روش های تحلیلی تعیین سرب موجود در پوشرنگ

بسپار/ ایران پلیمر هدف: این مقاله دورنمای مختصری از روشهای تحلیلی در دسترس برای اندازه گیری میزان سرب در پوشرنگ ها را ارائه می دهد. این امر عمدتا با هدف آگاه کردن کارکنان سلامت محیط زیست و سیاستگذارانی است که متخصص آزمایشگاهی نیستند اما ممکن است به توسعه دادن برنامه ها برای اندازه گیری میزان سرب موجود در پوشرنگ و کاهش مقدار آن نیاز داشته باشند. در این مقاله لیستی از روشهای تحلیلی به خوبی پایه گذاری شده برای اندازه گیری میزان سرب پوشرنگ، توضیح مختصری از بعضی ویژگی های آنها شامل مزایا و معایب و ملاحظات لازم برای انتخاب مناسب ترین روش متناسب با هر یک از نیازها آورده شده است. هدف این نوشتار توصیف جامع پروتکل ها و روشهای تحلیلی و یا ارائه توصیه های خاص در مورد روشها و یا دستگاه های خاص نیست.
- پیش زمینه
سرب فلزی سمی است که استفاده همه گیر آن سبب آلودگیهای شدید زیست محیطی و مشکلات سلامتی در بسیاری از بخشهای جهان شده است. تخمین ها حاکی از آن است که قرار گرفتن انسان در معرض سرب، هرساله 143000 مرگ و میر و 0/6درصد از سهم بیماریهای جهانی را درپی داشته است. سرب مجموعه ای از سموم تجمعی است که بر سیستم های مختلف بدن از جمله سیستم عصبی، هماتولوژی، دستگاه گوارش، سیستم قلبی عروقی و کلیوی تاثیر میگذارد. بچه ها به ویژه برای اثرات سیستم های عصبی آسیب پذیرند و حتی سطح کم تماس با آن، میتواند سبب آسیبهای جدی و حتی آسیبهای برگشت ناپذیر در سیستمهای عصبی شود. تخمین زده شده است که قرارگیری در معرض سرب در دوران طفولیت سالانه 6000 مورد جدید از کودکانی با معلولیت های فکری را بوجود میآورد.
به رغم کاهشهای سالهای اخیر در استفاده از سرب در بنزین، گازوییل و لوله کشی خانه ها و لحیم کاری، منابع قابل توجهی از قرارگیری در معرض سرب شامل پوشرنگ های بر پایه سرب همچنان باقی است. پوشرنگهای بر پایه سرب مورد استفاده بوده است و هنوز هم در برخی مناطق برای رنگ آمیزی سطوح داخلی و خارجی خانه ها و دیگر ساختمان ها و رنگ کردن اسباب بازیها، مبلمان و تجهیزات زمین بازی و سایر وسایلی که بچه ها میتوانند با آن در تماس باشند، مورد استفاده قرار میگیرد. در واقع پوشرنگهای بر پایه سرب در هر کشوری یافت میشوند. این نوع پوشرنگ هنوز هم در دسترس است و در بسیاری از بخشهای جهان در حال استفاده است؛ حتی در کشورهایی که استفاده از سرب در موارد خاص ممنوع شده است، پوشرنگهای بر پایه سرب در کالاها و خانه های قدیمی یافت میشوند.
قرارگیری در معرض پوشرنگ های سربی مستقل از شغل، عمدتاً در خانه، از خانه هایی که رنگ آن پوسته پوسته شده و یا به عنوان خانههای قدیمی گچ کاری شده است و یا در طول تعمیر و بازسازی تخریب شده است، اتفاق میافتد. اینها منجر به تولید گردوغبارهای سربی شده که میتواند تنفس و یا قورت داده شود. خاک اطراف خانه نیز ممکن است آلوده شود. گرد و غبار خانههای آلوده به سرب میتواند به عنوان شرکت کننده اصلی سرب موجود در بدن بچه ها شناخته شود. بچه های جوانتر به خصوص از طریق فعالیتهای دست به دهان در خطر تنفس سرب هستند. علاوه بر این بعضی بچه ها تکه خورده های پوشرنگهای سربی را میخورند. همچنین بچه های جوانتر میتوانند از طریق در دهان گذاشتن اسباب بازیها و اشیای رنگی در معرض سرب قرار گیرند. در بعضی از کشورها، پوشرنگهای برپایه سرب می تواند شایعترین و خطرناکترین منابع قرارگرفتن در معرض سرب برای بچهها باشد.
بنابراین حذف پوشرنگهای سربی ازخانه ها و اماکن و عدم استفاده از این نوع پوشرنگ در نواحی مسکونی و اسباب و اثاثیه، تجهیزات و اسباب بازیها، نقش مهمی در جلوگیری از سمیت سرب دارد. توانایی تعیین دقیق غلظت سرب در پوشرنگهای جدید و پوشرنگهای خشک شده روی سطوح، الزامی است.
- روشهای تحلیلی در دسترس
سه ایده اصلی برای تعیین مقدار سرب موجود در پوشرنگ وجود دارد:
- آزمون پوشرنگ در محل با استفاده از یک کیت تست شیمیایی
- اندازه گیری مقدار سرب در پوشرنگ در محل با استفاده از دستگاه XRF
- جمع آوری مقداری نمونه پوشرنگ و اندازه گیری مقدار سرب آن در آزمایشگاه با استفاده از روشهای تحلیلی مختلف
این رویکردها به طور خلاصه در جدول 1 آمده است.
جدول1- روشهای تعیین سرب در پوشرنگ
روش |
توانایی ها |
محدودیت ها |
کیت های آزمون شیمیایی |
|
|
طیفسنجی فلورسانسی پرتو ایکس قابل حمل |
|
|
تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی |
|
|
3-1-کیت های آزمون شیمیایی
محدوده وسیعی از کیت های آزمون شیمیایی از آزمونهای کیفی ساده گرفته تا آزمونهای نیمه کیفی پیچیدهتر وجود دارد. بسیاری از این آزمونها با تکیه بر تغییر رنگ، وجود سرب در غلظتی بیش از غلظتی معین را نشان میدهند. در سادهترین کیت ها، بر مبنای اینکه تغییر رنگی اتفاق افتاده است یا خیر، نتایج مثبت است یا منفی. مثبت یعنی سرب بیش از آن غلظت مشخص موجود است و منفی یعنی مقدار سرب موجود بیشتر از غلظت مورد نظر نیست. آستانه غلظت برای تغییر رنگ وابسته به کیت آزمون مورد استفاده است. به عبارت دیگر هر کیت آزمونی در غلظت خاصی تغییر رنگ میدهد. و ممکن است در کشورهایی که این آزمون تجاری شده است، مقدار آن تنظیم شود. برای مثال در امریکا کیت های آزمون باید غلظت بالای 0/5 درصد سرب را مشخص کنند ( وزنی 5000 میلیگرم/ کیلوگرم). بسته به موادی که در آن آزمونها برای استفاده هدفگذاری شدند، بعضی کیت های آزمون شیمیایی ممکن است محدودیت های کمتری در شناسایی داشته باشند.
کیت های ساده تر به دو روش، پوشرنگ را مورد آزمون قرار میدهند، یا با استفاده از پنبه آغشته به معرف شیمیایی که روی سطح رنگ شده میکشند و یا اینکه تکه ای پوشرنگ از ناحیه مشخص شده را جدا کرده و در ادامه در لولهای با معرف شیمیایی مخلوط میکنند. کیت های آزمون پیچیدهتر، روشهای فلوئورومتریک یا فتومتریک را روی تکههای پوشرنگ استفاده میکنند. آژانس حفاظت محیط زیست ایالت متحده امریکا (USEPA) تعدادی از این کیت ها را مورد ارزیابی قرار داده است که اطلاعات بیشتر در وب سایت آن موجود است.
کیت های آزمون شیمیایی نسبتاً ارزان هستند و به آموزش خاصی نیاز ندارند. اگرچه با آموزش کاربران نتایج قابل اعتمادتری بدست خواهد آمد. دستیابی به نتایج در این روش فوری است. با این حال این کیت ها یک سری محدودیت ها دارند. کیت ها میتوانند تنها لایههای رویی که در معرض تماس مستقیم قرار میگیرند را آزمایش کنند. بنابراین برای آزمایش لایههای زیرین که ممکن است حاوی مقدار سرب بیشتری باشد، لازم است سطح پوشرنگ را علامت گذاری کنند و یا تکهای از پوشرنگ را بردارند(بسته به نوع روش مورد استفاده). برای بعضی کیت ها ممکن است مشاهده تغییرات رنگی بسیار دشوار باشد. خصوصاً زمانی که آزمون بر روی پوشرنگهایی با رنگ تیره انجام میشود. به طورکلی این این کیت ها نمیتواند مقدار کمی سرب در پوشرنگ را اندازهگیری کند. حتی روشهای نیمه کیفی تنها محدودهای از غلظت را تعیین میکنند. در نهایت، کیت های آزمون شیمیایی ممکن است به لحاظ دقت هم دارای محدودیت باشند. به عبارت دیگر آنها ممکن است در جایی نشان دهند که سرب بیش از غلظت معین وجود دارد در حالی که اینطور نبوده (اشتباه مثبت false positive) و یا اینکه جایی نشان دهند سرب بیشتر از غلظت مشخص وجود ندارد درصورتی که حقیقتاً وجود داشته(اشتباه منفی false negative).
3-2-طیف سنجی XRF
طیف سنجی بر مبنای این اصل است که به هنگام قرار گرفتن چیزی در معرض تابش پرتو پرانرژی، سرب ( مثل خیلی از عناصر دیگر) اشعهx را در فرکانس مشخصی منتشر میکند. شدت پرتوها اندازهگیری میشود و به مقدار سرب بر واحد سطح ( معمولاً در واحدهای میلی گرم بر سانتی متر مربع ) ربط داده میشود. از آن جا که استانداردهای مربوط ممکن است به سایر واحدها نیز بیان شود( مثلا ppm) ضروری است نتایج XRF تبدیل شوند. دستگاه XRF دستی میتواند مقدار کل سرب در سطح رنگ شده را در محل و بدون آسیب رساندن به پوشرنگ و زیرآیند، اندازه گیری کند. استفاده از دستگاه های XRF دستی بسیار آسان است. اما به دلیل حضور پرتو خطرناک X به آموزشهای خاصی نیاز دارند. به طوری که در بعضی کشورها اپراتورها باید دارای گواهی باشند.
دقت دستگاه هایXRF دستی خوب است گرچه در مقایسه با روش تحلیل آزمایشگاهی مقدار خطای بیشتری دارند. دستگاه های XRFبسته به اندازه و مشخصات آنها برای اندازه گیری به یک سطح نسبتا بزرگ و مسطح نیاز دارند. از این رو، این روش به خصوص برای اندازهگیری سطوح رنگی صاف تنطیم شده است اما برای ارزیابی سطوح بسیار پیچیده و ناهموار شامل بسیاری از اسباب بازی ها به دلیل اعتبار ضعیف نتایج و ناتوانی در تعیین دقیق مساحت سطح اندازهگیری شده، کاربرد کمی دارد. بعضی دستگاههای جدید ممکن است بر این محدودیتها غلبه کنند.
دستگاه های XRF دستی از چندین تولیدکننده در بازار موجود است. این دستگاهها نسبتاً گران هستند و قیمت آنها حدودا بین 10000 دلار تا 50000 دلار است. اما در عوض به تعمیرات و نگهداری کمی نیاز دارند و هیچ گونه ماده مصرفی دیگری مورد نیاز نیست. سرعت اندازه گیریها بسیار بالاست (حدود یک دقیقه گرچه نتایجی با دقت کمتر در مدت زمان کوتاهتری نیز بدست میآیند).
برای تعیین مقدار سرب موجود در پوشرنگ با استفاده از دستگاه XRF، دستورالعملها و راهنماییهایی از منابع مختلف از جمله تولیدکنندگان دستگاه و موسسات ملی در دسترس است.
3-3-تجزیه و تحلیل های آزمایشگاهی
این رویکرد مستلزم آن است که یک نمونه از پوشرنگ، یا رنگ تازه اعمال شده و جدید یا رنگ خشک از سطح کنده شود، جمع آوری شود و در آزمایشگاه با استفاده از تکنیک های مختلف مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. لازمه آنالیزهای آزمایشگاهی، جمع آوری و آمادهسازی دقیق نمونه ها است.
برای پوشرنگ خشک روی سطوح، معمولاً توصیه میشود که:
- از همه لایه های پوشرنگ نمونه گیری شوند، زیرا سطوح پایین تر احتمالاً حاوی سرب بیشتری هستند.
- حداقل ممکن از مواد زیرین (به عنوان مثال چوب، گچ، فلز) گنجانده شود از آن جا که ممکن است نتایج نادرستی را به ارمغان بیاورد.
- در یک خانه یا ساختمان، چندین نمونه از نواحی مختلف جمع آوری شود.
- موقعیت هر نمونه ثبت و ضبط شود.
- سطوح رنگی که از آن نمونه گیری شد، برای جلوگیری از قرار گرفتن در معرض پوشرنگهای حاوی سرب تعمیر شوند.
کمترین مقدار نمونه مورد نیاز برای انجام این آزمونها، 300 میلی گرم است اگرچه این مقدار وابسته به غلظت سرب، آمادهسازی نمونه و روش تجزیه و تحلیل است. نتایج با واحدهای زیر بیان میشود. در صورتی که وزن نمونه اندازه گیری شده است، با واحد وزن بر سانتی متر و اگر مساحت سطحی دقیق نمونه تعیین شده است به صورت وزن بر مساحت سطحی واحد بیان میشود.
در آزمایشگاه، نمونه پوشرنگ قبل از تجزیه و تحلیل باید دستخوش تغییراتی گردد. برای اندازه گیری سرب کل، نمونه باید اسید دریافت کند. برای اندازه گیری سرب محلول ( یعنی سرب موجود برای جذب در صورت بلعیدن یا در دهان گذاشتن پوشرنگ توسط کودک) فرآیند استخراج اسید استفاده میشود. اندازهگیری سرب چه اندازه گیری سرب کل باشد، چه سرب محلول، به دلیل تجزیه و تحلیل و همچنین مقررات ملی مربوطه، بستگی دارد.
آنالیز واقعی میتواند با استفاده از روش های مختلفی انجام شود. شامل طیفسنجی جذب اتمی شعله (FAAS)، طیفسنجی جذب اتمی گرافیتGFAAS)،طیفسنجی نشر اتمی جفت پلاسمای القایی(ICP-AES). دستورالعملها، توصیه ها و روش های عملیاتی استاندارد برای جمع آوری و آمادهسازی نمونه و تجزیه و تحلیل آن با استفاده از این روشها و دیگر روشها از منابع متعدد، از جمله تولید کنندگان، موسسات ملی و سازمانهای استاندارد بین المللی وجود دارند.
آنالیز آزمایشگاهی به عنوان دقیقترین روش برای تعیین مقدار سرب در پوشرنگ در نظر گرفته میشود، اصول اطمینان از کیفیت (QA) بهطورکامل ارائه شده و در مورد نمونه پوشرنگ های چندلایه، همه لایههای رنگ و نه زیرآیند را شامل میشود. با این حال این روش به تعمیر سطح رنگ شده نیاز دارد. این روش، تنها روش برای اندازهگیری مقدار سرب در پوشرنگهای تر میباشد. همچنین به زمان کافی و منابع مالی برای جمعآوری نمونه، انتقال به آزمایشگاه و تجزیه و تحلیل آن نیاز دارد. آنالیز باید فقط توسط تکنسین آموزش دیده در آزمایشگاهی مناسب انجام شود.
در ادامه به اختصار سه مورد از پرتکرارترین روش های دستگاهی مورد استفاده در آزمایشگاه برای تعیین مقدار سرب در لایههای پوشرنگ توضیح داده میشود. FAAS، GFAAS وICP-AES . اگرچه این سه روش به لحاظ سطح دقت و حد آشکارسازی متفاوت از هم هستند، اما همه آنها برای تعیین میزان سرب پوشرنگ، در سطح دقت و آشکارسازی معمول مورد نیاز مناسب هستند.
3-3-1- طیف سنجی جذب اتمی شعله FAAS
طیفسنجی جذب اتمی (AAS) بر اساس این واقعیت است که اتمهای آزاد، نور را در طول موج های مشخصی از عنصر مورد نظر جذب میکنند: 3/283 نانومتر در مورد حالت پایه اتمهای سرب. مقدار نور جذب شده میتواند با یک مدل خطی به غلظت آنالیت در نمونه ارتباط داده شود. برای انجام اندازهگیری AAS، نمونههای حاوی سرب ابتدا باید توسط دستگاه مورد پردازش قرار گیرد تا بتواند اتمهای حالت پایه را به مانند بخار در مسیر نور دستگاه تولید کند، فرایندی که به نام اتمیزه شناخته میشود. FAAS از هوا-استیلن برای اتمیزه کردن سرب در درجه حرارت 2600 درجه سانتی گراد استفاده میکند.
محدوده آشکارسازی FAAS متوسط است. اما هنوز هم در اکثر موارد کافی است. دستگاههای FAAS که برای اجرا به مهارتهای آزمایشگاهی نیاز دارد با و یا بدون نمونهساز خودکار به طور گستردهای قابل دسترسی هستند.
هزینه اولیه دستگاه نسبتا کم است و مواد مصرفی مانند گاز استیلن نسبتاً ارزان هستند. به نگهداری نسبتاً کمی نیاز دارند و توان خروجی نمونه میتواند چندین نمونه در هر دقیقه باشد.
3-3-2- طیفسنجی جذب اتمی گرافیت گرم GFAAS
GFAAS نوعی روش AAS است که از یک لولهی گرافیت الکتریکی گرم برای تبخیر و اتمیزه کردن آنالیت در دمای بالای 3000 درجه سانتیگراد قبل از آشکارسازی استفاده میکند. ابزار GFAASمحدودیت تشخیص بسیار کمی دارد و تنها به دریافت حجم بسیار کم نمونه نیاز دارد (حدود 20 میکرو لیتر).
اندازه گیریهای GFAAS اغلب در معرض تداخلهای قابل توجهی از پراکندگی نور و جذب مولکولی توسط ترکیبات ماتریس هستند که با استفاده از رویکردهای مختلف از جمله استفاده از اصلاح کنندهها قابل اصلاح است. دستگاه GFAAS باید توسط تکنسینهای آزمایشگاهی آموزش دیده اجرا شود. دستگاههای GFAASبه طور گستردهای قابل دسترسی هستند و برای افزایش دقت و بازده، به نمونهساز خودکار نیاز دارند. هزینه اولیه دستگاه متوسط است و هزینههای تعمیر و نگهداری و مواد مصرفی قابل توجه است. توان عملیاتی دستگاه حدودا یک نمونه در هر دو تا سه دقیقه است.
3-3-3-طیف سنجی انتشار اتمی جفت پلاسمای القایی ICP-AES
ICP-AES از منبع جفت پلاسمای القایی (دمای خیلی بالا گازهایی متشکل از الکترونها و یونهای باردار مثبت را یونیزه میکند) برای تبدیل نمونه به یونهای و اتمهای تشکیل دهنده آن استفاده میکند. تحت این شرایط انرژی بالا سرب همانند سایر عنصرها نور را در طول موج مشخصی منتشر میکند. مقدار نور منتشر شده قابل اندازهگیری است و میتواند به غلظت سرب در نمونه ارتباط داده شود. از مزایای دستگاه هایICP-AES این است که قادر به مشخص کردن همزمان چندین عنصر در نمونه هستند.
محدوده آشکارسازی برای عنصر سرب در این روش متوسط است، اما برای اندازهگیری دقیق سرب در پوشرنگ با غلظتهای معمول مشاهده شده، کافی است. حجم متوسطی از نمونه مورد نیاز است. برخی تداخلهای طیفی رایج است اما قابل اصلاح هستند. دستگاه ICP-AES باید توسط افراد آزمایشگاهی آموزش دیده به کار گرفته شود. هزینه اولیه دستگاه بالاست اما ماده مصرفی اصلی تنها گاز آرگون است. هزینههای تعمیر و نگهداری نیز به دلیل طراحی پیچیدهی دستگاه نسبتاً بالا است. توان عملیاتی دستگاه متوسط است معمولاً حدود یک نمونه در هر دقیقه.
- جنبه های مهم روش آزمایشگاهی
در شیمی تجزیه و تحلیلی، حتی دقیقترین و پیچیدهترین دستگاهها هم، اگر نمونهها به طور مناسب جمع آوری و آماده سازی نشده باشند، اگر تجهیزات به درستی استفاده نشده باشد و یا اگر قواعد و پروتکلهای تحلیلی رعایت نشده باشد؛ نتایج نادرستی به دنبال خواهد داشت. در رابطه با اندازهگیریهای سرب در پوشرنگ دو نگرانی وجود دارد که شامل آلودگیهای ناشناخته وQA نامناسب میباشد. در بخشهای زیر به این موارد پرداخته میشود.
4-1- جلوگیری از آلودگیهای خارجی
سرب، به خصوص در آنالیز آزمایشگاهی لایههای پوشرنگ میتواند به روشهای مختلفی نمونه را آلوده کند. آلودگی میتواند در طول جمع آوری نمونه، ذخیره سازی و حمل و نقل نمونه و در حین کار با نمونه اتفاق بیفتد. بنابراین کیفیت جمع آوری و کار با نمونه، جنبه بسیار مهمی برای تعیین دقیق سرب در پوشرنگ است. کار کردن با نمونه در آزمایشگاه به مانند جمع آوری نمونه، میتواند موجب خطر و ریسک بالای آلودگی در این زمینه شود. آزمایشگاهها باید به مقدار سرب آزاد موجود ایزوله باشند و کارکنان آزمایشگاه به منظور جلوگیری از آلودگی نمونه باید کاملاً آموزش دیده باشند. برای روشهای مختلف تجزیه و تحلیلی، قواعد و پروتکلهای خاصی از سوی تولیدکنندهها و سازمانهای استاندارد وجود دارد که این موارد باید دقیقا رعایت شوند. خطرات آلودگی میتواند با بکارگیری اقدامات مناسب QA به طور قابل توجهی کاهش یابد.
4-2- اطمینان کیفیت QA
QA به تمام مراحلی که باید جهت اطمینان از حصول نتایج معتبر و قابل بازتولید طی شود، اشاره دارد. QA استفاده از روشهای صحیح علمی و فنی، برای بررسیهای آزمایشگاهی شامل انتخاب، جمع آوری، و ضبط و انتقال نمونهها، گزارش و تفسیر نتایج را در بردارد. آن همچنین به آموزش و مدیریت برای بهبود اعتبار بررسیها توجه دارد. از نقطه نظر تجزیه تحلیلی، QA میتواند به دو مرحله تقسیم شود.
1) ارزیابی اولیه یک روش تحلیلی به لحاظ عملی بودن آن که شامل خطی بودن، بازیابی، استانداردهای کالیبراسیون، تداخل میباشد
2) و متعاقب آن ارزیابی کیفیت
ارزیابی کیفیت به کیفیت نتایج تحلیلی برمیگردد که شامل دو جزء است:
1)کنترل کیفیت داخلی، که مجموعهای از رویههای استفاده شده توسط کارکنان آزمایشگاه برای ارزیابی پیوسته نتایج است به این منظور که نتایجی با اعتبار کافی تولید شوند.
2) ارزیابی کیفیت خارجی که سیستمی است برای چک کردن بیغرضانه عملکرد آزمایشگاه توسط نمایندهای خارجی
به منظور انجام تجزیه و تحلیل بر روی نمونههای پوشرنگ، بسیار مهم است که اندازهگیریهایQA شامل EQA توسط آزمایشگاه به طور مناسب دنبال شود. همچنین اعتبارنامههای ملی و بین المللی باید درنظر گرفته شود.
مترجم: مهندس مطهره کرامتی نیا ،کارشناس ارشد مهندسی رنگ- موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 190ام دوماهنامه پوشرنگ که در پایان تیرماه منتشر شده است بخوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.