the workplace, or measurements in the breathing zone of a
worker may be carried out to get information on personal exposure. Since DMAS instruments available at the
time of publication can only be used as static samplers, if possible a representative sampling position should
be found with the use of tubes, as specified in 6.2. Workplace air flow pattern characteristics, e.g. direction of
air flow relative to source and sampling position, and the presence of multiple sources are essential for either
selection of a sampling position or interpretation for worker exposure.
For workers moving around, a more structured sampling strategy is necessary (see Annex A).
NOTE For some workplace conditions, it is not possible to find a representative sampling location. In these cases,
the values of the measured data are less reliable.
[2]
General information about measurement strategy in workplaces can be found in EN 689 .
8 Measuring procedure
8.1 Preparation
The response of a DMAS shall be checked regularly, e.g. before and after a series of measurements, against
particle size standards (see 10.1).
Before performing a series of measurements, a zero check of the DMAS is useful by applying high efficiency
particle arrestor (HEPA) filters to both the sampling line and the sheath air.
6 © ISO 2011 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 28439:2011(E)
8.2 Sampling
If worker exposure is to be estimated, the aerosol shall be sampled in the breathing zone of the worker. All
existing DMASs at the time of publication are large static instruments. The sample should be taken at a
representative position in or very near the worker's breathing zone. A sampling line as specified in 6.2 can be
applied. If the worker is not stationary, samples from different locations can be taken by moving either the
entry of the sampling line or the complete DMAS.
Diffusion losses in the line shall be taken into account (see Clause 11).
If the instrument performs a scanning or stepping voltage mode, the time for one measurement is a few
minutes, typically 3 min to 6 min. During this time, the aerosol should not differ in size and number of particles.
If highly fluctuating concentrations, such as in welding workplaces, are to be measured, it is recommended
that a buffer vessel of a few litres' volume be used in the sampling line to avoid artificial peaks during a scan.
Another option is to average a series of samples if short-term emissions appear regularly.
Some DMAS devices allow a selection of instrument parameters like sampling air flow rate, sheath air flow rate,
scan times or even a change of the DEMC type. These settings affect the measurement range. It is
recommended that the range be selected in such a way as to cover the whole size distribution of the ultrafine
particles at the workplace. Practical experience shows that the maxima of the particle number size distributions lie
between approximately 10 nm and 500 nm, depending on the occurrence of primary, aggregated and
agglomerated ultrafine particles.
The total number concentration integrated over the measurement range found at workplaces varies between
9 3 14 3
10 particles/m and 10 particles/m in clean air sections or urban background and welding plumes,
respectively (see Reference [10]).
9 Presentation and evaluation of data
The resulting distribution of the number concentration, C , shall be given as differential concentration in terms
N
of the equivalent particle electrical mobility particle diameter, d , e.g. dC /dd or dlog C /dlog d in order to
p N p N p,
make different instrument settings (number of channels per decade, width of channels) comparable.
Depending on the object of the measurements, the number size distribution data can be presented in a
number of different ways, for example:
a) the calculation of statistical data like maximum or median values is of value and is possible if the entire
distribution is sufficiently covered;
b) calculation of the total number concentration in the measurement range, the total number concentration
for the range below 100 nm, or any other sub-fraction could be reported as a single value for comparison
of different exposure scenarios;
c) the time-weighted average size distribution and the total number concentration can be determined for the
whole reference period (e.g. 8 h or 15 min);
d) in order to present the variation in concentration over the whole size distribution for the whole reference
period or measurement period, plot the size distributions as a two-dimensional contour diagram (with time
on the x-axis, particle size on the y-axis and with concentration as contours) or as a three-dimensional
surface or wire-frame diagrams (with time on the x-axis, particle size on the y-axis, and concentration on
the z-axis);
e) peaks related to process or workplace activities.
NOTE The particle surface area and particle volume distribution can be estimated from the number size distribution if
mainly compact or spherical particles or agglomerates and aggregates are sampled. For other non-spherical particle
shapes, e.g. tubes and ropes, both these estimates as well as the number size distribution are less accurate. These
distributions can be presented in similar ways to the number size distribution data listed above.
© ISO 2011 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 28439:2011(E)
An alternative presentation can be achieved by splitting the size distribution into its constituent modes (peaks),
determining the characteristics of each mode (median diameter, geometric standard deviation and particle
concentration), and plotting the temporal evolution of the characteristics of the modes in a few diagrams.
All relevant instrument parameters like measurement range, air flow rates, scan time, as well as DMAS and
CPC model identification, shall be stated in the measurement report. In addition, sampling equipment such as
a buffer vessel or sampling line shall be described. Diffusion loss corrections shall be detailed. Sampling time
shall be given.
The principal measure when using DMAS devices is the number concentration. A comparison to mass-based
occupational limit values of airborne hazardous substances is not possible. For example, scanning electron
microscopy or transmission electron microscopy can be used for the determination of chemical composition
and can also provide an alternate determination of particle size (see ISO/TR 27628).
10 Check of DMAS performance
10.1 Check on particle classification
Particle size calibration is possible with use of polystyrene reference particles, which are available in the size
range 20 nm to 900 nm for use with DMAS and certified against standards. It is useful to have three different
sizes for control purposes of a wide measurement range. The particles are suspended in deionized water,
sprayed with an atomizer and partially dried before sampling.
The smallest polystyrene particle that can be used for calibration of a DMAS is approximately 100 nm. The
reasons for this are twofold: the particle size peak of smaller particles is usually superposed on the
background of particles generated from w
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 28439
Première édition
2011-04-01
Air des lieux de travail — Caractérisation
des aérosols ultrafins/nanoaérosols —
Détermination de la distribution
granulométrique et de la concentration en
nombre à l'aide de systèmes d'analyse
différentielle de mobilité électrique
Workplace atmospheres — Characterization of ultrafine aerosols/
nanoaerosols — Determination of the size distribution and number
concentration using differential electrical mobility analysing systems
Numéro de référence
ISO 28439:2011(F)
©
ISO 2011
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 28439:2011(F)
PDF – Exonération de responsabilité
Le présent fichier PDF peut contenir des polices de caractères intégrées. Conformément aux conditions de licence d'Adobe, ce fichier
peut être imprimé ou visualisé, mais ne doit pas être modifié à moins que l'ordinateur employé à cet effet ne bénéficie d'une licence
autorisant l'utilisation de ces polices et que celles-ci y soient installées. Lors du téléchargement de ce fichier, les parties concernées
acceptent de fait la responsabilité de ne pas enfreindre les conditions de licence d'Adobe. Le Secrétariat central de l'ISO décline toute
responsabilité en la matière.
Adobe est une marque déposée d'Adobe Systems Incorporated.
Les détails relatifs aux produits logiciels utilisés pour la création du présent fichier PDF sont disponibles dans la rubrique General Info
du fichier; les paramètres de création PDF ont été optimisés pour l'impression. Toutes les mesures ont été prises pour garantir
l'exploitation de ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation,
veuillez en informer le Secrétariat central à l'adresse donnée ci-dessous.
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2011
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2011 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 28439:2011(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .1
4 Symboles et termes abrégés.2
4.1 Symboles.2
4.2 Termes abrégés.3
5 Principe .3
6 Matériel .4
6.1 Généralités .4
6.2 Ligne d'échantillonnage .4
6.3 Sélecteur granulométrique.5
6.4 Conditionneur de charge de particules.5
6.5 DEMC .5
6.6 Détecteur de particules d'aérosol.5
7 Stratégie de mesurage.6
8 Procédure de mesurage.7
8.1 Préparation.7
8.2 Échantillonnage.7
9 Présentation et évaluation des données.7
10 Vérification des performances du DMAS.8
10.1 Vérification de la classification des particules .8
10.2 Vérification de l'efficacité du comptage des particules en nombre.9
11 Problèmes et erreurs.9
11.1 Efficacité du comptage des CPC (CNC).9
11.2 Particules à charges multiples.9
11.3 Pertes d'échantillonnage .9
11.4 Incertitudes .11
11.5 Surcharge.12
11.6 Échantillonnage de fibres.12
11.7 Humidité .12
11.8 Entretien .12
Annexe A (informative) Méthodes permettant de déterminer l'exposition .13
Annexe B (informative) Liste des fabricants (non exhaustive) .14
Bibliographie.15
© ISO 2011 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 28439:2011(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 28439 a été élaborée par le comité technique CEN/TC 137, Évaluation de l'exposition aux agents
chimiques et biologiques sur le lieu de travail, du Comité européen de normalisation (CEN) en collaboration
avec le comité technique ISO/TC 146, Qualité de l'air, sous-comité SC 2, Atmosphères des lieux de travail,
conformément à l'Accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).
iv © ISO 2011 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 28439:2011(F)
Introduction
Dans le cadre de l'hygiène au travail, les concentrations d'aérosols ont généralement été mesurées en termes
de concentrations massiques. Dans le cas de certains aérosols ultrafins et de nanoaérosols, d'autres métriques
d'exposition, telles que la concentration en nombre et en surface, sont susceptibles de devenir importantes pour
prévoir les effets sur la santé, en fonction des propriétés chimiques et physiques. La présente Norme
internationale offre une méthode permettant de déterminer la concentration en nombre et la distribution
granulométrique d'aérosols ultrafins et de nanoaérosols sur les lieux de travail en utilisant des systèmes
d'analyse différentielle de mobilité (DMAS). Elle peut être utilisée par des chercheurs et hygiénistes du travail
pour mesurer la concentration sur certains lieux de travail. Les systèmes ne sont généralement pas adaptés
pour des mesures d'exposition individuelle.
© ISO 2011 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 28439:2011(F)
Air des lieux de travail — Caractérisation des aérosols
ultrafins/nanoaérosols — Détermination de la distribution
granulométrique et de la concentration en nombre à l'aide de
systèmes d'analyse différentielle de mobilité électrique
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale fournit des lignes directrices permettant de déterminer la concentration en
nombre et la distribution granulométrique d'aérosols ultrafins et de nanoaérosols au moyen de spectromètres
de mobilité électrique (également appelés analyseurs différentiels de mobilité). Seule la fraction de particules
de l'aérosol est considérée. Pour des aérosols ultrafins et des nanoaérosols, des métriques d'exposition telles
que la concentration en nombre et en surface sont très importantes.
La présente Norme internationale fournit également des lignes directrices pour la détermination de l'exposition
aux aérosols ultrafins et aux nanoaérosols sur le lieu de travail.
En particulier, le système d'analyse différentielle de mobilité (DMAS), désormais disponible auprès de
plusieurs distributeurs, est présenté. Les principes de fonctionnement, les problèmes d'échantillonnage dans
l'environnement du lieu de travail, l'étalonnage, l'entretien du matériel, l'incertitude de mesure, et le rapport
des résultats de mesurage sont couverts.
Des problèmes potentiels et des limitations sont décrits, qui nécessitent d'être abordés quand des valeurs
limites sont fixées et que des mesurages de conformité sont effectués.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO/TR 27628, Air des lieux de travail — Particules ultrafines, nanoparticules et aérosols nanostructurés —
Caractérisation et évaluation de l'exposition par inhalation
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO/TR 27628 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1
mobilité électrique critique
Z
crit
mobilité électrique de particules qui, dans l'analyseur différentiel de mobilité électrique, sont transférées
depuis le flux d'air échantillonné vers le flux de l'aérosol monodispersé sortant
NOTE En raison de la finition du DEMC, le flux de sortie n'est pas strictement monodispersé, mais correspond à une
plage de mobilités électriques pour chaque tension.
© ISO 2011 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 28439:2011(F)
3.2
équilibre des charges de particules
condition de charge des particules d'un aérosol qui est stable après une exposition à des ions positifs et
négatifs pendant un laps de temps suffisamment long
NOTE 1 Des ions bipolaires sont produits par une source radioactive ou par un chargeur à effet couronne.
NOTE 2 La charge électrique de chaque particule d'un aérosol à l'équilibre des charges n'est pas neutre.
[1]
NOTE 3 Adapté de l'ISO 15900:2009 , 2.11.
3.3
diamètre de mobilité électrique des particules (équivalent)
diamètre équivalent d'une sphère ayant la même mobilité électrique que la particule considérée
4 Symboles et termes abrégés
4.1 Symboles
B mobilité mécanique d'une particule s/kg
C facteur de correction de Cunningham 1
3
C concentration en nombre de l'aérosol 1/m
N
d diamètre de la particule nm
d diamètre équivalent de mobilité électrique de la particule m
p
d diamètre équivalent moyen de mobilité électrique de la particule m
p
2
D coefficient de diffusion de la particule m /s
−19
e charge élémentaire 1,602 177 × 10 C
3
q débit d'air de l'échantillon du DEMC m /s
1
3
q débit d'air propre filtré du DEMC m /s
2
3
q débit d'air en excès du DEMC m /s
3
3
q débit d'air sortant du détecteur de particules du DEMC m /s
4
−23
k constante de Boltzmann 1,38 × 10 N⋅m/K
L longueur de la ligne d'échantillonnage m
n nombre de charges 1
p pénétration dans la ligne d'échantillonnage 1
t délai (de coagulation) s
t durée de balayage s
scan
T température absolue à laquelle le DEMC fonctionne K
3
V volume du réservoir tampon pour le débit d'air échantillonné m
v
2
Z mobilité électrique d'une particule chargée en suspension dans l'air m /V⋅s
2
Z mobilité électrique critique d'une particule chargée en suspension dans l'air m /V⋅s
crit
η viscosité des gaz Pa⋅s
μ paramètre de pertes par diffusion 1
2 © ISO 2011 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 28439:2011(F)
4.2 Termes abrégés
CNC compteur de noyaux de condensation
CPC compteur de particules de condensation
DEMC spectromètre différentiel de mobilité électrique
DMAS système d'analyse différentielle de mobilité
NOTE Un DMAS est également appelé DMPS (analyseur différentiel de mobilité) ou SMPS (analyseur de mobilité à
balayage).
HEPA filtre à très haute efficacité
5 Principe
Sur un lieu de travail, l'aérosol est échantillonné à un emplacement représentatif de l'atmosphère à laquelle le
travailleur peut être exposé. Les particules ayant une granulométrie supérieure à 1 µm environ sont
précipitées et les particules de moins de 1 µm environ sont transportées dans l'instrument. Après le
conditionnement de la charge, les particules de l'aérosol sont séparées dans le champ électrique du DEMC
(voir Références [6] et [7]) en fonction de leur mobilité électrique, donnée par l'Équation (1).
Zn= eB
⎫
⎪
C
(1)
⎬
B=
⎪
3πηd
p
⎭
où
Z est la mobilité électrique, en mètres carrés par volt seconde, d'une particule d'aérosol chargée;
n est le nombre de charges électriques;
−19
e est la charge élémentaire, 1,602 177 × 10 C;
B est la mobilité mécanique d'une particule, en secondes par kilogramme;
C est le facteur de correction de Cunningham;
η est la viscosité des gaz, en pascals secondes;
d est le diamètre équivalent de mobilité électrique des particules, en mètres.
p
La mobilité électrique critique des particules, Z , est directement liée aux dimensions géométriques du
crit
DEMC. Le diamètre équivalent de mobilité électrique des particules, d , peut être déterminé à partir
p
d'équations fournies par le fabricant de l'instrument.
Les particules d'une certaine taille ou comprises dans un certain intervalle de tailles sont comptées dans un
compteur de noyaux de condensation (CNC) [encore dénommé compteur de particules de condensation,
(CPC)] ou un électromètre, permettant de déterminer la concentration en nombre des particules de chaque
taille ou intervalle de tailles. On obtient une distribution granulométrique en nombre en balayant ou en
changeant la tension du DEMC par paliers. La plage de tailles entre 3 nm et 1 000 nm en termes de diamètre
de mobilité électrique peut être partiellement couverte par différents instruments (voir Référence [8]). Le
DEMC présente l'avantage suivant: le diamètre de mobilité électrique est presque équivalent au diamètre de
surface projetée des particules (défini comme le diamètre équivalent d'une sphère ayant la même surface
projetée que les particules considérées) ayant des géométries compactes. La concentration en nombre totale
est obtenue par addition ou intégration de tous les canaux de taille.
Si la composition des particules échantillonnées ne peut être obtenue, la distribution de la surface et de la
concentration en volume peut, dans certains cas, être estimée par des calculs fournis par le fabricant ou la
littérature, par exemple si les particules sont considérées comme sphériques.
© ISO 2011 – Tous droits réservés 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 28439:2011(F)
6 Matériel
6.1 Généralités
Un DMAS comprend différentes sections d'instruments (voir Figure 1):
a) sélecteur granulométrique;
b) chargeur de particules ou conditionneur de charge de particule;
c) spectromètre différentiel de mobilité électrique (DEMC), avec contrôle du flux et de haute tension;
d) détecteur de particules;
e) contrôleur du système avec acquisition et analyse des données (généralement un micrologiciel incorporé
ou un logiciel dédié sur un ordinateur personnel).
Figure 1 — Parties principales d'un DMAS
6.2 Ligne d'échantillonnage
L'aérosol est souvent échantillonné à l'aide d'un tube souple afin d'accéder à la zone respiratoire d'un
travailleur. Le tube doit être constitué d'un matériau conducteur. Il convient de minimiser les pertes par
diffusion des particules en utilisant des tubes d'une longueur réduite. Par exemple, l'application de tubes en
caoutchouc souples en matériau conducteur d'une longueur ne dépassant pas quelques mètres et présentant
un diamètre interne compris entre 4 mm et 6 mm garantit un court temps de séjour au sein du tube
(voir 11.3.2). Le débit dans la ligne d'échantillonnage doit être laminaire.
Lors de l'échantillonnage d'aérosols extrêmement instables tels que des fumées de soudage, il est
recommandé d'utiliser en plus un réservoir tampon pour établir une moyenne de la concentration au cours du
balayage. Le réservoir tampon doit être conducteur et raccordé à la terre. Le temps de séjour moyen dans le
réservoir tampon doit être fonction du temps de balayage. Le volume du récipient peut être choisi selon le
débit d'échantillon conformément à la Condition (2) afin d'obtenir une concentration relativement stable au
cours du balayage.
V
v
W 5 (2)
qt
1scan
4 © ISO 2011 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 28439:2011(F)
où
V est le volume, en mètres cubes, du réservoir tampon pour le débit d'air de l'échantillon;
v
q est le débit d'air de l'échantillon du DEMC, en mètres cubes par seconde;
1
t est le temps de balayage, en secondes.
scan
-5 3
EXEMPLE Pour un débit d'air échantillonné de 0,3 l/min (0,5 × 10 m /s) et un temps de balayage de 2 min (120 s),
-3 3
un réservoir de 3 l (3 × 10 m ) est approprié.
Des volumes de tampon inférieurs sont à privilégier si l'aérosol s'agglomère par coagulation (forte
concentration de particules primaires), voir 11.3.3.
NOTE L'état des connaissances au moment de la publication ne permet de donner aucune recommandation
concernant un volume supérieur.
6.3 Sélecteur granulométrique
Un sélecteur granulométrique est nécessaire de façon à précipiter les particules dont la taille est supérieure à
l'étendue de mesure souhaitée. Ce résultat peut être obtenu, par exemple, à l'aide d'un impacteur ou d'un
cyclone adapté. Le sélecteur granulométrique doit être nettoyé et, si nécessaire, graissé régulièrement.
6.4 Conditionneur de charge de particules
L'aérosol est chargé de charges électriques libres par collisions avec des ions gazeux et des électrons. Les
charges électriques libres sont généralement produites par une source radioactive dans le flux d'air, isolée par
85 210 241
une mince enceinte. On utilise des sources telles que Kr, Po ou Am. La totalité de l'aérosol atteint un
équilibre de charge d'une distribution connue (voir Référence [9]).
NOTE La mise en charge de particules non-sphériques diffère de celle de particules sphériques. Donc la distribution
de charges électriques en fonction de la taille de particule employée dans l'inversion de la mobilité électrique critique dans
un intervalle de taille de particule est strictement valable seulement pour des particules sphériques.
6.5 DEMC
L'aérosol conditionné atteint la section de classification suivant la mobilité électrique. Un DEMC classique
comprend une électrode interne et une électrode externe maintenues à une différence de potentiel électrique
généralement comprise entre 20 V et 10 000 V (voir Figure 2).
Les particules sont transportées au sein d'un flux laminaire le long d'une région annulaire ou d'un tube gainé
par un débit d'air propre (filtré). Le mouvement des particules chargées dépend de leurs différentes mobilités,
ce qui fait qu'elles atteignent l'électrode en diverses positions. Les particules contenues dans une plage de
mobilité électrique étroite centrée sur la mobilité électrique critique sont échantillonnées par le biais d'une
fente située à l'extrémité de la région annulaire, puis transportées dans le détecteur de particules.
6.6 Détecteur de particules d'aérosol
L'aérosol séparé ayant la mobilité électrique critique spécifiée est conduit vers un compteur qui détermine le
nombre de particules par unité de volume. Le compteur le plus couramment utilisé est le CPC (CNC). Dans
cet appareil, l'aérosol est mis en contact avec de la vapeur sursaturée (alcool ou eau) qui se condense sur les
particules. Les particules croissent rapidement jusqu'à devenir de grosses gouttelettes, mesurant
généralement plusieurs micromètres de diamètre. Elles peuvent alors être détectées à l'aide de méthodes
optiques. L'électromètre est un autre détecteur permettant de déterminer le courant électrique net fourni par
les particules échantillonnées.
Il est impossible de pratiquer d'autres analyses des particules après leur passage dans le détecteur. Des
échantillonneurs supplémentaires utilisés en parallèle du DMAS peuvent servir à collecter des échantillons
permettant d'autres analyses, par exemple un précipitateur thermique ou électrostatique.
© ISO 2011 – Tous droits réservés 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 28439:2011(F)
Légende
q débit d'air de l'échantillon du DEMC
1
q débit d'air propre filtré du DEMC
2
q débit d'air en excès du DEMC
3
q débit d'air sortant du détecteur de particules du DEMC
4
Z mobilité électrique d'une particule chargée en suspension dans l'air
Z mobilité électrique critique d'une particule chargée en suspension dans l'air
crit
Figure 2 — Schéma d'un DMAS
7 Stratégie de mesurage
Le DMAS donne des informations détaillées sur la distribution granulométrique des aérosols sur une plage de
taille définie. Il peut servir à détecter des sources d'émission de particules sur le lieu de travail ou à effectuer
des mesurages dans la zone respiratoire d'un travailleur, en vue d'obtenir des informations relatives à
l'exposition individuelle. Les instruments DMAS disponibles au moment de la publication pouvant uniquement
être utilisés en tant qu'échantillonneurs statiques, il convient si possible de trouver un point de prélèvement
représentatif à l'aide de tubes, comme spécifié en 6.2. Les caractéristiques de l'écoulement de l'air sur le lieu
de travail, par exemple l'orientation du flux d'air par rapport à la source et au point d'échantillonnage, et la
présence de sources multiples sont des éléments essentiels à considérer pour la sélection d'un point
d'échantillonnage ou pour l'interprétation de l'exposition d'un travailleur.
Pour les travailleurs se déplaçant, une stratégie d'échantillonnage plus structurée est nécessaire (voir
Annexe A).
NOTE Dans certaines conditions de lieu de travail, il n'est pas possible de trouver un point de prélèvement
représentatif. Dans ce cas, les valeurs des données mesurées sont moins fiables.
Des informations générales sur la stratégie de mesurage dans des lieux de travail peuvent être trouvées dans
[2]
l'EN 689 .
6 © ISO 2011 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 28439:2011(F)
8 Procédure de mesurage
8.1 Préparation
La réponse d'un DMAS doit régulièrement être vérifiée avec des tailles de particules de référence (voir 10.1),
par exemple avant et après une campagne de mesurage.
Avant d'effectuer une série de mesurages, une vérification du zéro du DMAS est utile en appliquant des filtres
à très haute efficacité (HEPA) positionnés sur la ligne d'échantillonnage et le débit d'air.
8.2 Échantillonnage
Si l'exposition du travailleur doit être estimée, l'aérosol doit être prélevé dans la zone respiratoire du travailleur.
Au moment de la publication, tous les DMAS existants sont des instruments statiques encombrants. Il
convient de prélever l'échantillon dans une zone représentative ou à proximité de la zone respiratoire du
travailleur. Une ligne d'échantillonnage, telle que spécifiée en 6.2, peut être utilisée. Si le travailleur n'est pas
à un poste fixe, des échantillons peuvent être prélevés en différents points en déplaçant l'entrée de la ligne
d'échantillonnage ou en déplaçant l'ensemble du DMAS.
Les pertes par diffusion dans la ligne d'échantillonnage doivent être prises en considération (voir Article 11).
Si l'instrument dispose d'un mode de balayage ou d'échelonnement de la tension, le délai pour un mesurage
est de quelques minutes, généralement de 3 min à 6 min. Pendant ce laps de temps, la taille et le nombre de
particules de l'aérosol ne doivent pas changer. S'il est question de mesurer des concentrations très instables,
par exemple en présence de fumées de soudage, il est recommandé d'utiliser un réservoir tampon de
quelques litres dans la ligne d'échantillonnage afin d'éviter des pics artificiels au cours du balayage. Une autre
possibilité consiste à établir la moyenne d'une série d'échantillons si les émissions à court terme apparaissent
régulièrement.
Certains dispositifs DMAS permettent de modifier des paramètres de l'instrument tels que le débit
d'échantillonnage de l'air, le débit d'air propre filtré, le temps de balayage, ou même de changer de type de
DEMC. Ces paramètres influencent l'étendue de mesure. Il est recommandé de sélectionner la plage de
façon à couvrir la totalité de la distribution granulométrique des particules ultrafines sur le lieu de travail. La
pratique montre que les valeurs maximales des distributions granulométriques en nombre se situent
approximativement entre 10 nm et 500 nm, selon qu'il s'agisse de particules ultrafines primaires, agrégées ou
agglomérées.
La concentration totale en nombre intégrée sur l'étendue de mesure que l'on peut trouver sur les lieux de
9 3 14 3
travail varie entre 10 particules/m et 10 particules/m , en fonction du niveau de propreté ou de pollution
par des panaches provenant d'émissions urbaines ou de fumées de soudage (voir Référence [10]).
9 Présentation et évaluation des données
La distribution obtenue à partir de la concentration en nombre, C , doit être donnée sous la forme d'une
N
concentration différentielle en termes de diamètre équivalent de mobilité électrique des particules d , par
p
exemple dC /dd ou dlog C /dlog d , afin de pouvoir comparer les différents paramètres des instruments
N p N p
(nombre de canaux par décade, largeur des canaux).
En fonction de l'objet des mesurages, les données de distribution granulométrique en nombre peuvent être
présentées de nombreuses manières différentes, par exemple:
a) le calcul de données statistiques telles que les valeurs médiane et maximale présente un intérêt et est
possible si la totalité de la distribution est suffisamment couverte;
b) le calcul de la concentration totale en nombre dans l'étendue de mesure, la co
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.