spolupracující organizace

  

 

 

Fyzikálně-chemické vlastnosti

1 FYZIKÁLNĚ – CHEMICKÉ VLASTNOSTI ČÁSTIC

Částice, které zahrnujeme do PM10 resp. PM2,5 mají svou fyzikální (tvar) a chemickou (složení) podstatu, která se může v jednotlivých oblastech lišit a proto mít také rozdílný vliv na zdraví člověka.


1.1 Fyzikální vlastnosti
Mezi fyzikální vlastnosti lze jednoznačně zařadit velikost a tvar, které jsou z hlediska zdraví obyvatel nejdůležitější. Velikost je sice přímo definovaná frakcí (PM10 = částice do velikosti 10 µm, PM2,5 = částice do velikosti 2,5 µm), to však neznamená, že všechny částice jsou stejně velké. Existují situace, kdy je PM10 z 90% tvořena částicemi pod 1 µm, ale rovněž existují situace, kdy víc než 50% PM10 tvoří částice s velikostí od 2,5 µm do 10 µm.
Velikost částic ovlivňují jednak zdroje znečištění, ale také meteorologické podmínky. Speciálními analyzátory bylo ověřeno, že nejvyšší zastoupení nejjemnějších částic v PM10 je při nejnižších teplotách a vyšších vlhkostech a naopak hrubá frakce je nejčastěji zastoupena při vysokých teplotách a nižších vlhkostech.
Velikost částic je pak nepřímo úměrná nebezpečnosti částice pro lidský organismus – čím menší částice, tím dál se v lidském organismu dostane. Částice od 2,5 do 10 µm deponují převážně v horních a částečně dolních cestách dýchacích, částice od 1 do 2,5 µm si najdou cestu až do plic a částice pod 1 µm mohou skrze plicní sklípky prostupovat až do krevního řečiště. V závislosti na velikosti částic tak dochází k ovlivnění nejen dýchacího traktu, ale rovněž kardiovaskulárního systému.
 

Obr. 1 – Schéma dosahu a ovlivňování částic různých velikostí v lidském organismu

 

 

Rovněž tvar je pro vliv částic na lidské zdraví důležitý. Částice mohou mít nejrůznější tvary těmi kulovitými počínaje (např. pylová zrna), přes krystaly různých tvarů až po tenké jehličky. Zatímco kulovitá pylová zrna ovlivňují organismus spíše chemicky, krystalky a jehličky mající ostré hrany již mohou podráždit sliznice, které jsou pak náchylnější k onemocnění.

 



 Obr. 2 – Pylové zrno

 

 

Obr. 3 – Krystalky solí – NaCl – kubická struktura, sírany – jehličky

 

 

1.2 Chemické vlastnosti

Všechny částice mají rovněž chemické složení, které rovněž určuje jejich vliv na zdraví obyvatel, zejména pak co se míry karcinogenity týče. Česká legislativa sleduje zejména těžké kovy (As, Cd, Ni a Pb) a polyaromatické uhlovodíky (zástupce benzo(a)pyren).

 

1.2.1 Těžké kovy
Jednotlivé těžké kovy kromě své toxicity rovněž poukazují na zdroje – As vzniká zejména spalovacími procesy, při výrobě železa a oceli či výrobě mědi a zinku. Arsen je vázán převážně na částice jemné frakce (PM2,5), která může být transportována na delší vzdálenost a pronikat hlouběji do dýchací soustavy. Kritickým účinkem vdechování arsenu je rakovina plic. V ČR jsou zvýšené koncentrace As pouze na Ostravsku a v okolí Kladna.
Přirozené zdroje kadmia tvoří v globálním pohledu pouze asi 10 % a patří mezi ně více než z poloviny vulkanická činnost. Převážnou část, plných 90 %, tvoří antropogenní zdroje, převážné výroba železa, oceli, metalurgie neželezných kovu, spalování odpadu a fosilních paliv. Méně významným zdrojem emisí je doprava. Kadmium je navázáno převážně na částice jemné frakce (PM2,5).Dlouhodobá expozice kadmia ovlivňuje funkci ledvin. Kadmium je prokazatelně karcinogenní pro zvířata, důkazy karcinogenity kadmia pro člověka jsou zatím omezené. Zvýšené koncentrace kadmia v ČR se vyskytují pouze v Tanvaldu a částečně také na Ostravsku.
Nikl je pátý nejhojnější prvek zemského jádra, i když v zemské kůře je jeho zastoupení nižší. Z globálního hlediska je produkován z 26 % přirozenými zdroji (kontinentální prach a vulkanická činnost). Mezi hlavní antropogenní zdroje lze řadit spalování těžkých topných olejů, těžbu niklových rud a rafinaci niklu, spalování odpadu a výrobu železa a oceli. Ze zdravotního hlediska způsobuje alergické kožní reakce a je hodnocen jako karcinogenní látka pro člověka. Asi 70 % částic obsahující nikl tvoří frakci menší než 10 μm a tyto částice mohou být transportovány na delší vzdálenosti. Asi ze 30 % se nikl vyskytuje v aerosolu s aerodynamickým průměrem větším nebo rovným 10 μm, který rychle sedimentuje v blízkosti zdroje. Koncentrace Ni nikde v ČR nepřekračují cílový imisní limit.
Většina olova obsaženého v atmosféře pochází z antropogenních emisí, především ze spalování fosilních paliv, výroby železa a oceli a metalurgie neželezných kovů. Z přirozených zdrojů je významné zvětrávání hornin a vulkanická činnost. Olovo se v ovzduší vyskytuje ve formě jemných částic s četnostním rozdělením velikosti charakterizovaným středním aerodynamickým průměrem menším než 1 μm. Při dlouhodobé expozici lidského organismu se projevují účinky na biosyntézu krevního barviva, nervový systém a krevní tlak. Důkazy karcinogenity olova a jeho sloučenin pro člověka jsou klasifikovány jako nedostatečné. Koncentrace olova na všech lokalitách v ČR leží hluboko pod imisním limitem a nedosahují ani úrovně dolní meze pro posuzování.
 

1.2.2 Polyaromatické uhlovodíky
Polyaromatické uhlovodíky (polyaromatic hydrocarbons - PAH) jsou sloučeniny s konjugovanými dvěma a více benzenovými jádry s velice rozmanitými rizikovými vlastnostmi. Řada z nich jsou potenciálními karcinogeny a mutageny, mnohé mají toxické vlastnosti. Představují dnes největší skupinu chemických karcinogenů produkovaných během spalování, pyrolýzy a pyrosyntézy organické hmoty. Jsou tedy obsaženy typicky ve zplodinách spalovacích motorů, v tabákovém kouři, ale i v potravinách (zvláště uzených a připravovaných na otevřeném ohni). Toxicita jednotlivých kongenerů závisí na jejich struktuře. Karcinogenita se vzrůstajícím počtem jader stoupá, maximum dosahuje pro PAH s pěti benzenovými jádry Za nejlépe prostudovaný karcinogen s jednou z nejvýznamnějších karcinogenních potencí ze skupiny PAH je považován benzo(a)pyren, který má jako zástupce PAH v české legislativě stanoven cílový imisní limit.
 

Obr. 4 – PAH stanovované v síti imisního monitoringu ČR

Zvýšené koncentrace resp. překročený cílový imisní limit lze v ČR očekávat všude tam, kde jsou nakupeny spalovací zdroje na pevná resp. kapalná paliva (větší obce, místa s vysokou intenzitou dopravy).
 

 

1.2.3 Ostatní látky
Kromě legislativou stanovených látek může být prach tvořen mnoha dalšími prvky a sloučeninami. Velmi často jde např. o soli anorganických kyselin (sírany, dusičnany, chloridy), dále uhlík ve formě sazí, který je výborný adsorbent (má veliký povrch – mohou se na něm zachytit další látky jako jsou pyly a alergeny, kovové prvky atd.) a samozřejmě i další chemické prvky a těžké kovy, které nejsou uvedeny v legislativě.
 

 Obr. 5 – zastoupení jednotlivých iontů ve velikostních frakcích částic

 

Z uvedeného obrázku je patrné, že na jemné frakci částic se z aniontů podílí zejména sírany a částečně dusičnany, z kationtů pak amonný kation, v hrubší frakci se pak vyskytují zejména dusičnanové a chloridové anionty a sodné kationty alkalických kovů (sodík, draslík).