اختبار الجسيمات النانوية بيان من المجمع يحتوي على المواد متناهية الصغر باستخدام نظام الغرفة

Summary

Nanoparticle release is tested using a chamber system that includes a condensation particle counter, an optical particle counter and sampling ports to collect filter samples for microscopy analysis. The proposed chamber system can be effectively used for nanomaterial release testing with a repeatable and consistent data range.

Abstract

مع التطور السريع لتكنولوجيا النانو باعتبارها واحدة من أهم التقنيات في القرن ^الحادي و21، مصلحة في سلامة المنتجات الاستهلاكية التي تحتوي على المواد متناهية الصغر في تزايد أيضا. تقييم الافراج عن المواد متناهية الصغر من المنتجات التي تحتوي على المواد النانوية هو خطوة حاسمة في تقييم سلامة هذه المنتجات، وأدى في العديد من الجهود الدولية المبذولة لتطوير تقنيات متسقة وموثوق بها لتوحيد تقييم الافراج عن المواد متناهية الصغر. في هذه الدراسة، يتم تقييم الإفراج عن المواد النانوية من المنتجات التي تحتوي على المواد النانوية باستخدام نظام الغرفة التي تضم الجسيمات المضادة التكثيف، والبصرية الجسيمات المضادة، وأخذ عينات من الموانئ لجمع عينات من مرشح للتحليل المجهر الإلكتروني. يتم اختبار نظام غرفة المقترحة باستخدام سحاجة وقرص من نوع عينات المواد بمركب متناهي في الصغر لتحديد ما إذا كان الإفراج عن المواد متناهية الصغر غير قابلة للتكرار وثابت داخل نطاق مقبول.وتشير نتائج الاختبار أن العدد الكلي للجسيمات في كل اختبار هو ضمن 20٪ من المعدل بعد عدة محاكمات. الاتجاهات الإفراج متشابهة وأنها تظهر التكرار جيدة جدا. ولذلك، فإن نظام الدائرة المقترحة يمكن استخدامها بشكل فعال لإطلاق المواد متناهية الصغر اختبار المنتجات التي تحتوي على المواد متناهية الصغر.

Introduction

ومعظمهم قد درس التعرض المواد متناهية الصغر فيما يتعلق العمال في أماكن العمل التصنيع، والمناولة، وافتعال، والتعبئة والتغليف المواد النانوية، في حين لم يدرس تعرض للمستهلك على نطاق واسع. وأشار تحليل حديث لقاعدة البيانات البيئية والأدب الصحية التي تم إنشاؤها من قبل المجلس الدولي لتقنية النانو (ICON) كما أن معظم الأبحاث سلامة المواد متناهية الصغر وتركز على المخاطر (83٪) والتعرض المحتمل (16٪)، مع الإفراج عن nanocomposites، وهو ما يمثل تعرض للمستهلك، فقط يمثلون 0.8٪ ^1. وبالتالي، لا يعرف إلا القليل جدا عن تعرض المستهلك للمواد النانوية.

وقد استخدم إطلاق جسيمات متناهية الصغر لتقدير تعرض للمستهلك في دراسات المحاكاة، بما في ذلك التآكل والتعرية من nanocomposites، غسل المنسوجات، أو حركة الغبار اختبار طرق، مثل طريقة طبل الدورية، دوامة اهتزاز طريقة، وأساليب شاكر أخرى ^2-3. بالإضافة إلى ذلك، العديد الدوليةمحاولات، مثل nanorelease ILSI (المعهد الدولي للعلوم الحياة) وNanoReg الاتحاد الأوروبي، التي بذلت لتطوير التكنولوجيا لفهم الإفراج عن المواد النانوية المستخدمة في المنتجات الاستهلاكية. وILSI المنتج nanorelease المستهلك أطلقت في عام 2011 يمثل نهج دورة الحياة إلى إطلاق المواد متناهية الصغر من المنتجات الاستهلاكية، حيث المرحلة 1 ينطوي على اختيار المواد متناهية الصغر، وتغطي المرحلة 2 أساليب التقييم، والمرحلة 3 ينفذ الدراسات بين المختبرات. كما تم نشر العديد من الدراسات والمنشورات على سلامة المواد النانوية في المنتجات الاستهلاكية ^4-6.

وفي الوقت نفسه، NanoReg يمثل نهج أوروبي مشترك لاختبار التنظيمي للمواد النانوية المصنعة ويوفر برنامج الطرق لاستخدامها في محاكاة النهج إلى nanorelease من المنتجات الاستهلاكية 2. ISO TC 229 كما تحاول تطوير المعايير ذات الصلة لسلامة المستهلك وتقديم الجديد اقتراح بند العمل من أجل سلامة المستهلك. منظمة التعاون والتنمية WPMN (workiنانوغرام الطرف عن المواد متناهية الصغر)، وخاصة SG8 (الفريق التوجيهي على تقييم التعرض وتخفيف التعرض)، أجريت مؤخرا دراسة على اتجاه العمل في المستقبل، خصوصا الاستهلاكية وتقييم التعرض البيئي. لذلك، في ضوء هذه الأنشطة الدولية، أطلقت وزارتي الكورية للتجارة والصناعة والطاقة وركز مشروع المستويات في عام 2013 على "تطوير تكنولوجيات لتقييم سلامة وتوحيد المواد النانوية وnanoproducts". بالاضافة الى ذلك، إطلاق المواد متناهية الصغر من المنتجات الاستهلاكية كما تم نشر العديد من الدراسات ^7-8 السلامة ذات الصلة المستهلك لتوحيد.

اختبار الكشط هو واحد من النهج محاكاة المدرجة في nanorelease ILSI وNanoReg ^2-3 لتحديد مستوى الانبعاثات المحتملة للجزيئات النانوية من مختلف المنتجات المركبة التجارية. يستخلص يستند فقدان الوزن الجماعية على الفرق في الوزن العينة قبل وبعد العبراتأيون باستخدام سحاجة. ومتآكل العينة بمركب متناهي في الصغر بسرعة ثابتة، أخذ العينات تمتص حتى الهباء الجوي، وبعد ذلك يتم تحليل الجزيئات باستخدام أجهزة العد الجسيمات، مثل التكثيف الجسيمات المضادة (CPC) أو البصرية الجسيمات المضادة (OPC)، والتي تم جمعها على TEM (نقل الإلكترون المجهري) شبكة أو غشاء لمزيد من التحليل البصري. ومع ذلك، إجراء اختبار التآكل للمواد بمركب متناهي في الصغر يتطلب إطلاق جسيمات متناهية الصغر ثابت، وهو أمر صعب بسبب الجسيمات الشحن نتيجة للتآكل وعند إجراء أخذ العينات الجسيمات بالقرب من نقطة الانبعاثات ^{2-3، 9-11.}

وفقا لذلك، تقدم هذه الورقة نظام غرفة كأسلوب جديد لتقييم الافراج عن المواد متناهية الصغر في حالة تآكل المواد بمركب متناهي في الصغر. بالمقارنة مع غيرها من التآكل، ومحاكاة التجارب، يوفر نظام غرفة المقترحة عن بيانات جسيمات متناهية الصغر متسقة في حالة من التآكل. وعلاوة على ذلك، وهذه الطريقة اختبار جديدوقد استخدم على نطاق واسع في مجال جودة الهواء في الأماكن المغلقة وصناعة أشباه السلوك كما هو مجموع عدد الجسيمات طريقة العد ^{12 و 13.} ولذلك، فمن المتوقع أن الطريقة المقترحة يمكن تطويرها إلى أسلوب موحد لإطلاق اختبار جسيمات متناهية الصغر من المنتجات الاستهلاكية التي تحتوي على المواد النانوية.

Protocol

1. إعداد أدوات وعينات

1. سحاجة
   1. بناء على اختبار التآكل، واستخدام سحاجة مع مرحلة واحدة عينة دوران (مم 140)، وهما أصحاب عجلة الكشط، وسرعة دوران 30 - 80 دورة في الدقيقة.
   2. استخدام الوزن لتأمين عجلة كشط إلى حامل للعجلة الكشط، وهو ما ينطبق أيضا تحميل لعينة الاختبار.
   3. تثبيت مدخل الهواء إضافي لتقديم تعليق أفضل للجسيمات abrased، كما هو مبين في الشكل (3). استخدام 1/8 "قطرها أنبوب تقع على بعد 15 مم فوق و 40 ملم بعيدا عن مركز عينة الاختبار.
2. عجلة الكشط
   1. التفاف عجلة الكشط (قطر 55 مم، 13 مم) مع الرمل ورقة (100 حصى والعلامة التجارية الجديدة).
3. عينة
   1. العينة هو مركب يحتوي على المواد متناهية الصغر لاختبار التآكل. لتركيبها في سحاجة، يجب أن تكون العينة مستعدة خفة دمح مم 140.
4. غرفة
   1. استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ لجدران الغرفة لتجنب الجسيمات ترسب المقرر أن القوة الكهروستاتيكية. وضع سحاجة داخل غرفة (حجم 1 م ³⁾ (الجدول 1)، وتحديد مدخل الهواء ومخرج في الجزء العلوي والسفلي من الغرفة، على التوالي. استخدام خلاط، ويتألف من ثلاث لوحات مثقوبة، عند مخرج الهواء لتحقيق تدفق الجسيمات مختلطة بشكل موحد.
5. التعادل
   1. كما الجسيمات المشحونة بشكل ثابت الكهربائية تعزيز الجسيمات ترسب على جدران الغرفة، واستخدام التعادل (لينة المؤين الأشعة السينية) للحد من حالة شحن من الجزيئات.
6. أدوات القياس على الانترنت ^{12 و 13}
   1. استخدام للحزب الشيوعى الصينى ومكتب أمين المظالم لقياس تركيز عدد الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات وفقا لتعليمات الشركة الصانعة.
   2. تثبيت للحزب الشيوعى الصينى ومكتب أمين المظالم في outleطن من الغرفة لقياس تركيز عدد الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات.
7. أدوات أخذ العينات الجسيمات
   1. أخذ عينات من الجسيمات أفرج عنه باستخدام الجسيمات العينات التي تحتوي على وسائل الاعلام فلتر أو شبكة تيم لتحليل مورفولوجيا الجسيمات والمكونات.
   2. تثبيت وسائل الاعلام فلتر الجسيمات العينات التي تحتوي على أو شبكة تيم عند مخرج الغرفة لتحليل مورفولوجيا الجسيمات الافراج عنهم.

2. كشط اختبار الجسيمات النانوية الإصدار عن طريق نظام الغرفة

ملاحظة: يتم وصف ظروف الاختبار تآكل في الجدول 2.

1. تحديد موقع سحاجة في وسط الغرفة.
2. تثبيت عينة الاختبار على عينة مرحلة دوران سحاجة.
3. تأمين العجلات تآكل في أصحاب عجلة كشط ويبلغ وزنها 1000 غرام لتطبيق تحميل لعينة الاختبار.
4. تحديد موقع التعادل (لينة المؤين الأشعة السينية)28 سم بعيدا عن وسط عينة اختبار في زاوية 45 درجة، كما رأينا في الشكل 2، للحد من الجسيمات ترسب الكهربائية الساكنة على جدران الغرفة.
   ملاحظة: إن التعادل يزيل القوة الكهروستاتيكية عن التعرض شعاع. ومع ذلك، منذ تقع العجلات مدخل الهواء والاحتكاك فوق خشبة المسرح عينة التناوب، وهذا يحد من وصول شعاع التعادل على سطح عينة الاختبار. لذلك، يقع التعادل قطريا للسماح لشعاع للوصول إلى أكبر قدر من سطح العينة وقت ممكن.
5. تشغيل منفاخ المثبتة عند مخرج غرفة بمعدل تدفق / دقيقة 50 L.
6. العرض 25 لتر / دقيقة إضافية خالية من الجسيمات تعليق الهواء باستخدام ضاغط الهواء من خلال فتحة الهواء إضافي.
   ملاحظة: تم إيداع الجسيمات، التي تم إنشاؤها بواسطة الكشط، على سطح العينة وتآكل العجلات، وبقوة. وبالتالي، فإنه من الصعب قياس الجزيئات abrased. مدخل الهواء إضافي يمكن هيلص لحل هذه المشكلة لتعليق الجسيمات.
7. للتحقق من تركيز عدد خلفية الجسيمات داخل الغرفة لتصل إلى متوسط تركيز عدد الجسيمات لمدة 1 ساعة من أقل من 1 # / سم مكعب باستخدام حزب الشيوعى الصينى، كما هو موضح في الشكل (4).
8. تشغيل المرحلة عينة دوران سحاجة باستخدام محرك خطوة التي تدور في مرحلة التناوب عينة في 72 دورة في الدقيقة مع 1000 التناوب.
9. قياس وتسجيل توزيع الجسيمات تركيز عدد وحجم الجسيمات أفرج عنه باستخدام حزب الشيوعى الصينى ومكتب أمين المظالم.
   ملاحظة: الجزيئات التي صدرت من nanocomposites يتم تعليق وحملت عن طريق الهواء الذي يتم ضخه. ويتم نقل هذه الجسيمات العالقة في نهاية المطاف إلى منفذ التالية تيار الهواء. ثم يتم الكشف عن الجسيمات الصادرة عن الحزب الشيوعى الصينى ومكتب أمين المظالم عند مخرج القاعة. في معظم الأحيان وتستخدم للحزب الشيوعى الصينى ومكتب أمين المظالم لقياس تركيز عدد الجسيمات، في حين أن OPC يمكن أيضا قياس توزيع حجم الجسيمات.
10. عصيدةلو الجسيمات صدر باستخدام العينات الجسيمات تحتوي على وسائل الاعلام فلتر أو شبكة تيم.
    ملاحظة: الجسيمات صدر من nanocomposites الخطوة التي اتخذتها كشط إلى مخرج الغرفة التالية تيار الهواء. عند مخرج القاعة، والجزيئات صدر يمكن أخذ عينات باستخدام العينات الجسيمات. الجسيمات صدر جمعها على وسائل الاعلام فلتر أو شبكة تيم ثم يمكن تحليلها باستخدام تيم أو SEM (المسح المجهر الإلكتروني).
11. وقف القياس وأخذ العينات عندما يصل تركيز عدد الجسيمات أقل من 0.1٪ من تركيز العدد الأقصى الجسيمات.
12. حفظ جميع البيانات (CPC، OPC) وإزالة جميع العينات (عينات الاختبار).
13. استخدام عينة جديدة وعجلات كشط جديدة لكل اختبار، وغسل غرفة وسحاجة مع kimwipes وIPA (ايزو بروبيل الكحول) بعد كل اختبار الكشط لتأكيد التكرار.

النتائج

كشط اختبار التكرار عن طريق نظام الغرفة

بلغ إجمالي أعداد الجسيمات متسقة ل8 اختبارات التآكل، كما هو مبين في الجدول 3. قياس للحزب الشيوعى الصينى بمتوسط 3.67 X10 ⁹ الجسيمات، في حين عد OPC بم?...

Discussion

كانت الخطوات الأكثر أهمية عند إجراء اختبار nanorelease من المواد بمركب متناهي في الصغر باستخدام اختبار الكشط: 1) باستخدام نظام غرفة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ مع التعادل لإزالة الشحنات الكهربية التي تولدها الاحتكاك وتقليل ترسب الجسيمات على جدران الغرفة. 2) تزويد الهو...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Foamex	Taeyoung, R. of Korea
MWCNT (multiwalled carbon nanotube) composite	Hanwha, Incheon, R. of Korea		2% MWCNTs in low density polyethylene
Abrasion Paper	Derfos, R. of Korea	#100	100 grit sand paper
Condensation Particle Counter (CPC)	TSI Inc, Shoreview, MN	UCPC 3775
Optical Paritcle Counter (OPC)	Grimm, Ainring, Germany	1.109
Mini Particle Sampler	Ecomesure, Saclay, France
Quantifoil Holey Carbon Film	TED PELLA Inc. USA	1.2/1.3
Filter Holder			custom made
Polycarbonate Filter	Millipore, USA	CAT No. GTTP02500
Soft X-ray Ionizer (Neutralizer)	SUNJE, R. of Korea	SXN-05U
Field Emission-Scanning Electron Microscope (FE-SEM)	Hitachi	S-4300