4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Измерение массовой концентрации
мелкодисперсных частиц PM_2,5 и РМ₁₀
в атмосферном воздухе с использованием
метода лазерной дифракции

Методические указании
МУК 4.1.3242-14

Москва 2015

1. Разработаны Федеральным бюджетным учреждением науки «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» (Т.С. Уланова, Н.В. Зайцева, А.В. Злобина, Е.А. Плеханова).

2. Рекомендованы к утверждению Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (протокол от 6 ноября 2014 г. № 2).

3. Утверждены руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации А.Ю. Поповой 29 декабря 2014 г.

4. Введены впервые.

СОДЕРЖАНИЕ

4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Измерение массовой концентрации
мелкодисперсных частиц РМ_2,5 и РМ₁₀ в атмосферном
воздухе с использованием метода лазерной дифракции

Свидетельство об аттестации МИ № 88-16374-097-01.00076-2013 от 15.11.13.

1. Назначение и область применения

1.1. Настоящие методические указания устанавливают порядок применения метода лазерной дифракции для измерения разовых и среднесуточных массовых концентраций мелкодисперсных частиц РМ_2,5 и РМ₁₀ в атмосферном воздухе в диапазонах, приведенных в табл. 1.

Таблица 1

Наименования фракций взвешенных частиц, диапазоны измерений
массовых концентраций мелкодисперсных частиц

Примечание. При определении объемной доли частиц РМ_2,5 более 24 % (для сильно запыленного воздуха С_пыли > 1 мг/м³) рекомендуется пользоваться другими методами.

1.2. Методические указания по измерению массовой концентрации мелкодисперсных частиц PM_2,5 и РМ₁₀ в атмосферном воздухе с использованием метода лазерной дифракции предназначены для использования лабораториями учреждений Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, производственными лабораториями предприятий, научно-исследовательскими институтами, работающими в области гигиены окружающей среды при осуществлении аналитического контроля качества атмосферного воздуха в районе расположения предприятий металлургической, машиностроительной, металлообрабатывающей, строительной отраслей, тепловых электростанций, транспортных предприятий, транспортных магистралей.

1.3. Методические указания носят рекомендательный характер.

2. Физико-химические и токсикологические свойства

Мелкодисперсные взвешенные частицы PM_2,5 - частицы с аэродинамическим диаметром 2,5 мкм и менее или, более точно, частицы, которые проходят через селективный импактор, обеспечивающий 50 %-ое отсеивание частиц с аэродинамическим диаметром 2,5 мкм, и верхний предел полного отсеивания равен 7 мкм. PM_2,5 составляют респирабельную часть общих взвешенных частиц, проникающих в нецилиарную область дыхательных путей у лиц из групп высокого риска (дети и взрослые с определенными легочными заболеваниями).

Мелкодисперсные взвешенные частицы РМ₁₀ - частицы с аэродинамическим диаметром 10 мкм и менее или, более точно, частицы, которые проходят через селективный импактор, обеспечивающий 50 %-ое отсеивание частиц с аэродинамическим диаметром 10 мкм. Верхняя граница распределения примерно соответствует аэродинамическому диаметру 30 мкм, что означает полное отсеивание частиц более 30 мкм. РМ₁₀ в основном составляют респирабельную фракцию общих взвешенных частиц, т.е. ту их часть, которая попадает в организм, минуя гортань.

Значения предельно допустимой концентрации мелкодисперсных частиц в атмосферном воздухе установлены в ГН 2.1.6.2604-10 и приведены в табл. 2.

Таблица 2

Предельно допустимые концентрации мелкодисперсных взвешенных
частиц РМ_2,5 и РМ₁₀ в атмосферном воздухе населенных мест

3. Метрологические характеристики методики
выполнения измерений

При соблюдении всех регламентированных условий и проведении анализа в точном соответствии с данной методикой значения погрешности результатов измерений не превышают значений, приведенных в табл. 3.

Таблица 3

Диапазон измерений, значение показателя точности измерений

Примечания.

1. Значение показателя точности установлено расчетно-экспериментальным методом.

2. При расчете показателя точности учтены погрешности используемых средств отбора проб и метода измерений, погрешности, обусловленные процедурой приготовления растворов, необходимых для проведения анализа отобранных проб.

3. Требования к погрешности измерений разработаны в соответствии с ГОСТ 17.2.4.02 «Погрешность метода не должна превышать ±25 % во всем диапазоне измеряемых концентраций». Значение показателя точности измерений, приведенное в табл. 3, соответствует требованиям ГОСТ 17.2.4.02.

4. Метод измерений

Методика основана на определении массы частиц пыли, задержанных фильтром. Фильтрующий материал (фильтр) обладает волокнистой гладкой неворсистой поверхностью и плотной структурой, гидрофобен, стоек к действию кислот, слабых щелочей, растворов солей, не растворяется в спиртах, гексане; растворяется в дихлорэтане, толуоле, ксилоле, тетрагидрофуране (НЭЛ-3). При прохождении через него определенного объема воздуха, помещения фильтра с собранными частицами пыли в дисперсионную среду, состоящую из 1,4-диоксана и дистиллированной воды, измерения функции объемного распределения частиц по размерам в полученной суспензии с помощью метода лазерной дифракции, расчета объемной доли частиц, имеющих размеры в заданном диапазоне, выполняется расчет массовой концентрации мелкодисперсных частиц фракций РМ_2,5 и РМ₁₀ в атмосферном воздухе.

Плотность мелкодисперсных частиц фракции PM_2,5 и РМ₁₀ принимается равной плотности частиц пыли, задержанной фильтром, с размерами от 0,02 мкм до 1 408 мкм. Методика не рекомендуется для измерения массовых концентраций взвешенных частиц, растворимых в воде и 1,4-диоксане, например, хлорида натрия, хлорида калия.

5. Средства измерений, вспомогательные устройства,
материалы, реактивы

5.1. Средства измерений

Примечания. Допускается использование средств измерений с аналогичными или лучшими характеристиками.

5.2 Вспомогательные устройства, материалы

Примечания. Допускается применение оборудования с аналогичными или лучшими техническими характеристиками.

5.3. Реактивы, стандартные образцы

Примечание. Допускается использование реактивов с метрологическими и техническими характеристиками, аналогичными указанным.

6. Требования безопасности

6.1. При выполнении измерений следует соблюдать требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по ГОСТ 12.1.007-76, требования безопасности, установленные для работ с токсичными, едкими и легковоспламеняющимися веществами по ГОСТ 12.1.005-88, требования электробезопасности при работе с электроустановками в соответствии с ГОСТ Р 12.1.019-09, а также требования, изложенные в технической документации на эксплуатацию лазерного анализатора размеров частиц.

6.2. Помещение лаборатории должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией согласно ГОСТ 12.4.021-75, соответствовать требованиям пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004-91 и иметь средства пожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83. Выброс воздуха из вентиляционной системы должен быть выведен наружу и оборудован воздушным фильтром для улавливания мелкодисперсных частиц.

6.3. Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать ПДК, установленных ГН 2.2.5.1313-03.

7. Требования к квалификации оператора

К выполнению измерений допускаются лица, прошедшие обучение и владеющие техникой работы на лазерном анализаторе размеров частиц, аналитических весах.

8. Условия измерения

При подготовке проб к анализу и приготовлении растворов соблюдаются следующие условия:

- температура воздуха (20 ± 5) °С;

- атмосферное давление 630 - 800 мм рт. ст.;

- влажность воздуха - не более 80 % при температуре 25 °С.

Выполнение измерений на лазерном анализаторе размеров частиц проводят в условиях, рекомендуемых технической документацией к прибору.

9. Подготовка к выполнению измерений

Перед выполнением измерений проводят следующие работы: подготовка стеклянной посуды, подготовка фильтров, подготовка анализатора размеров частиц к измерению, установление правильности работы анализатора частиц, отбор проб атмосферного воздуха, подготовка проб к измерению.

9.1. Подготовка посуды

Используемую посуду необходимо тщательно вымыть с моющим средством (порошок, сода), ополоснуть водопроводной и дистиллированной водой и просушить при температуре 120 °С.

9.2. Подготовка фильтров

Фильтры извлекают из упаковки, помещают на сутки в эксикатор, заполненный безводным хлоридом кальция. Помещают фильтры в комнату для взвешивания на 2 часа. Взвешивают фильтры с точностью до 0,0001 г, помещают в кольцо фильтродержателя, нумеруют на фильтродержателе. До проведения отбора проб взвешенные фильтры следует хранить в эксикаторе.

9.3. Подготовка анализатора размеров частиц к измерению

Подготовка анализатора размеров частиц к измерению проводится согласно инструкции по эксплуатации анализатора размеров частиц, использующегося в работе лаборатории.

9.4. Установление правильности работы
лазерного анализатора размеров частиц

В подготовленном к измерению режиме лазерного анализатора размеров частиц помещают в ячейку устройства жидкостного диспергирования небольшое количество, примерно 0,1 г, порошка ГСО гранулометрического состава порошкообразных материалов, дважды измеряют диаметры, определяющие границу, ниже которой находится 10, 50 и 90 % частиц, устанавливаемые в паспорте ГСО (табл. 4). При постановке и внедрении методики измеряют все ГСО, непосредственно перед измерением серии образцов допускается проверять правильность работы по одному ГСО.

Правильность работы анализатора частиц признается удовлетворительной при нахождении результата измерений в границах погрешности аттестованного значения ГСО с доверительной вероятностью 0,95.

Таблица 4

Аттестованные значения ГСО для установления правильности работы
лазерного анализатора размеров частиц

Примечание. Аттестованные значения приводятся в паспорте государственного стандартного образца гранулометрического состава порошкообразных материалов.

9.5. Отбор проб

Отбор проб атмосферного воздуха для определения массовых концентраций мелкодисперсных частиц РМ_2,5 и РМ₁₀ проводят в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01.

Для определения максимально-разовой концентрации мелкодисперсных частиц РМ_2,5 и РМ₁₀ атмосферный воздух отбирают с помощью аспиратора на 3 подготовленных фильтра, устанавливаемые в фильтродержатели, параллельно со скоростью 50 дм³/мин в течение 240 мин. Объем отобранного воздуха для каждого фильтра должен составить не менее 12 м³.

Для определения среднесуточной концентрации атмосферный воздух отбирают 4 раза в сутки с помощью аспиратора на 3 подготовленных фильтра со скоростью 50 дм³/мин в течение 200 мин. Объем отобранного воздуха для каждого фильтра должен составить не менее 50 м³.

Фильтры сворачивают экспонированной поверхностью внутрь, помещают последовательно в пакет из кальки и в полиэтиленовый пакет, закрывают его на защелку. Маркируют пакет: наименование города; номер поста, дата и время отбора; показания объема отобранного воздуха на счетчике аспиратора для трех каналов; температуру воздуха, проходящего через аспиратор, атмосферное давление во время отбора пробы, влажность воздуха. После этого фильтр передается в лабораторию для определения массы и фракционного состава пыли.

В сопроводительном документе указывают дату и место отбора, время начала и конца отбора пробы, расход воздуха, метеоусловия на момент отбора пробы.

9.6. Подготовка проб к измерению

Фильтры достают из полиэтиленового пакета с защелкой, помещают в чашку Петри, далее помещают в эксикатор. Срок хранения отобранных проб при комнатной температуре - не более 20 суток.

10. Выполнение измерений

Перед взвешиванием фильтры не менее часа выдерживают в помещении, где производится взвешивание. Если отбор пробы проводился при относительной влажности воздуха, близкой к 100 %, то фильтр доводят до постоянной массы. Для этого его необходимо поместить в стеклянной чашке в эксикатор с плавленым хлористым кальцием на 2 ч или в сушильный шкаф с температурой (40 - 50) °С на 30 - 50 мин, а затем выдержать 40 - 50 мин в помещении, где производится взвешивание. Если при взвешивании масса фильтра изменяется, то повторяют операцию просушивания. Находят разницу масс фильтра до и после отбора пробы (2).

Определяют объемную долю частиц с размерами менее 10,0 и менее 2,5 мкм на каждом в отдельности из трех фильтров.

Помещают фильтр с помощью пинцета в коническую колбу объемом 100 см³. Расправляют фильтр, добавляют 2 см³ дистиллированной воды с помощью пипетки, затем добавляют 5 см³ 1,4-диоксана, перемешивают до растворения поверхности фильтра и перехода взвешенных частиц в суспензию. Нерастворенную часть фильтра убирают из колбы пинцетом. Помещают аликвотную часть 5 см³ суспензии в ячейку устройства жидкостного диспергирования, в подготовленном к измерению режиме лазерного анализатора размеров частиц. Проводят обработку образца ультразвуком в течение 1 мин, через 3 - 5 мин, дважды проводят измерение объемной доли частиц размером менее 10 мкм и менее 2,5 мкм. Промывают устройство жидкостного диспергирования как описано в п. 9.3. Усредняют объемные доли частиц размером менее 10 мкм и менее 2,5 мкм, полученные в результате двух последовательных измерений суспензии из одного фильтра.

Аналогично проводят измерения распределения по размерам образцов частиц на других фильтрах.

11. Обработка результатов измерений

Массовую концентрацию (РМ₁₀) и (РМ_2,5) (мг/м³) вычисляют по формулам (1) и (3):

Ф₁₀ - среднее арифметическое двух результатов измерений объемной доли частиц с гидродинамическим диаметром менее 10 мкм, %;

m_пыли - масса частиц пыли, уловленных на фильтре, вычисляемая по формуле (2):

m₁ - масса фильтра без пыли, мг;

m₂ - масса фильтра с пылью, мг;

V_{воздуха} - объем воздуха, отобранный для анализа, приведенный к нормальным условиям, м³.

Ф_2,5 - среднее арифметическое двух результатов измерений объемной доли частиц с гидродинамическим диаметром менее 2,5 мкм, %;

m_пыли - масса частиц пыли, уловленных на фильтре, вычисляемая по формуле (2);

V_{воздуха} - объем воздуха, отобранный для анализа, приведенный к нормальным условиям, м³.

V_{воздуха} вычисляют по формуле (4):

V - объем протянутого воздуха по счетчику аспиратора, м³;

Р - атмосферное давление при отборе пробы воздуха, мм. рт. ст.;

t - температура воздуха при отборе пробы воздуха, °С.

12. Оформление результатов измерений

Результат измерения массовой концентрации мелкодисперсных частиц (РМ_2,5) и (РМ₁₀) представляют в виде (5):

Δ - характеристика погрешности, мг/м³, при Р = 0,95, значение Δ рассчитывают по формуле (6):

где значение δ приведено в п. 3.

13. Процедуры обеспечения достоверности измерений

13.1. Обеспечение достоверности измерений в пределах лаборатории организуют и проводят путем проверки правильности работы анализатора частиц, проведения оперативного контроля процедуры измерений и контроля стабильности результатов измерений в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-6.

Периодичность получения результатов контрольных процедур и формы их регистрации приводят в документах лаборатории, устанавливающих порядок и содержание работ по организации методов контроля стабильности результатов измерений в пределах лаборатории.

13.2. Оперативный контроль процедуры измерений с использованием образцов для контроля.

Образцы для контроля представляют собой чистые фильтры АФА с внесенными на них добавками стандартных образцов гранулометрического состава порошкообразных материалов.

Оперативный контроль процедуры измерений проводят путем сравнения результата контрольных процедур К_к с нормативом контроля К.

При реализации контрольных процедур в соответствии с п. 10 проводят подготовку образцов для контроля к анализу и измеряют размеры частиц, получая воспроизведенные значения аттестованных характеристик стандартных образцов.

Для каждого результата измерений и каждой аттестованной характеристики рассчитывают результаты контрольных процедур:

d₁₀, d₅₀, d₉₀ - результаты контрольных измерений диаметров частиц, ниже которых находится 10 % частиц, 50 % частиц, 90 % частиц соответственно;

D₁₀, D₅₀, D₉₀ - аттестованные значения диаметров частиц, ниже которых находится 10 % частиц, 50 % частиц, 90 % частиц соответственно.

Нормативы контроля К₁₀, К₅₀, К₉₀ рассчитывают по формуле:

±δʹ_л - характеристика относительной погрешности измерений при реализации методики в лаборатории без учета погрешности процедуры отбора проб.

δ_л - показатель точности результатов измерений при реализации методики в лаборатории. Значения δ_л приведены в Протоколе установленных показателей качества результатов измерений при реализации методики в лаборатории;

Θ_отб - погрешность отбора проб.

Примечание. Допустимо границы абсолютной погрешности результатов измерений при внедрении методики в лаборатории (без учета погрешности отбора проб) устанавливать на основе выражения:  с последующим уточнением по мере накопления информации в процессе контроля стабильности результатов измерений.

±δʹ_л - границы относительной погрешности результатов измерений;

Θ_отб - погрешность отбора проб.

Значение ±δ приведено в табл. 3.