Критерии качества атмосферного воздуха
4 Критерии качества атмосферного воздуха.
4.1 Критерии качества атмосферного воздуха.
В тех случаях, когда для химического вещества не разработана его ПДК в атмосферном воздухе, необходимо проводить исследования по установлению максимально разовой и среднесуточной ПДК.
Предельно допустимая концентрация вредного вещества а атмосферном воздухе - это максимальная концентрация, отнесенная к определенному времени определения (30 мин, 24 ч, месяц, год), которая при регламентированной вероятности ее появления не оказывает на человека и его потомство прямого или косвенного вредного воздействия, не снижает работоспособности и не ухудшает его самочувствия.
На сегодняшний день в списке ПДК (предельно допустимые концентрации) примерно 800 неорганических и более 5000 органических веществ. Количественное соотношение показано на рис.
Рисунок 4 Диаграмма соотношения списка ПДК
В атмосферном воздухе установлены:
Максимально разовые ПДК (период усреднения = 30 минут)
Рекомендуемые материалы
Среднесуточные (период усреднения = 24 часа).
Ряд веществ имеет свойство однонаправленного точнее комбинированного действия. Например - фенол + формальдегид.
Критериями качества атмосферного воздуха являются следующие условия:
1. С i, макс. раз. <= ПДК i, макс. раз. (1)
С i, ср.суточ. <= ПДК i, ср.суточ. (2)
где С i, макс. раз. - максимально концентрация i-го вещества
ПДК i, макс. раз - максимально разовая ПДК i-го вещества
С i, ср.суточ. - среднесуточная концентрация i-го вещества
ПДК i, ср.суточ. - среднесуточная ПДК i-го вещества
2. Если вещества входят в группу суммации.
С it / ПДК it <= 1 (3)
где С it - концентрация
ПДК it - ПДК
3. При однонаправленном действии загрязняющих веществ
b * С it / ПДК it <= 1 (4)
где b - коэффициент комбинированного действия.
С it - концентрация
ПДК it - ПДК
4. Непревышение допустимой вероятности.
Факт ПДК говорит о том, что она разрабатывается с определенной допустимой вероятностью превышения. Обычно это от 2 до 4 % .
4.2 Показатели опасности вещества.
Основным критерием опасности вещества выступают характеристика его резорбтивного ( долговременного ) действия, иначе возможности накапливаться в организме человека. По резоргтивному действию вещества делятся на 4 класса.
Вещества I класса опасности - чрезвычайно опасные: Бенз-(а)-пирен.(Данные вещества имеют ярко выраженное резорбтивное действие.
Вещества II класса опасности - сильно опасные: NО2
Вещества III класса опасности - опасные: SО2, NО, пыли.
Вещества IV класса опасности - малоопасные: СО2.
По действию на организм человека вещества делятся на резорбтивные и субсенсорные.
Резоргтивные -
Субсенсорные -
Два подхода к нормированию вредных веществ. Результатом такого подхода к нормированию явилось получение списка ПДК веществ, в котором приблизительно для 40 % веществ разработаны ПДК среднесуточные и максимально разовые, а для остальных веществ либо то, либо другое.
4.3 Комбинированное действие веществ.
Комбинированное действие химических веществ представляет одну из наиболее актуальных и малоизученных проблем современной гигиены. До сих пор гигиеническое регламентирование ведется в основном по отдельным химическим веществам, а во внешней и производственной среде, как правило, имеет место комбинированное действие.
В последние годы проводится много исследований по комбинированному действию химических веществ, однако, выход их результатов в практику ведения текущего и предупредительного санитарного надзора незначительный. Это обусловлено, прежде всего, тем, что методические подходы к оценке токсичности, опасности и вопросам гигиенической регламентации химических веществ при комбинированном действии разработаны недостаточно. Кроме того, следует также признать, что развитие этих исследований в большей степени сдерживается их громоздкостью.
Теоретическое прогнозирование особенностей комбинированного действия пока может быть использовано лишь для тех сравнительно немногих веществ, токсикология которых изучена достаточно глубоко, причем такое предсказание обычно не учитывает количественных особенностей комбинационного эффекта, а именно они наиболее важны для практики ведения текущего и предупредительного санитарного надзора.
Эффект комбинированного действия нескольких химических веществ может быть равным сумме эффектов веществ, быть больше или меньше ее.
Комбинированное действие является одним из наиболее узких вопросов (труднодоказуемых). Выявление эффектов комбинированного действия осуществляется экспериментами на животных путем затравливания несколькими испытуемыми дальнейшем осуществляется экстраполяция результатов в зону низких концентраций. В настоящее время комбинированное действие учитывается в виде утвержденных групп суммаций(2, 3 и 4 вещества). Необходимо выполнить условие (3) ,что существенно усложняет разработку мероприятий.
4.4 Основные понятия по методике обоснования ПДК атмосферных загрязнителей.
Эксперимент по установлению ПДК химического вещества в атмосферном воздухе состоит из следующих этапов:
1) установление пороговой концентрации по рефлекторному действию химического вещества на организм человека;
2) установление пороговой концентрации по его резорбтивному действию;
3) анализ и обобщение результатов эксперимента по обоснованию ПДК вредного вещества в воздухе.
Результаты изучения рефлекторного действия веществ являются основой для установления ПДК атмосферных загрязнений 30-минутного периода усреднения. Наиболее часто исследуют влияние веществ на обонятельный анализатор. Оно проводится на людях (волонтерах) с целью определения пороговых и недействующих концентраций по ощущению запаха.
Для определения значения порога обонятельного ощущения результаты эксперимента обрабатываются методом пробит - анализа. При этом рассчитывают процент положительных ответов группы волонтеров по отношению ко всей сумме предъявлений каждой концентрации вещества.
В основе методической схемы, позволяющей определять параметры токсичности и опасности атмосферных загрязнений (пороговые недействующие концентрации для различных периодов воздействия, степень опасности вещества в отношении развития хронических эффектов, коэффициенты запаса и другие), лежит закономерность, согласно которой зависимость времени развития определенных токсических эффектов от концентраций вещества в воздухе выражается на сетке с обычным масштабом в виде гиперболы, а на логарифмической сетке в виде прямой.
Следовательно при изучении зависимости “концентрация - время” постоянной величиной является эффект, а переменными - концентрация и время. При этом в качестве эффекта принимают первое статически достоверное изменение биологических показателей у лабораторных животных. Обоснование ПДК атмосферных загрязнений проводят на белых крысах-самцах. Однако могут использоваться и морские свинки, белые мыши и др. Число животных в каждой группе должно быть не менее 10 - 12 особей. В опыт берут здоровых животных; белые крысы массой 100-120 г.; морские свинки - 200 -250 г; белые мыши - 15 - 20 г; кролики 1500 - 2000 г, которые содержаться на кормовом режиме согласно существующим нормативам.
1. Изучаются особенности действия вещества и его свойства.
2. Выясняется предварительно характеристика действия вещества. Если вещество гарантировано не резоргтивно, то принимаются решения об эксперименте на людях.
3. Для получения ПДКмр используется группа " волонтеров ", которая подбирается из наиболее чувствительных кандидатов.
4. Испытания различных концентраций для определения порога действия вещества.
5. Расчет и обоснование ПДК по величине пороговой концентрации. Для остальных случаев эксперименты проводятся на животных (если вещества резоргтивны).
В этом случае:
Выбираются специальные группы животных(мышь с 51)
2.В камеры с мышами поступают вещества с различными концентрациями по порядку: мало, больше, еще больше.
3. Эксперимент ведется всю жизнь животного.
4. Определяется пороговая концентрация.
5. На основании смертности вводится лимитирующий показатель на испытуемые вещества.
6. Пересчет показателей на человека.
7. Определение класса опасности и расчет ПДК.
4.4.1 Методика обоснования ПДК в атмосферном воздухе.
Предельно допустимая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе – это максимальная концентрация, отнесенная к определенному времени определения (30 мин, 24 ч, мес., год), которая при регламентированной вероятности ее появления не оказывает на человека и его потомство прямого или косвенного вредного действия, не снижает трудоспособности и не ухудшает его самочувствия.
Эксперимент по установлению ПДК химического вещества в атмосферном воздухе состоит из следующих этапов:
установление пороговой концентрации по рефлекторному действию химического вещества на организм человека;
установление пороговой концентрации по его резорбтивному действию;
анализ и обобщение результатов эксперимента по обоснованию ПДК вредного вещества в воздухе.
4.4.2 Определение пороговой концентрации изучаемого вещества по рефлекторному действию.
Результаты изучения рефлекторного действия веществ являются основой для установления ПДК атмосферных загрязнений 30-минутного периода усреднения. Наиболее часто исследуют влияние веществ на обонятельный анализатор. Оно производится на людях (волонтерах) с целью определения пороговых и недействующих концентраций по ощущению запаха.
Для определения значения порога обонятельного ощущения результаты эксперимента обрабатывают методом пробит-анализа. При этом рассчитывают процент положительных ответов группы волонтеров по отношению ко всей сумме предъявлений каждой концентрации вещества.
На стандартной пробитной сетке по оси абсцисс откладывают значения концентраций, а по оси ординат – соответствующие проценты положительных ответов.
Полученные точки соединяют прямой таким образом, чтобы наиболее приближенными к ней оказались те из них, которые соответствуют значениям ЕС16 – ЕС84. Полученная прямая зависимости «концентрация – эффект» используется для определения значения порога обонятельного ощущения. Пороговой является концентрация, которая соответствует 16% обнаружения запаха (ЕС16). Данная концентрация – вероятностный порог запаха исследуемого вещества. Величину ПДК 30-минутного периода осреднения (ПДК30 мин) устанавливают на основе значения вероятностного порога запаха с учетом класса опасности и коэффициента запаса. Класс опасности атмосферных загрязнений по ольфакторным реакциям определяют по углу наклона прямой зависимости вероятности обнаружения запаха от величины воздействующей концентрации вещества (рис. 1), построенной на стандартизированной логарифмически-вероятностной (пробитной) сетке.
Коэффициент запаса устанавливают в зависимости от класса опасности вещества по номограмме (рис. 2).
Рисунок 1-Номограмма для определения класса опасности вещества по углам наклона прямой зависимости «концентрация-эффект» по рефлекторному действию. 1 – чрезвычайно опасные; 2 – опасные; 3 – умеренно опасные; 4 – малоопасные.
Значение 30-минутной ПДК рассчитывают по формуле:
(вероятностный порог),
где К3 – коэффициент запаса при обосновании ПДК30 находят по рис.3.
4.4.3 Определение пороговой концентрации изучаемого вещества по резорбтивному действию.
В основе методической схемы, позволяющей определять параметры токсичности и опасности атмосферных загрязнений (пороговые недействующие концентрации для различных периодов воздействия, степень опасности вещества в отношении развития хронических эффектов, коэффициенты запаса и другие), лежит закономерность, согласно которой зависимость времени развития определенных токсических эффектов от концентраций вещества в воздухе выражается на сетке с обычным масштабом в виде прямой, что соответствует формуле:
(3.5)
где С – концентрация, вызывающая определенный эффект за время Т;
С0 – концентрация, вызывающая тот же эффект за время, равное простой единице измерения (час, сутки); a - угол наклона прямой к оси абсцисс (концентраций);
Т – время, на которое экстраполируется порог хронического действия вещества (2880 ч).
Следовательно, при изучении зависимости «концентрация – время» постоянной величиной является эффект, а переменными – концентрация и время. При этом в качестве эффекта принимают первое статистически достоверное изменение биологических показателей у лабораторных животных. Число животных в каждой группе должно быть не менее 10 – 12 особей. В опыт берут здоровых животных, которые содержатся на кормовом режиме согласно существующим нормам.
Лабораторных животных подвергают непрерывному ингаляционному воздействию изучаемого вещества в 4-5 концентрациях в специальных камерах.
Ориентиром при выборе концентраций может служить ожидаемое время появления достоверного эффекта. Это время по мере снижения концентрации должно составлять 4 ч, 24 ч, 1 мес., 4 мес. Как правило, в качестве первой используют концентрацию, равную порогу острого действия (Limac ) или 0.5 – 0.10 средне смертельной концентрации (ЛД50 ).
Для выбора указанных концентраций целесообразно использовать метод построения кривой зависимости «концентрация – время» на двойной логарифмической сетке (рис. ). На график, по оси абсцисс которого откладывают значения концентраций в миллиграммах на 1 м3, а по оси ординат – время наступления эффекта в часах, наносится точка 1, соответствующая времени появления достоверного биологического эффекта при действии первой концентрации вещества. Через точку проводят прямую линию (1) под углом наклона к оси абсцисс 1350. С помощью этой прямой определяют ориентировочную концентрацию С2, которая вызывает тот же биологический эффект за время Т (например, 24 ч). В эксперименте устанавливают истинное время (Т2) появления эффекта при заданной концентрации (С2). Полученные результаты наносят на график (точка 2). Экстраполируя прямую (2), проведенную через экспериментальные точки 1 и 2 на различные сроки (1 нед., 1 мес., 4 мес.), определяют концентрации, действие которых следует изучать в эксперименте.
В тех случаях, когда концентрации веществ в камерах близки к заданным, нет необходимости устанавливать точные значения последних в целях экономии времени. Для последующего анализа результатов используют значения фактических концентраций.
Продолжительность ингаляционного воздействия должна быть различной в зависимости от уровня концентраций. При этом воздействие любых концентраций прекращают после появления достоверных изменений изучаемых биологических показателей. Однако повторным исследованием необходимо убедиться, что эти изменения были не случайны.
Для определения времени наступления первых статистически достоверных изменений биологических показателей на протяжении воздействия каждой концентрации необходимо провести не менее 5 –8 исследований этих показателей. Интервалы между повторными исследованиями устанавливают в зависимости от прогнозируемых сроков появления первых статистически достоверных изменений показателей.
При действии высоких концентраций, когда появление достоверного эффекта ожидается в первые часы, исследования проводят с интервалом от нескольких минут до нескольких часов. При действии меньших концентраций, когда время наступления ожидаемого эффекта возрастает, интервалы между повторными определениями показателей следует увеличить до 1-2 недель. Однако с приближением времени появления изучаемого эффекта исследования можно проводить чаще. Здесь, как и при выборе концентраций, целесообразно применять метод построения кривой «концентрация – время», с помощью которой ориентировочно прогнозируют время наступления достоверных биологических эффектов.
В качестве показателей биологического действия используют наиболее чувствительные интегральные и специфические тесты, отражающие токсикодинамику вещества. В ряде случаев для характеристики действия вещества на организм следует учитывать адаптационные сдвиги. Методы определения тех или иных биологических показателей можно найти в соответствующих руководствах и методических указаниях.
Все результаты динамического изучения биологических показателей у животных при воздействии всех концентраций вещества регистрируют в журнале.
4.4.4 Анализ и обработка результатов исследования.
Статистическую обработку результатов осуществляют методом «размаха». Поскольку получаемые результаты уже в ходе самого эксперимента целесообразно использовать для выбора концентраций и ориентировочного определения времени исследования, статистическая обработка должна проводится сразу после каждого определения биологических показателей у данной группы животных.
На основе получаемых данных определяют время наступления первого статистически достоверного изменения каждого из показателей при воздействии каждой концентрации. В соответствии с этими данными составляют таблицу зависимости времен появления определенных токсических эффектов от уровня концентрации изучаемого вещества в воздухе (табл. 3.1).
Таблица 3.1 – Время наступления достоверных токсических эффектов в зависимости от уровня концентрации изучаемого вещества в воздухе.
| Концентрация, мг/м3 | Показатели биологического действия | |||||
| Число лейкоцитов в периферической крови | Число эритроцитов в периферической крови | |||||
| Время появления эффекта | Степень выраженности эффекта в абсолютных значениях или в процентах по отношению к исходным или к контрольным данным | Достоверность изменений по отношению к исходным данным или к контрольным данным, р | Время появления эффекта | Степень выраженности эффекта в абсолютных значениях или в процентах по отношению к исходным или к контрольным данным | Достоверность изменений по отношению к исходным данным или к контрольным данным, р | |
На основе данных таблицы строят кривые зависимости «концентрация – время» по каждому показателю на двойной логарифмической сетке.
В соответствии с полученными кривыми определяют параметры токсичности и опасности изучаемого вещества (степень опасности вещества в отношении развития хронических эффектов, пороговые и недействующие концентрации для различных периодов воздействия, коэффициенты запаса и др.) (рис. 3).
С целью определения класса опасности изучаемого соединения измеряют углы наклона прямых зависимости «концентрация – время», отражающих изменения различных показателей. Данные заносят в таблицу 3.2.
Класс опасности химических соединений в отношении развития хронической интоксикации устанавливают по наибольшему углу наклона прямых «концентрация – время» в соответствии с классификацией опасности химических веществ по номограмме (рис. 4). С целью определения пороговых концентраций вещества для различных периодов воздействия из точек прямых зависимости «концентарция – время», соответствующих заданному времени (4 ч, 4 мес.), опускают перпендикуляры к оси абсцисс (концентраций). Пороговые концентрации для различных периодов устанавливают по всем показателям, (данные заносят в ту же таблицу).
За порог острого действия принимают наименьшую концентрацию, вызывающую эффект к 4 ч. Наименьшую пороговую концентрацию для 4 мес. (2880 ч) принимают в качестве порога хронического действия.
Таблица 3.2 – Параметры токсичности и опасности изучаемого вещества по различным показателям
| Показатели биологического действия | Параметры токсичности и опасности | |||||
| Угол наклона на прямой «концентрация-время» | Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 6. Товарный знак. Класс опасности | Порог острого действия к 4 ч, мг/м3 | Порог хронического действия к 4 мес., мг/м3 | Коэффициенты запаса | Недействующие концентрации, мг/м3 | |
Коэффициенты запаса определяют по номограмме (рис. 4) с учетом углов наклона прямых «концентрация – время», отражающих изменение различных показателей. На номограмме коэффициент запаса соответствует точке пересечения горизонтальной линии (шкала коэффициентов запаса) с наклонной, имеющей угол, равный углу наклона прямой «концентрация – время» по данному биологическому показателю. Значение коэффициента запаса по всем показателям заносят в таблицу.
