ГОСТ Р 54597—2011
9
Если частицы уже присутствуют в воздухе, то в конденсирующемся паре наблюдаются конкури-
рующие процессы гетерогенной конденсации и образования зародышей. Гетерогенная конденсация
конденсируемых веществ будет превалировать, если имеющаяся площадь поверхности больше, чем
ожидается при гомогенном образовании зародышей в конкретных термодинамических условиях. В этом
случае образование новых частиц (с размером диаметра в нанодиапазоне) может быть замедлено.
Однако если имеющиеся частицы удаляют из воздуха (например, при фильтрации), то площадь поверх-
ности для гетерогенной конденсации будет уменьшаться, и это может привести к увеличению числа
наночастиц, сформировавшихся при гомогенной конденсации. Подобные явления могут наблюдаться в
рабочей зоне, но точно предсказать их крайне трудно из-за недостатка информации о термодинамиче-
ских условиях и химическом составе конденсируемой паровой фазы.
Кинетика гетерогенной конденсации пара на уже существующих частицах приводит к увеличению
количества вещества конденсируемого пара, приходящегося на единицу массы частиц при уменьшении
их размера (обогащение). Поскольку скорость конденсации молекул пара на наноаэрозолях пропорци-
ональна поверхностной концентрации аэрозоля, содержание адсорбированного токсического матери-
ала, выраженное в долях наночастиц, пропорционально удельной площади поверхности. Это важно с
токсикологической точки зрения, учитывая, например, что полициклические ароматические углеводо-
роды (ПАУ), тяжелые металлы и другие конденсируемые токсичные вещества обнаруживают в значи-
тельных количествах в виде наночастиц, являющихся, таким образом, эффективной формой переноса
соответствующих веществ.
4.4.2 Коагуляция
Во многих случаях при образовании наночастиц при высокой температуре бинарная коагуляция
является доминирующим процессом роста, определяющим окончательное распределение частиц по
размерам. Определяющими параметрами, обуславливающими коагуляцию, являются взаимное пере-
мещение частиц, их размер, счетная концентрация, а также свойства веществ, определяющие перерас-
пределение вещества внутри частиц.
Твердые наноаэрозоли часто представляют собой агломераты, состоящие из большого числа
первичных частиц. Примерами являются сажа, образующаяся при горении дизельного топлива, и пыль,
образующаяся при сварке. Размер первичных частиц определяется изменениями температуры в ходе
процесса их роста. В диапазоне высоких значений температуры соударяющиеся частицы будут коалес-
цировать до тех пор, пока средняя продолжительность коалесценции между частицами будет мала по
сравнению со временем столкновения и временем нахождения в области высокой температуры. Как
только система охлаждается, коалесценция ослабевает, и соударяющиеся частицы будут сохранять
исходную сферическую форму и размер. Агрегаты и агломераты образуются из этих первичных частиц
перед их следующим соударением. Структура растущих агломератов имеет фрактальный характер, а
образующиеся аэрозоли — большую удельную площадь поверхности.
Вблизи соответствующих источников наночастиц, например зоны испарения при сварке, массо-
вая концентрация конденсируемого вещества обычно составляет намного больше 1 мг/м
3
. Частицы,
попадающие в зону дыхания работника, будут претерпевать множественные акты соударений, а рас-
пределение частиц по размерам при коагуляции аэрозоля будет стремиться к асимптотическому виду.
Это распределение характеризуется постоянным значением GSD и тем, что средний диаметр частиц не
зависит от первоначального значения счетной концентрации и размера конденсированных ядер. При
асимптотическом виде распределения для исходного монодисперсного распределения частиц по раз-
мерам GSD достигает значения приблизительно 1,35 раньше, чем в случае первоначального широкого
распределения.
В воздухе реальной рабочей зоны в фоновом количестве может присутствовать пыль, попадаю-
щая из других источников; наночастицы могут оседать на частицах этой пыли в результате диффузии.
Поскольку коэффициент диффузии наночастиц обратно пропорционален квадрату их диаметра, потери
наночастиц за счет диффузии резко уменьшаются при увеличении диаметра, что приводит к значитель-
ному увеличению времени удаления. Таким образом, удаление наночастиц за счет их осаждения на ча-
стицах грубодисперсной пыли и коагуляция наночастиц являются конкурирующими процессами. Чтобы
частицы диаметром 1 мкм выступали в качестве эффективных очистителей от наночастиц, массовая
концентрация пыли должна быть более 5 мг/м
3
.
4.4.3 Перемещение наночастиц в воздухе
При скорости потока воздуха, преобладающей в рабочей зоне, наночастицы могут рассматри-
ваться как не имеющие инерции. Осаждение частиц на поверхностях в основном определяется диффу-
зией,
турбулентной
диффузией
и
термофорезом,
но
при
наличии
сильных
электростатических
полей