Научное обоснование гигиенического норматива ТФГ в воздухе рабочей зоны с оценкой риска здоровью при промышленном производстве (стр. 1 )

На правах рукописи

АСАДУЛЛИНА

Анжела Рашитовна

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГИГИЕНИЧЕСКОГО НОРМАТИВА ТФГ В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ С ОЦЕНКОЙ РИСКА ЗДОРОВЬЮ ПРИ ПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

14.00.07 - Гигиена

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Иркутск – 2009

Работа выполнена в НИИ Биофизики Ангарской государственной технической академии Федерального агентства по образованию РФ.

Научный руководитель:

кандидат медицинских наук,

профессор

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук,

профессор

кандидат медицинских наук,

доцент

Ведущая организация: Иркутский государственный институт усовершенствования врачей Министерства здравоохранения и социального развития РФ.

Защита диссертации состоится « » 2009г. в ___час. на заседании Диссертационного совета Д.–208.032.02. Государственного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Иркутского государственного медицинского университета» г. Иркутск, ул. Красного Восстания,1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО ИГМУ Минздрава России.

Отзыв на автореферат высылать по адресу:

г. Иркутск , ИГМУ

Ученый секретарь диссертационного совета,

д. м.н, профессору .

Автореферат разослан __________2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор медицинских наук,

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Высокое качество жизни и здоровья людей, как признак национальной безопасности может быть обеспечен только при условии поддержания соответствующего качества окружающей среды, что должно быть одним из приоритетных направлений деятельности государства (, 1986; , 2002).

Необходимо правильно определить действительный уровень загрязнения вредными веществами окружающей, в том числе производственной среды, а также установить характер и степень его влияния на здоровье человека (Женева: ВОЗ, 1981). Все это в полной мере относится и к тетрафториду Германия (ТФГ), что и определяет отчетливую актуальность работы.

ТФГ является исходным продуктом в производственном цикле получения высокочистого германия. Он представляет собой газообразное вещество и по своим физико-химическим свойствам может попадать в воздух рабочей зоны, и отрицательно влиять на здоровье людей, которые непосредственно заняты в производственном процессе (, 1976).

Как показал анализ источников информации, гигиенические нормативы для тетрафторида Германия в объектах окружающей среды, в частности в воздухе рабочей зоны, а также утвержденные методы определения его массовых концентраций в этих объектах до недавнего времени отсутствовали, что и позволило наметить цель и задачи данной работы.

Цель исследования – токсиколого-гигиеническое исследование тетрафторида Германия с оценкой риска для здоровья работающих.

Задачи исследования:

1. Установить особенности действия ТФГ в условиях эксперимента;

2. Выделить основной действующий компонент быстрогидролизующегося соединения;

3. Обосновать применимость методов определения ТФГ в условиях производства и токсиколого-гигиенического исследования.

4. Оценить риск возможности возникновения вредных эффектов у рабочих при производстве ТФГ.

Научная новизна.

Получены токсикологические характеристики ингаляционного воздействия ТФГ с выделением основного действующего компонента быстрогидролизующегося соединения при эмпирически доказанной невозможности определения его целой молекулы;

Проведен сравнительный анализ фотометрического и ионометрического методов определения фтористого водорода в воздухе рабочей зоны применительно для измерения ТФГ, позволяющие определять концентрации в широком диапазоне.

Практическая значимость.

1. Результаты исследований позволили обосновать величину ПДК тетрафторида Германия (по фтористому водороду) в воздухе рабочей зоны (0,5 мг/м3), утвержденную Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию МЗ РФ от 01.01.01г., которая вошла в дополнение №3 к ГН 2.2.5.1313-03. Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.2241-07 (зарегистрированы в Министерстве юстиции Российской Федерации, № 000 от 01.01.01г.).

2. Результаты исследований внедрены в работу ПромСанХим лаборатории (ЛПСК, Зеленогорский ЭХК), используются в исследовательском процессе НИИ Биофизики Ангарской государственной технической академии, а также в учебном курсе АГТА по промышленной экологии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Особенность токсического действия ТФГ определяется основным продуктом его гидролиза – фтористым водородом при сублиматном производстве высокочистого германия.

2. Параметры токсического действия ТФГ относят его ко 2 классу опасности с остронаправленным характером действия.

3. Гигиенический норматив тетрафторида Германия в воздухе рабочей зоны научно обоснован и соответствует существующим требованиям.

4. Ионометрический метод измерения массовых концентраций фтористого водорода, апробированный для ТФГ, отвечает требованиям, предъявляемым нормативными документами к ионометрическому анализу, что делает возможным его использование в токсикологическом эксперименте и санитарно-гигиеническом контроле воздуха рабочей зоны.

5. Рассчитанная величина риска характеризует возможность возникновения вредных эффектов у рабочих при производстве ТФГ.

Апробация работы.

Основные материалы диссертации представлены и обсуждены на:

1. Международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна - 2007». Комсомольск-на-Амуре, 7-8 июня 2007г.

2. Одиннадцатой международной научной школе-конференции студентов и молодых ученых «Экологии Южной Сибири и сопредельных территорий». Абакан, 2007г.

3. Втором Санкт-Петербургском международном экологическом форуме. Санкт-Петербург, 1-4 июля 2008г.

4. Международной научной конференции «Проблемы биоэкологии и пути их решения». Саранск, 15-18 мая 2008г.

5. Третьем съезде токсикологов, Москва 2-5 декабря 2008г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации.

Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, иллюстрирована 24 таблицами и 17 рисунками. Состоит из списка используемых сокращений, введения, главы аналитического обзора литературы, описания методов исследования, 3 глав собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, списка использованной литературы и приложений. Библиографический указатель включает 170 источников, из которых 148 отечественных и 22 зарубежных. Приложения содержат: 1) Методические указания по выполнению измерений массовой концентрации гидрофторида (фтористого водорода) в воздухе рабочей зоны фотометрическим и ионометрическим методом; 2) Цифровой массив данных по установлению порога раздражающего действия ТФГ и порога общетоксического действия (в сравнении с ГФС и ФВ); 3) Документы об утверждении Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию гигиенического норматива в виде ПДК GeF4 (по фтору) для воздуха рабочей зоны.

Личный вклад автора. Непосредственное участие при проведении токсикологических исследований и анализ полученных результатов; апробирована, метрологически обоснована методика измерения ФВ для определения содержания ТФГ в воздухе рабочей зоны; оценен риск для здоровья работающих на ЭХЗ г. Зеленогорска при загрязнении воздуха рабочей зоны тетрафторидом германия. Автор выражает глубокую благодарность за помощь, оказанную при проведении исследований коллективу НИИ биофизики АГТА. Выражаю особую признательность глубокоуважаемому научному руководителю к. м.н., профессору за оказанное внимание, помощь, советы и замечания при подготовке диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы обобщены и систематизированы данные, характеризующие физико-химические свойства наиболее известных соединений германия, применение, возможное токсическое действие, а также методы определения этих соединений в воздухе рабочей зоны. Также приведена сравнительная характеристика некоторых гомологичных фторидов.

Материалы и методы исследования

При выполнении данной работы были применены токсиколого-гигиенические, химико-аналитические и математико-статистические методы исследования.

В токсиколого-гигиенических исследованиях объектом изучения (в хроническом эксперименте) являлись белые нелинейные крысы-самцы, с исходной массой 150-160г. При этом все исследования проводились в соответствии с Методическими указаниями к постановке исследований для обоснования санитарных стандартов вредных веществ в воздухе рабочей зоны, а также методическими указаниями к постановке исследований по изучению раздражающих свойств и обоснованию ПДК избирательно действующих раздражающих веществ в воздухе рабочей зоны. Было проведено около 500 проб воздуха ингаляционных камер, 102 пробы воздуха рабочей зоны (ОАО “Производственное объединение” “Электрохимический завод”, г. Зеленогорск Красноярского края).

Для проведения однократного эксперимента в качестве показателей общетоксического действия тетрафторида Германия выбраны: общий анализ крови, спонтанная двигательная активность, норковый рефлекс, динамика массы тела, сумационно-пороговый показатель, потребление кислорода. В качестве показателей раздражающего действия: частота дыхания, витальная окраска легких.

Для сравнения параллельно проводились исследования действия фтористого водорода и гексафторида селена как веществ, обладающих сходными физико-химическими свойствами.

Обследование животных проводилось через 1,3,7 и 14 сутки после экспозиции. Патоморфологические исследования – на 14 сутки.

В ходе выполнения хронического опыта изучалось действие ТФГ на уровнях 0,2; 1,5 и 5,5 мг/м3 (экспозиция – 4 часа ежедневно, в течение 4 месяцев).

Состояние организма животных оценивалось по следующим показателям:

- физиологические: норковый рефлекс (НР), спонтанно-двигательная активность (СДА), суммационно-пороговый показатель (СПП), потребление кислорода;

- биохимические: активность щелочной фосфатазы, кислой фосфатазы нейтрофилов, кислой фосфатазы лимфоцитов, сукцинатдегидрогеназы, лактатдегидрогеназы, устойчивость липопротеидного комплекса (ЛПК), восстановленный глутатион (GSH);

- гематологические: содержание гемоглобина, количества эритроцитов, ретикулоцитов и лейкоцитов.

Обследование животных проводили до ингаляционного воздействия, через 1, 2, 3 и 4 месяца после начала воздействия и через 1 месяц после его окончания. Количество животных в каждой обследуемой группе, для каждого срока – 24.

В химико-аналитических исследованиях при сравнительном изучении применимости фотометрического и ионометрического методов определения массовой концентрации фтористого водорода для измерения тетрафторида Германия в воздухе рабочей зоны были использованы химические вещества как отечественного, так и зарубежного производства, которые соответствовали маркировке ЧДА и ХЧ. Для приготовления стандартных растворов использовали ГСО водных растворов фторид-иона ГСО № 000-91.

Лабораторная мерная посуда соответствовала ГОСТам, предъявляемым к данному оборудованию при выполнении контрольно-измерительных работ.

Измерение оптической плотности анализируемых растворов осуществляли на отечественном фотоэлектроколориметре КФК-2.

Измерение потенциала анализируемых растворов осуществлялось на отечественном иономере ЭВ-74.

Математико-статистическая обработка полученных результатов измерений проводилась по общепринятым методикам [,1984; 1969; ГОСТ Р ИСО, 2002]. Статистические гипотезы проверялись при уровне значимости р ≤ 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ТФГ крайне неустойчивое соединение, которое мгновенно гидролизуется с образованием диоксида Германия и фтористого водорода (ФВ), а также промежуточных продуктов: германиевых кислот, солей и др. При этом реакция гидролиза обратима.

GeF4 + 2 H2O D GeO2 + 4HF

В связи с быстрым протеканием реакции гидролиза определение самого ТФГ в воздухе рабочей зоны крайне осложнено.

Метод определения содержания вредного вещества в воздухе рабочей зоны должен соответствовать ГОСТу 12.1.016–79 «Воздух рабочей зоны. Требования к методикам измерения концентрации вредных веществ»

Для оценки соответствия этим требованиям нами были изучены все известные на сегодняшний день способы индикации соединений германия, в т. ч. весовые, объемные, фотометрические, флуорометрические, полярографические и спектральные методы определения соединений Германия в объектах окружающей среды. Метода определения именно ТФГ в доступной литературе не найдено.

Наиболее специфичные методы определения соединений Германия основаны на реакциях образования комплексных соединений с органическими лигандами. Это, как правило, фотометрические методы с применением ортодифенолов, гематеина, оксифлавонов, гидроксиантрахинонов и производных трополона. Но данные органические реактивы менее чувствительны по сравнению с фенилфлуороном, который является достаточно популярен и наиболее распространен при измерении массовых концентрации Германия и его соединений (четырехлористого германия, диоксида и гидрида германия) в воздухе рабочей зоны, основанный на взаимодействии в солянокислой среде с образованием комплексного соединения, окрашенного в желто-оранжевый цвет. Однако существующий метод позволяет определять соединения германия, а не исходное вещество – ТФГ. И в ходе применения данного фотометрического метода определения для ТФГ, выявили, что он не соответствует необходимым требованиям выполнения анализа по чувствительности и погрешности.

Для оценки влияния фтора (водный раствор) на определение содержания ТФГ была проведена серия опытов. При этом в качестве стандартного раствора Германия использовали рабочий раствор с содержанием Германия 10 мкг/см3, а в качестве добавки - раствор плавиковой кислоты с различным содержанием фтора.

Было установлено, что присутствие фтора оказывает значительное влияние на определение ТФГ, причем определяемая концентрация серии стандартных растворов Германия с добавкой фтора, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к погрешности измерений фотометрическим методом.

Эмпирически было установлено, что в воздухе ингаляционных камер продукты гидролиза тетрафторида Германия находятся в различных агрегатных состояниях – фтористый водород в виде паров, диоксид Германия в виде аэрозоля дезинтеграции. Причем часть последнего остается в воздушных коммуникациях, часть оседает на дно камер, в воздухе же на бумажный фильтр отбирается количество диоксида германия, в концентрационном соотношении с фтористым водородом в 130 раз меньшее.

Динамика гидролиза ТФГ доказала образование ФВ в считанные доли секунд, что свидетельствует о его мгновенном гидролизе (рис. 1).

Рис. 1. Изменение концентрации ФВ

Таким образом, опыт разработки метода определения ТФГ оказался отрицательным, т. к. он мгновенно, с взрывом распадается на ФВ и комплекс германиевых соединений, в которых преобладает диоксид германия, что не позволяет характеризовать количество молекулярного ТФГ. Фтористые вещества вступают в реакции синтеза, из-за которых создается непостоянная смесь, где преобладающим воздействием обладает фтористый водород, как наиболее токсичный компонент исходного соединения.

При проведении токсикологических исследований необходимо было иметь высокочувствительный и селективный метод определения фтористого водорода в воздухе рабочей зоны. С этой целью нами было предварительно апробировано две методики определения фтористого водорода:

1.Фотометрический метод, основанный на реакции с ализаринкомплексонатом лантана – МУК 4.1.1342-03;

2.  Ионометрический метод, основанный на измерении фторидного потенциала на фоне 0,1М раствора цитрата натрия с рН 5,2-5,6 – МУК № 000-91.

При сравнительном анализе этих методов измерения концентрации ФВ выявили, что при фотометрическом методе существуют некоторые неудобства, заключающиеся в долговременности и сложности приготовления точной концентрации ализаринкомплексона, а также узкому диапазону измеряемых концентраций. По сравнению с фотометрическим методом определения ФВ при измерениях ТФГ ионометрический имеет также ряд приемуществ, связанных с тем, что чувствительность определения выше 0,04 мкг/мл и предел обнаружения 0,01 мг/м3 вместо 0,05 мг/м3 по сравнению с фотометрическим.

В последние годы ионометрический метод определения фторид-иона получил распространение благодаря несомненным достоинствам фторидного электрода: стабильности показаний, простоте и надежности эксплуатации, высокой чувствительности и селективности по отношению к фтор-иону.

При проверке условий проведения методики ионометрического определения ФВ также выявили ее пригодность и соответствие по всем параметрам анализа измерения ТФГ (по фтористому водороду), что подтверждено результатами определения погрешностей, представленных в таблице 1, которые также удовлетворяют всем предъявляемым условиям.

Таблица 1

Характеристики погрешности методики определения фтористого водорода в воздухе рабочей зоны

Наименование определяемого компонента	Диапазон определяемых содержаний фтористого водорода, мг/м3	Наименование метрологической характеристики
Характеристика погрешности, Dm, мг/м3	Характеристика случайной составляющей погрешности s(Dо), мг/м3	Характеристика систематической составляющей погрешности, DС, мг/м3
ФВ	0,1-5,0	0,14х	0,0203х	0,132х

Для данной методики нами рассчитаны метрологические характеристики метода, ранее не существовавшие. Внутренний оперативный контроль (ВОК) результатов КХА (повторяемости, прецизионности, точность) рассчитывали в соответствии с МИ (табл. 2).

Таблица 2

Нормативы оперативного контроля измерения концентрации фтористого водорода в воздухе рабочей зоны

Наименование вещества	Диапазон измеряемых мг/м3	Нормативы оперативного контроля, мг/м3
Повторяемости r, мг/м3 (Р=0,95; n=2)	Прецизионности R, мг/ м3 (Р=0,95; n=10)	Точности К, мг/м3 (Р=0,90; n=10)
ФВ	0,1-5,0	0,042х	0,044х	0,39х

Метрологические характеристики (значение характеристики погрешности и ее составляющих) приведены в виде аналитической зависимости от массовой концентрации определяемого компонента (х, в мг/м3) в пробе.

Так, ВОК позволяет сделать заключение о том, что полученные показатели повторяемости, прецизионности, точности удовлетворительны и соответствуют показателям КХА, установленным для данной методики.

Производственные испытания ионометрического метода определения реальных концентраций фтористого водорода в воздухе рабочей зоны проводились в лаборатории производственно-санитарного контроля отдела охраны труда (ЛПСК), г. Зеленогорск.

Результаты проведенных производственных измерений концентрации ФВ для определения ТФГ в воздухе рабочей зоны производственных помещений приведены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты измерений концентрации ФВ для определения ТФГ

Дата	Среднее значение концентрации ФВ, мг/м3	Дата	Среднее значение концентрации ФВ, мг/м3	Дата	Среднее значение концентрации ФВ, мг/м3
10.01.2008	0,31±0,02	02.04.2008	0,5±0,000Е	29.07.2008	0,51±0,002
11.01.2008	0,104±0,000Е	07.04.2008	0,104±0,0004	30.07.2008	0,3±0,000Е
21.01.2008	0,1032±0,0024	08.04.2008	0,3±0,000Е	08.08.2008	0,3±0,02

24.01.2008	0,9835±0,073	15.04.2008	0,104±0,000Е	12.08.2008	0,2915±0,007
28.01.2008	0,3±0,000Е	04.05.2008	0,1±0,000Е	22.08.2008	0,499±0,000Е
30.01.2008	0,5±0,000Е	05.05.2008	0,505±0,01	29.08.2008	0,309±0,000Е
06.02.2008	0,103±0,000Е	06.05.2008	0,294±0,000Е	01.09.2008	0,5005±0,003
18.02.2008	0,102±0,000Е	16.05.2008	0,104±0,004	05.09.2008	0,1045±0,000Е
19.02.2008	0,997±0,002	20.05.2008	0,3±0,000Е	11.09.2008	0,301±0,000Е
26.02.2008	0,3±0,000Е	29.05.2008	0,289±0,01	17.09.2008	0,301±0,000Е
29.02.2008	0,5±0,000Е	10.06.2008	0,1±0,001	24.09.2008	0,103±0,006
03.03.2008	0,3±0,000Е	20.06.2008	0,1035±0,001	01.10.2008	0,102±0,004
18.03.2008	0,1±0,000Е	24.06.2008	0,3±0,000Е	06.10.2008	0,3±0,000Е
26.03.2008	0,505±0,01	03.07.2008	0,301±0,000Е	08.10.2008	0,9855±0,023
01.04.2008	0,3±0,000Е	07.07.2008	0,485±0,01	15.10.2008	0,301±0,000Е

Анализируя полученные данные из таблицы 3, можно сделать вывод о том, что отбор проб при условиях загрязнения производственной среды позволил получить результаты измерения на требуемых уровнях, т. е. на уровне ПДК для воздуха рабочей зоны, на уровне ½ ПДК и выше. На основании этих данных можно заключить: