Введение

Суспензия мелких твердых частиц или жидких капель в воздухе или другом газе – это суспензия частиц в газовой среде. Аэрозоль представляет собой суспензию мелких твердых частиц или жидких капель в воздухе или другом газе. Аэрозоли могут образовываться в результате природных или антропогенных факторов. Термин "аэрозоль" обычно относится к смеси частиц в воздухе, а не к самим частицам. Примеры природных аэрозолей – туман, дымка или пыль. Примеры антропогенных аэрозолей включают частичные загрязнители воздуха, туман, образующийся при сбросе воды на гидроэлектростанциях, туман от орошения, парфюмерия из распылителей, дым, пыль, распыляемые пестициды и лекарственные препараты для лечения респираторных заболеваний. Диаметр жидких или твердых частиц в аэрозоле обычно составляет менее 1 мкм. Более крупные частицы, обладающие значительной скоростью осаждения, превращают смесь в суспензию, однако четкого разграничения между ними нет. В повседневной речи под "аэрозолем" часто понимают систему распыления, которая доставляет потребительский продукт из баллончика. Болезни могут распространяться посредством мелких капель, выделяемых при дыхании, которые иногда называют биоаэрозолями.

Эффекты

Извержения вулканов выделяют в атмосферу большое количество серной кислоты, сероводорода и соляной кислоты. Эти газы представляют собой аэрозоли, которые в конечном итоге возвращаются на Землю в виде кислотных дождей, оказывая ряд негативных воздействий на окружающую среду и жизнь людей. Аэрозоли взаимодействуют с энергетическим балансом Земли двумя способами – прямым и косвенным. Например, прямой эффект заключается в рассеянии и поглощении аэрозолями входящего солнечного излучения. Это в основном приводит к охлаждению поверхности (солнечное излучение рассеивается обратно в космос), но также может способствовать потеплению поверхности (за счет поглощения входящей солнечной энергии). Это является дополнительным фактором парникового эффекта и, следовательно, способствует глобальному изменению климата. Косвенные эффекты связаны с тем, что аэрозоли влияют на процессы, непосредственно взаимодействующие с излучением. Например, они способны изменять размер частиц облаков в нижней атмосфере, тем самым изменяя способ, которым облака отражают и поглощают свет, и, следовательно, изменяя энергетический баланс Земли. Однако в глобальном масштабе аэрозольное охлаждение снижает нагрев, вызванный парниковыми газами, но не компенсирует его полностью. Когда аэрозоли поглощают загрязняющие вещества, это способствует осаждению этих веществ на поверхность Земли и в водоемы. Поскольку аэрозоли такого размера наиболее эффективно адсорбируются в носу человека – первичном месте заражения COVID-19 – такие аэрозоли могут способствовать распространению пандемии. Частицы аэрозоля с эффективным диаметром менее 10 мкм могут проникать в бронхи, а частицы с эффективным диаметром менее 2,5 мкм могут достигать области газообмена в легких, что может быть опасно для здоровья человека.

Коагуляция

Когда частицы и капли в аэрозоле сталкиваются друг с другом, они могут сливаться (коалесцировать) или агрегировать. Этот процесс приводит к изменению распределения частиц аэрозоля по размерам, при котором мода распределения увеличивается в диаметре, а общее число частиц уменьшается. В некоторых случаях частицы могут распадаться на множество более мелких частиц; однако это обычно происходит с частицами, которые слишком велики, чтобы рассматриваться как аэрозоли.

Обнаружение

Аэрозоли можно измерять как непосредственно на месте, так и с использованием дистанционных методов.

Выборочный выборка по размеру

Частицы могут откладываться в носу, рту, глотке и гортани (область верхних дыхательных путей), глубже в дыхательных путях (от трахеи до терминальных бронхиол) или в альвеолярной области. Место отложения частиц аэрозоля в дыхательной системе существенно определяет последствия воздействия таких аэрозолей для здоровья. Это привело к разработке аэрозольных пробоотборников, которые выделяют подмножество аэрозольных частиц, достигающих определенных частей дыхательной системы. Примеры этих подмножеств распределения частиц аэрозоля по размерам, важных для охраны труда, включают ингалируемую, торакальную и респирабельную фракции. Доля частиц, способных проникнуть в каждую часть дыхательной системы, зависит от отложения частиц в верхних отделах дыхательных путей. Ингалируемая фракция частиц, определяемая как доля частиц, изначально присутствующих в воздухе, способных попасть в нос или рот, зависит от скорости и направления ветра, а также от распределения частиц по аэродинамическому диаметру. Торакальная фракция – это доля частиц в атмосферном аэрозоле, способных достичь грудной клетки. Респирабельная фракция – это доля частиц в воздухе, способных достичь альвеолярной области. Для измерения респирабельной фракции частиц в воздухе используется предколлектор с фильтром для отбора проб. Предколлектор исключает частицы, поскольку дыхательные пути удаляют частицы из вдыхаемого воздуха. Фильтр для отбора проб собирает частицы для последующего измерения. В качестве предколлектора часто используется циклонное разделение, но другие методы включают импакторы, горизонтальные элютриаторы и мембранные фильтры с большими порами. Два альтернативных критерия селекции по размеру, часто используемых при мониторинге атмосферы, – это PM10 и PM2.5. Согласно ISO, PM10 определяется как частицы, проходящие через входное устройство с селекцией по размеру с 50%-ной эффективностью отсечения при аэродинамическом диаметре 10 мкм, а PM2.5 – как частицы, проходящие через входное устройство с селекцией по размеру с 50%-ной эффективностью отсечения при аэродинамическом диаметре 2,5 мкм. PM10 соответствует "торакальной конвенции", определенной в ISO 7708:1995, пункт 6; PM2.5 соответствует "конвенции о респирабельных частицах высокого риска", определенной в ISO 7708:1995, 7.1. Агентство по охране окружающей среды США заменило старые стандарты для твердых частиц, основанные на общем содержании взвешенных частиц, стандартом, основанным на PM10 в 1987 году, а затем в 1997 году ввело стандарты для PM2.5 (также известных как мелкодисперсные частицы).