FRACCIÓN INHALABLE DE MATERIA PARTICULADA: EVALUACIÓN AMBIENTAL

Transcripción

1 FRACCIÓN INHALABLE DE MATERIA PARTICULADA: EVALUACIÓN AMBIENTAL 22.

2 FRACCIÓN INHALABLE DE MATERIA PARTICULADA: EVALUACIÓN AMBIENTAL ÍNDICE 1.- Introducción 2.- Comportamiento de los aerosoles en el sistema respiratorio 3.- La fracción inhalable: definición 4.- Evaluación ambiental de la fracción inhalable Tipos de muestreadores para fracción inhalable Elección del valor límite 5.- Equipos de lectura directa para el control ambiental de aerosoles Nefelometría Espectrometría 6.- Bibliografía JULIÁN VELASCO ORTEGA Doctor en Ciencias Químicas. Jefe de Formación y Asesoramiento Técnico de APA. CARLOS SUÁREZ RODRÍGUEZ Licenciado en Bioquímica. Jefe de Producto del Departamento de Higiene Industrial y Medio Ambiente de Vertex Technics, S.L. ROBERTO HERNANI MAYO Licenciado en Ciencias Biológicas. Técnico Comercial de Vertex Technics, S.L. Los aerosoles se pueden generar en muy diversas actividades y procesos industriales. La naturaleza, tamaño y número de partículas que constituyen un aerosol es, por tanto, de una enorme variedad, ya que dependen de las características de los productos utilizados y de las operaciones implicadas en la actividad industrial. 1.- INTRODUCCIÓN Los contaminantes químicos procedentes de las distintas actividades industriales se encuentran frecuentemente en las atmósferas laborales bajo la forma de aerosoles. Un aerosol está constituido por partículas sólidas y/o líquidas suspendidas durante un cierto tiempo en el aire. El tamaño de dichas partículas puede ser muy variable y está comprendido normalmente entre 0,001 y 100 µm. Los aerosoles se pueden generar en muy diversas actividades y procesos industriales. La naturaleza, tamaño y número de partículas que constituyen un aerosol es, por tanto, de una enorme variedad, ya que dependen de las características de los productos utilizados y de las operaciones implicadas en la actividad industrial. Para la descripción de los aerosoles se utilizan diferentes términos en función de distintos aspectos o características: origen, estado físico, composición, tamaño de partícula, etc. Los términos más utilizados son los siguientes: POLVO: Suspensión de partículas sólidas en el aire generadas por procesos mecánicos. Algunos ejemplos característicos son las nubes de partículas que se producen en las canteras o en las plantas de áridos destinadas a la preparación de materiales para obras públicas y construcción, así como las partículas desprendidas en operaciones de afilado, aserrado, esmerilado, etc. 23.

3 OCTUBRE - DICIEMBRE 2008 PREVENCIÓN Nº 186 de las partículas inhaladas dependen principalmente de la naturaleza y del tamaño de las partículas, aunque hay otros factores como la velocidad y dirección del viento en las proximidades del cuerpo, la cadencia respiratoria, las características individuales, etc. Las partículas líquidas o los componentes solubles de las partículas sólidas pueden ser absorbidos por los tejidos donde quiera que se depositen. Las partículas pueden causar daño en el lugar de depósito si son corrosivas, radioactivas, o capaces de iniciar algún otro tipo de daño. Las partículas insolubles pueden ser transportadas a otra parte del tracto respiratorio o del cuerpo, donde pueden ser absorbidas o causar un efecto biológico. Figura 1.- Regiones del sistema o tracto respiratorio humano. NIEBLA: Suspensión de partículas líquidas en el aire generadas por una acción mecánica sobre un líquido (salpicaduras, pulverización) o procedentes de la condensación de su fase gaseosa. Ejemplos característicos son las nubes de fumigación de los plaguicidas, nieblas de aceite mineral desprendidas en algunas operaciones de mecanizado de metales, nubes generadas en las operaciones de decapado, etc. HUMO: Suspensión de partículas sólidas en el aire generadas en procesos térmicos. Un ejemplo son los humos metálicos, que proceden de la condensación del estado gaseoso originado a partir de la sublimación o volatilización de un metal (humos de soldadura). Otro ejemplo son los humos de combustión desprendidos por los motores de explosión, o los que se producen cuando se incinera materia orgánica a temperaturas pirolíticas. 2.- COMPORTAMIENTO DE LOS AEROSOLES EN EL SISTEMA RESPIRATORIO El sistema o tracto respiratorio humano se divide en tres regiones: vías aéreas superiores, región traqueobronquial y región alveolar (Figura 1). Las partículas que penetran en el organismo pueden ser exhaladas o pueden depositarse en alguna región del tracto respiratorio. El comportamiento y la deposición Los principales mecanismos de defensa del tracto respiratorio frente a la materia particulada son: el mecanismo mucociliar, que actúa en las regiones de las vías superiores y traqueobronquial, y el mecanismo de endocitosis, que supone la acción de los macrófagos en la región alveolar. En las vías respiratorias superiores quedan depositadas las partículas de mayor tamaño que pueden ser eliminadas en unos minutos mediante el estornudo o por deglución. Sin embargo, hay partículas que presentan mayores tiempos de residencia como son, por ejemplo, las partículas de maderas duras, que pueden residir durante largos períodos y causar cánceres nasales. Las partículas que se depositan en la región traqueobronquial son desplazadas hasta la laringe gracias al movimiento de los cilios y posteriormente son deglutidas. Las partículas que se depositan en la 24.

4 FRACCIÓN INHALABLE DE MATERIA PARTICULADA: EVALUACIÓN AMBIENTAL región alveolar son transportadas hacia los bronquiolos por los macrófagos o pasan al sistema circulatorio o linfático. El tiempo de eliminación de las partículas en la región traqueobronquial es relativamente corto comparado con el correspondiente en la región alveolar. Hay grandes variaciones, de una persona a otra, en la probabilidad de inhalación de las partículas, depósito, reacción frente al depósito y aclaramiento. Sin embargo, es posible definir convenios para el muestreo selectivo del aerosol, por el tamaño de las partículas, cuando el propósito del muestreo está relacionado con la salud. Estos convenios son relaciones entre el diámetro aerodinámico de las partículas y las fracciones que han de ser recogidas o medidas, que son, aproximadamente, las fracciones que penetran en condiciones medias en las distintas regiones del tracto respiratorio. Las partículas que penetran en el organismo pueden ser exhaladas o pueden depositarse en alguna región del tracto respiratorio. El comportamiento y la deposición de las partículas inhaladas dependen principalmente de la naturaleza y del tamaño de las partículas, aunque hay otros factores. Tabla 1.- Valores numéricos del convenio inhalable, expresados como porcentaje del aerosol total, según norma UNE LA FRACCIÓN INHALABLE: DEFINICIÓN Tradicionalmente los higienistas han utilizado expresiones tales como polvo total, partículas totales, partículas inhaladas, etc. para referirse al conjunto de todas las partículas presentes en el ambiente capaces de entrar en el organismo a través de las vías aéreas superiores. Asimismo, el término respirable ha estado asociado a las partículas que, una vez en el interior del organismo, se depositan en la región alveolar. La evolución de la definición de los diferentes términos ha ido unida al desarrollo de equipos capaces de separar la fracción de interés de la nube de polvo. En la actualidad, el término fracción inhalable está adoptado internacionalmente para designar la fracción de la masa del aerosol total que se inhala a través de la nariz y la boca. Esta definición se encuentra recogida en la Norma UNE-EN 481:1995, en donde se especifican los convenios para el muestreo de las fracciones del aerosol (inhalable, torácica y respirable) en función del tamaño de las partículas. En la tabla 1 y en la figura 2 se indican y representan respectivamente los valores numéricos del convenio para la fracción inhalable como porcentaje del aerosol total frente al diámetro aerodinámico de las partículas. 4.- EVALUACIÓN AMBIENTAL DE LA FRACCIÓN INHALABLE El Real Decreto 374/2001, en su artículo 3, establece que la evaluación de los riesgos derivados de la exposición por inhalación a un agente químico peligroso deberá incluir la medición de las concentraciones del agente en el aire, en la zona de respiración del trabajador, y su posterior comparación con el valor límite ambiental que corresponda. El procedimiento de medición utilizado deberá adaptarse, por tanto, a la naturaleza de dicho valor límite. El procedimiento de medición y, concretamente, la estrategia de medición (número, duración y oportunidad de las mediciones) y el método de medición (incluidos, en su caso, los requisitos exigibles a los instrumentos de medi- 25.

5 OCTUBRE - DICIEMBRE 2008 PREVENCIÓN Nº 186 da), se establecerán siguiendo la normativa específica que sea de aplicación o, en ausencia de ésta, conforme a lo dispuesto en el artículo 5.3 del Reglamento de los Servicios de Prevención. Para la determinación de agentes químicos presentes en la atmósfera como materia particulada se tendrán en cuenta, entre otros documentos, las siguientes normas: Norma UNE-EN 481:1995: Atmósferas en los puestos de trabajo. Definición de las fracciones por el tamaño de las partículas para la medición de aerosoles. Norma UNE-EN 13205:2002: Atmósferas en el lugar de trabajo. Evaluación del funcionamiento de los instrumentos para la medición de concentraciones de aerosoles. En cualquier caso se deberán siempre cumplir los requisitos generales relativos al funcionamiento de los procedimientos para la medida de agentes químicos descritos en la Norma UNE- EN 482:2007. Hay grandes variaciones, de una persona a otra, en la probabilidad de inhalación de las partículas, depósito, reacción frente al depósito y aclaramiento. Sin embargo, es posible definir convenios para el muestreo selectivo del aerosol, por el tamaño de las partículas, cuando el propósito del muestreo está relacionado con la salud. Figura 2.- Convenio para la fracción inhalable según norma UNE-EN 481: TIPOS DE MUESTREADORES PARA FRACCIÓN INHALABLE El procedimiento más frecuente para el muestreo ambiental de aerosoles es el de filtración. La muestra se recoge haciendo pasar un volumen conocido de aire a través de un filtro, que va montado dentro de un muestreador. Este dispositivo se conecta a una bomba de aspiración mediante un tubo flexible. A partir de la cantidad de materia particulada recogida se calcula la concentración ambiental expresada en miligramos por metro cúbico de aire. Los requisitos de las bombas de muestreo personal así como las recomendaciones de uso vienen descritos en el documento CR- 01/2005 del INSHT. En España, para la toma de muestra de la fracción inhalable está ampliamente extendida la utilización de un portafiltro o cassette de plástico de 37 mm de diámetro, que se compone de tres cuerpos: un cuerpo superior que posee un orificio en su parte central de 4 mm de diámetro por donde penetra el aire, un cuerpo o anillo intermedio y un cuerpo inferior en donde se coloca el filtro apropiado y que posee un orificio central por donde sale el aire (conexión a la bomba). El caudal de muestreo recomendado está entre 1,7 y 2 litros/minuto. Para la determinación analítica (gravimetría) se consideran las partículas depositadas sobre el filtro. Tal y como se menciona en la Ficha Técnica FT-01/2008 Toma de muestras personales de la fracción inhalable de materia particulada del INSHT, estudios realizados indican que este muestreador de plástico de 37 mm no recoge de forma eficiente la fracción inhalable, subestimando significativamente la concentración de partículas de tamaños entre 30 y 100 µm. En los últimos años diversas organizaciones e institutos internacionales, así como diferentes fabricantes, han desarrollado una gran variedad de muestreadores para la fracción inhalable de materia particulada. De todos ellos, los equipos que potencialmente cumplen los requisitos de las normas UNE-EN 481 y UNE- EN son los siguientes: IOM (fabricado por SKC) 26.

6 FRACCIÓN INHALABLE DE MATERIA PARTICULADA: EVALUACIÓN AMBIENTAL PGP-GSP 3,5 (fabricado por Strohlein) PGP-GSP 10 (fabricado por Strohlein) CIP Arelco) 10-I (fabricado por PAS-6 (fabricado por la Universidad de Wageningen) BUTTON (fabricado por SKC) Sin embargo, hay que indicar que no todos los muestreadores cumplen con los requisitos de las normas para todas las posibles condiciones ambientales. De entre ellos, cabe señalar que el muestreador PGP-GSP 10 necesita una bomba de aspiración de 10 litros/minuto y el muestreador CIP 10-I lleva incorporada una bomba de aspiración para trabajar también a 10 litros/minuto. A continuación se hace una breve descripción de los muestreadores que utilizan bombas de aspiración tipo P, que son las bombas para el muestreo personal de materia particulada que operan a caudales entre 1 y 5 litros/minuto. IOM Muestreador utilizado en el Reino Unido. Fue desarrollado El término fracción inhalable está adoptado internacionalmente para designar la fracción de la masa del aerosol total que se inhala a través de la nariz y la boca. por el Instituto de Medicina Ocupacional de Edimburgo. Puede ser de plástico o de acero inoxidable. Incorpora un portafiltro interno en donde se coloca el filtro. El aerosol se aspira a través de un orificio de 15 mm de diámetro que está orientado en dirección perpendicular al cuerpo del trabajador. El caudal de muestreo es de 2 litros/minuto. Las partículas se recogen en un filtro de 25 mm de diámetro o se depositan en las paredes internas del portafiltro. Filtro y portafiltro deben pesarse juntos antes y después de la toma de muestra, ya que las partículas que han entrado por el orificio de entrada forman parte de la muestra (Figura 3). PGP-GSP 3,5 Muestreador utilizado en Alemania. Es de metal con una entrada cónica de aluminio. El aerosol se aspira a través de un orificio de 8 mm de diámetro que se orienta en dirección perpendicular con respecto al cuerpo del trabajador. El caudal de muestreo es de 3,5 litros/minuto. Las partículas se recogen en un filtro de 37 mm situado dentro del muestreador. La determinación analítica considera las partículas depositadas en el filtro (Figura 4). PAS-6 Muestreador utilizado en Holanda. Es de metal y las partículas se recogen en un filtro de 25 mm situado dentro del muestreador. El aerosol se aspira a través de un orificio de 6 mm de diámetro con forma cónica que se orienta hacia abajo, con un ángulo aproximadamente de 45º con respecto a la horizontal. El caudal de muestreo es de 2 litros/minuto. La determinación analítica considera las partículas depositadas en el filtro. BUTTON Muestreador desarrollado en la Universidad de Cincinati (2000). Es de forma redondeada con la parte superior curvada. El 21% de la superficie curva es porosa, con orificios de 381 µm de diámetro. La base del muestreador es de aluminio y la superficie curva de acero inoxidable. El caudal de muestreo es de 4 litros/minuto. Las partículas se recogen en un filtro situado den- Figura 3.- Muestreador IOM. Figura 4.- Muestreador PGP-GSP 3,5. Figura 5.- Muestreador BUTTON. 27.

7 OCTUBRE - DICIEMBRE 2008 PREVENCIÓN Nº 186 tro del muestreador. Para el análisis gravimétrico el fabricante recomienda guardar el filtro en las cápsulas de transporte de plástico conductor. La determinación gravimétrica incluye la cápsula de transporte junto con el filtro (Figura 5). Para los muestreadores descritos anteriormente, el elemento de retención que se utiliza para la recogida del aerosol es un filtro. En el mercado existen una gran variedad de filtros. La elección del mismo dependerá fundamentalmente del análisis que se vaya a realizar sobre la muestra recogida. Los filtros más comunes son los de fibra de vidrio o cuarzo y los filtros de membrana (celulosa, PVC, Teflón, policarbonato). Finalmente mencionar que existen en el mercado instrumentos de muestreo que pueden recoger simultáneamente varias fracciones del aerosol. Entre ellos se pueden citar el IOM Multidust y el Respicon. El muestreador IOM Multidust permite recoger las fracciones inhalable y respirable del aerosol. Es igual que el muestreador IOM con la diferencia que en el portafiltro además del filtro se inserta La evaluación de los riesgos derivados de la exposición por inhalación a un agente químico peligroso deberá incluir la medición de las concentraciones del agente en el aire, en la zona de respiración del trabajador, y su posterior comparación con el valor límite ambiental que corresponda. El procedimiento de medición utilizado deberá adaptarse, por tanto, a la naturaleza de dicho valor límite. una espuma de poliuretano. El Respicon es un impactador que puede utilizarse como muestreador personal o estático. Permite recoger las tres fracciones, inhalable, torácica y respirable, del aerosol ELECCIÓN DEL VALOR LÍMITE Una vez calculada la concentración ambiental de materia particulada, la evaluación de la exposición por inhalación a dicho agente puede realizarse siguiendo las directrices recogidas en la Norma UNE-EN 689:1996. Atmósferas en el lugar de trabajo. Directrices para la evaluación de la exposición por inhalación de agentes químicos para la comparación con los valores límite y estrategia de la medición. La elección y utilización de los valores límite se realizará siguiendo las indicaciones del documento Límites de Exposición Profesional para Agentes Químicos en España, editado por el INSHT. En dicho documento, los valores para agentes que se presentan en forma de materia particulada, se refieren a la fracción inhalable y/o respirable. Cuando no aparece ninguna indicación se refieren a la fracción inhalable. Aquellos agentes químicos en forma de materia particulada que no tienen asignado un valor límite específico se incluyen en la categoría de Partículas (insolubles o poco solubles) no especificadas de otra forma y, para la fracción inhalable, tienen adoptado un VLA-ED de 10 mg/m 3. Este valor límite sólo es aplicable cuando cumplan los siguientes requisitos: Que no tengan un VLA específico. Que sean insolubles o poco solubles en agua (o, preferiblemente, en el fluido pulmonar acuoso, si se dispone de esa información). Figura 6.- Principio de difracción de la luz. Que tengan una toxicidad baja, es decir, que no sean citotóxicos, ni genotóxicos, ni reaccionen químicamente de cualquier otra forma con el tejido pulmonar, ni emitan radiaciones 28.

8 FRACCIÓN INHALABLE DE MATERIA PARTICULADA: EVALUACIÓN AMBIENTAL ionizantes, ni causen sensibilización, ni ningún otro efecto tóxico distinto del que pueda derivarse de la mera acumulación en el pulmón. 5.- EQUIPOS DE LECTURA DIRECTA PARA EL CONTROL AMBIENTAL DE AEROSOLES El procedimiento descrito en el apartado anterior para la evaluación ambiental de aerosoles supone la toma de muestras de la fracción de interés en un soporte adecuado y su posterior análisis en un laboratorio. Existen instrumentos que permiten efectuar la medición de la concentración ambiental del aerosol de una manera directa en el lugar de trabajo. La utilización de estos sistemas de lectura directa presenta algunas ventajas con respecto al sistema de toma de muestra y análisis tradicional. Entre ellas se pueden destacar la rapidez en las determinaciones, la posibilidad de obtener resultados puntuales de modo inmediato y conocer a tiempo real las tendencias de la exposición. No obstante, estos equipos también tienen sus limitaciones que es preciso tener en cuenta. Figura 7.- Nefelómetro SKC modelo HazDust I (Por cortesía de Vertex Technics) NEFELOMETRÍA A mitad del siglo pasado se desarrollaron sistemas de monitorización de polvo basados en el principio de la difracción de luz. La carga de polvo en aire se hace pasar a través de una cámara de medición en donde las partículas son iluminadas por una fuente de luz. La señal resultante de la luz difractada, conocida como carga total de polvo, se mide bajo un ángulo de detección determinado (Figura 6). Utilizando esta técnica de medición no es posible discriminar el tamaño de la partícula y los resultados son fiables sólo para la masa de polvo definida, influenciando los aerosoles el resultado de la medición. Estos instrumentos de medida se conocen como nefelómetros (Figuras 7 y 8). La norma UNE-EN 481:1995 establece los convenios para el muestreo de las fracciones del aerosol (inhalable, torácica y respirable) en función del tamaño de las partículas. Las consecuencias para los nefelómetros implican lo siguiente: Tener que combinarse con ciclones o impactadores para Dependiendo de la naturaleza del agente químico que se quiera evaluar existen en el mercado una gran variedad de diseños de complejidad tecnológica y características técnicas muy variables. Por lo que respecta a la medición directa de la concentración de aerosoles existen instrumentos basados en la medida de las propiedades ópticas de una partícula o de un conjunto de partículas. Figura 8.- Nefelómetro personal SKC mod. SPLIT 2, con posibilidad de diferenciar fracciones mediante impactadores previos al detector (Por cortesía de Vertex Technics). 29.

9 OCTUBRE - DICIEMBRE 2008 PREVENCIÓN Nº 186 El ángulo de difracción se ha de elegir de una manera que el índice de refracción sea insignificante. Las ópticas se han de proteger contra la contaminación, la medida de partículas se recogen en un filtro de teflón reemplazable para permitir la gravimetría, o la evaluación química o microscópica y la verificación de las partículas. Figura 9.- Esquema del funcionamiento de un espectrómetro (Por cortesía de Vertex Technics). En la figura 9 se muestra un esquema de funcionamiento de un espectrómetro. dividir el polvo total en las diferentes fracciones antes de la medición. Eliminar la alta humedad (especialmente para aire ambiental) ESPECTROMETRÍA Este procedimiento requiere una tecnología de medición más compleja (Figura 9). Se basa en el principio de que una masa definida de partículas por volumen de aire se puede obtener como una cantidad bruta de partículas o como la suma de una gran cantidad de partículas pequeñas. Se puede obtener información fiable acerca de la distribución y el número de las partículas utilizando el método para difracción de partículas individuales. Dependiendo de su volumen, varias partículas brutas pueden dar la misma masa que muchas partículas finas. Usando este principio el único camino para determinar la distribución de tamaño es utilizar canales de tamaño. Mediante esta técnica es también posible simular las características de un ciclón y evaluar las diferentes normativas (EN 481 ó PM2,5 y PM1 simultáneamente y a tiempo real). En general, se puede decir que las mediciones de difracción de luz permiten medir un gran espectro de tamaños. No obstante se han de cumplir varios requerimientos: Cada partícula se ha de medir separadamente. Se ha de medir un amplio rango de tamaños de partículas y obtener el número de partículas por litro. Figura 10.- Espectrómetro Grimm mod. IAQ-Check (Por cortesia de Vertex Technics). Existen en el mercado equipos (Figura 10) que permiten, mediante la difracción de un láser integrado en una cámara óptica, diferenciar hasta 31 canales de tamaño, valorando partícula por partícula. Una vez se han diferenciado las partículas se aplican los convenios de la norma UNE-EN 481 para determinar las diferentes fracciones. El resultado es una medición en continuo de las fracciones inhalable, torácica y respirable (Figura 11). 6.- BIBLIOGRAFÍA Norma UNE-EN 481:1995: Atmósferas en los puestos de trabajo. Definición de las fracciones por el tamaño de las partículas para la medición de aerosoles. Norma UNE-EN 482:1995: Atmósferas en el lugar de trabajo. Requisitos generales relativos al funcionamiento de los procedimientos para la medición de agentes químicos. Norma UNE-EN 689:1996: Atmósferas en el lugar de trabajo. Directrices para la evaluación de 30.

10 FRACCIÓN INHALABLE DE MATERIA PARTICULADA: EVALUACIÓN AMBIENTAL la exposición por inhalación de agentes químicos para la comparación con los valores límite y estrategia de la medición. Norma UNE-EN 13205: 2002: Atmósferas en el lugar de trabajo. Evaluación del funcionamiento de los instrumentos para la medición de concentraciones de aerosoles. CR-01/2005. Criterios y recomendaciones. Bombas de muestreo personal para agentes químicos. INSHT. Figura 11.- Evolución de las 3 fracciones de la EN-481 (Inhalable, Torácico y Respirable) a lo largo del tiempo (Por cortesía de Vertex Technics). CR-03/2006. Criterios y recomendaciones. Toma de muestras de aerosoles. Muestreadores de la fracción inhalable de materia particulada. INSHT. Ficha Técnica FT-01/2008. Toma de muestras personales de la fracción inhalable de materia particulada. Instituto de Seguridad y Salud Laboral. Murcia. Velasco J., Ubiedo C. y Velasco B. Fracción respirable de materia particulada: convenios y evaluación ambiental. Prevención 2008, 185: