Physical Address
304 North Cardinal St.
Dorchester Center, MA 02124
ISO/TR 27628:2010 — 工作场所大气 — 超细颗粒、纳米颗粒和纳米结构气溶胶 — 吸入暴露表征
测量和表征职业性空气悬浮纳米材料暴露的先进方法学
职业性暴露于空气悬浮纳米颗粒是当代工业卫生面临的最重大挑战之一。与传统粉尘和烟气不同，纳米颗粒气溶胶表现出独特的行为：它们在空中长时间悬浮，更容易穿透常规呼吸防护设备，高效沉积在肺部肺泡区域，并且可以从呼吸道转移到包括大脑在内的其他器官。ISO/TR 27628:2010为表征工作场所大气中超细颗粒、纳米颗粒和纳米结构气溶胶的吸入暴露提供了方法学框架，为暴露评估和风险管理奠定了科学基础。
暴露度量与采样策略
ISO/TR 27628明确指出，纳米颗粒暴露不能仅用质量浓度来充分描述——这是工作场所空气污染物的传统度量指标。在纳米尺度上，数量浓度和表面积浓度是与健康效应更相关的度量指标，因为许多纳米材料毒性机制（氧化应激、炎症、蛋白质结合）与颗粒数量和表面积的关联性比与质量的关联性更强。因此，该标准推荐采用多度量方法：使用凝结核计数器（CPC）或扫描迁移率粒子筛分仪（SMPS）测量数量浓度（颗粒/cm³），使用扩散荷电法或BET等效方法测量表面积浓度（μm²/cm³），使用外延测量活性表面积，以及使用基于滤膜的重量分析或TEOM测量特定粒径部分的质量浓度（μg/m³）。
该标准详细介绍了两种互补的采样策略：个人采样和区域（固定点）采样。个人采样使用工人佩戴的电池供电采样泵，配以符合ISO 7708和EN 481定义的可吸入、胸部和可吸入区域采样器。对于纳米材料，可吸入部分是最受关注的，因为纳米颗粒主要沉积在肺泡区域。区域采样使用固定仪器，提供纳米颗粒浓度时空变化的时间分辨数据，识别排放源和峰值暴露事件。该标准建议结合两种方法：个人采样器用于职业暴露限值（OEL）合规评估，区域监测用于源识别和控制验证。
| 度量指标 | 仪器/方法 | 尺寸范围 | 应用 | 优势 | 局限性 |
|---|---|---|---|---|---|
| 数量浓度 | CPC, SMPS | 1 nm – 1 μm | 实时监测 | 高灵敏度 | 无化学信息 |
| 表面积浓度 | 扩散荷电器, NSAM | 10 nm – 1 μm | 肺泡剂量估算 | 健康相关度量 | 依赖校准 |
| 活性表面积 | 外延计 | 1 nm – 10 μm | 表面反应性 | 直接测量 | 不易获得 |
| 质量浓度 | 滤膜重量法, TEOM | 10 nm – 10 μm | 法规合规 | 标准方法 | 纳米灵敏度低 |
| 粒度分布 | SMPS, ELPI, FMPS | 1 nm – 10 μm | 源解析 | 详细信息 | 复杂、昂贵 |
采样与分析规程
ISO/TR 27628提供了纳米颗粒气溶胶采样和分析的详细规程。对于滤膜采样，滤膜基底的选择至关重要：聚碳酸酯径迹蚀刻（PCTE）滤膜因其平坦表面和明确的孔结构而推荐用于后续电子显微镜分析，而特氟龙（PTFE）滤膜因其低吸湿性和高纯度而优先用于重量分析和化学分析。采样流量和持续时间必须经过优化，以收集足够的材料用于分析而不使滤膜过载，因为过载滤膜上的颗粒间相互作用会改变形态并偏斜尺寸分布测量。
该标准特别强调对收集到的纳米颗粒进行电子显微镜分析，认识到颗粒形态、团聚状态和元素组成是暴露表征的关键参数。放大倍数为20,000×至200,000×的TEM分析能够可视化单个纳米颗粒及其团聚体，而EDX（能谱X射线光谱）提供元素鉴定。标准建议每个样品计数至少500个颗粒以获得统计稳健的尺寸分布，并使用自动化图像分析软件以提高通量和减少操作者偏差。对于结晶纳米颗粒，SAED（选区电子衍射）图案提供晶体学信息，可区分具有不同毒理学特征的多晶型物。
在表征工作场所纳米颗粒暴露时，务必在非生产期间在同一地点进行背景测量。城市背景气溶胶数量浓度通常在10,000至50,000颗粒/cm³范围内，而工业活动可将浓度提升至10⁶–10⁷颗粒/cm³。扣除背景贡献对于隔离特定工艺排放至关重要。
风险评估与控制措施
ISO/TR 27628提供了关于将暴露测量用于风险评估目的的指导。在大多数工程纳米材料缺乏既定职业暴露限值（仅少数物质如TiO₂、炭黑、焊接烟气具有明确考虑纳米级部分的正式OEL）的情况下，标准推荐使用针对纳米材料调整的”控制带”方法。该方法基于危害潜力（来自物理化学性质和毒理学数据）和暴露潜力（来自工作场所测量）的组合，将暴露场景分配到风险带。每个风险带规定了一套控制措施，从最低风险带的一般工业卫生实践到最高风险带的全封闭HEPA过滤和个人防护装备。
从工程控制的角度来看，标准强调为微米级颗粒设计的常规局部排风（LEV）系统可能对纳米颗粒无效，因为它们的空气动力学行为不同。纳米颗粒沿着气流流线运动，可能无法被依赖颗粒惯性收集的吸风罩捕获。建议采用高速低容量（HVLV）系统、近距离捕获罩、HEPA过滤排气和纳米颗粒处理工艺的完全封闭作为主要工程控制措施。应使用实时纳米颗粒监测仪器在控制区域内外部对这些控制措施的有效性进行验证。
切勿未经验证就依赖传统防尘口罩（FFP1/FFP2或N95）进行纳米颗粒防护。虽然这些呼吸器对纳米颗粒提供一定的保护，但机械过滤器的最易穿透粒径（MPPS）通常在50–200 nm范围内，在此范围内静电过滤介质的过滤效率可能降至95%以下。对于高暴露场景，配备HEPA过滤器的动力送风呼吸器（PAPR）或供气式呼吸器（SAR）提供更可靠的保护。
常见问题解答
Q: 工作场所监测中超细颗粒和工程纳米颗粒有什么区别？
超细颗粒（UFP）是由燃烧、焊接和发动机排气等过程产生的附带纳米颗粒。工程纳米材料是有意制造的。两者都属于相同的尺寸范围（<100 nm），ISO/TR 27628适用于两者，但工程纳米材料通常需要额外的化学特异性分析以将其与背景超细颗粒区分开来。
超细颗粒（UFP）是由燃烧、焊接和发动机排气等过程产生的附带纳米颗粒。工程纳米材料是有意制造的。两者都属于相同的尺寸范围（<100 nm），ISO/TR 27628适用于两者，但工程纳米材料通常需要额外的化学特异性分析以将其与背景超细颗粒区分开来。
Q: 呼吸器的最易穿透粒径（MPPS）是多少？
大多数机械过滤介质的MPPS约为50–200 nm，在此范围内扩散和拦截收集机制效率最低。在此尺寸范围内，某些呼吸器可能允许高达5–10%的穿透率。为可靠防护纳米颗粒，建议使用效率≥99.95%的HEPA（H13/H14）过滤器。
大多数机械过滤介质的MPPS约为50–200 nm，在此范围内扩散和拦截收集机制效率最低。在此尺寸范围内，某些呼吸器可能允许高达5–10%的穿透率。为可靠防护纳米颗粒，建议使用效率≥99.95%的HEPA（H13/H14）过滤器。
Q: 如何判断工作场所纳米颗粒水平是否可接受？
在缺乏正式OEL的情况下，可使用ISO/TR 27628中的控制带方法。将测量浓度与现有的基准OEL（如NIOSH对TiO₂的REL：超细部分为0.3 mg/m³）进行比较，或使用荷兰社会合作伙伴提出的纳米参考值：生物持久性颗粒状纳米材料为40,000颗粒/cm³。
在缺乏正式OEL的情况下，可使用ISO/TR 27628中的控制带方法。将测量浓度与现有的基准OEL（如NIOSH对TiO₂的REL：超细部分为0.3 mg/m³）进行比较，或使用荷兰社会合作伙伴提出的纳米参考值：生物持久性颗粒状纳米材料为40,000颗粒/cm³。
Q: 实时纳米颗粒监测仪能否替代滤膜采样？
实时监测仪提供宝贵的时间分辨率，但不能替代用于化学鉴定和重量分析的滤膜采样。标准建议并行使用两种方法：实时仪器用于识别峰值暴露和来源贡献，滤膜样品用于化学表征和法规合规。
实时监测仪提供宝贵的时间分辨率，但不能替代用于化学鉴定和重量分析的滤膜采样。标准建议并行使用两种方法：实时仪器用于识别峰值暴露和来源贡献，滤膜样品用于化学表征和法规合规。
