前言
飽和蒸氣壓模式是數學定量模式推估中最簡單的方法,不需要使用量、不需要成分比例、不需要詳細環境控制的數據,僅依靠飽和蒸氣壓就可以得到現場濃度,甚至於依據現場的設備進行十倍原則(Rule of Ten, RoT)判斷就可以推估出濃度,但這樣的濃度真的是現場的濃度嗎??其實這樣推估的可靠度與可信度非常差。
因此我們曾經看過現場化學品很明顯的聞到(即已達到的嗅味閾值的最下限),但是依照飽和蒸氣壓模式與十倍原則算出來的濃度是遠低於嗅味閾值,當然相對的,也有相反的事情發生,從外面走到生產現場的裡面完全沒有聞到味道(低於嗅味閥值_非嗅覺疲乏),但推估的濃度遠遠高過嗅味閾值,那這到底這是在哪邊出現了問題呢?這其實是我們未正確的運用飽和蒸氣壓模式,所以我們應該要從飽和蒸氣壓的發生狀態與實際的運用場景來說明,該如何運用飽和蒸氣壓模式。
飽和蒸氣壓的發生狀態
我們先說明發生飽和蒸氣時的狀態,飽和蒸氣就是指空氣中所含的濃度與液體變成氣態達成一個動態平衡,所以代表空氣中已經達到最大的空氣濃度壓力就也就是飽和蒸氣壓,同樣的這也代表這一項液體化學品在這樣的溫度壓力下可以達到的最大濃度,因此這也是飽和蒸氣壓模式所推導出來的濃度,但是要達到這樣的情況下有下面三個主要因素
第一:『空間要夠小』,第二:『沒換氣的情況下,化學品數量要足以產生夠多的濃度答報飽和蒸氣壓』,第三:『有換氣的情況下,化學品持續補給數量要足以產生夠多的濃度達到飽和蒸氣壓』
在實際的工廠中要達成這樣的狀況,可能的情境為供應化學品的液體管路(未滿管)、大量混合的桶槽、沒有通風換氣的化學櫃、承裝化學品的桶槽,這都是可能會發生飽和蒸氣壓的狀況,但如果此平衡一旦被破壞(如有通風換氣、壓力釋放、空間變大、、、等),濃度將瞬間升高後再大幅地降低,因此在接觸上述物質時應該要配戴適當濃度的口罩避免大量吸入。
但反過來思考這樣的狀況雖然有,但是實務上的應用面卻是有如雞肋般的『食之無味、棄之可惜』,那為什麼還需要有這樣的一個模式呢,當然在『定量模式推估』上,他真的是一個功能不高的模式,但如果把這個模式定調在『定性評估』呢?是不是比我們用ILO的CCB、新加坡半定量的評估還的好多了呢?沒錯,
飽和蒸氣壓最好的運用的方式就是『定性評估』,而非『定量模式推估』
接下來我們來說明飽和蒸氣壓的定性評估的運用說明
飽和蒸氣壓用於定性評估的方式
在此飽和蒸氣壓在AIHA的官方網站(IH apps &Tools)上,歸類在STEP 3: Preliminary/ Initial Exposure Assessment (Tier 1)中的定性暴露評估表(Qualitative Exposure Assessment Checklist ) ,而我們該如何運用飽和蒸氣壓,首先我們要知道運用的時機、十法則應用原理、潛在危害指標(PHI)
飽和蒸氣壓的運用時機
由於飽和蒸氣壓模式是一個很簡單很快速的取得現場可能最大的暴露濃度,但為何我們需要會有這樣的需求呢?主要是因為職業衛生人員或是專業的職業衛生顧問人員,通常很難取得完整的的資訊量,因此為了在有限的資訊量與時間下,快速地評估最需要監測的物質與相關的作業型態,所以我們可以透過飽和蒸氣壓模式迅速得知現場各項化學物質最有可能的最大濃度,進而篩選出最高或最需要監測的暴露物質,在這樣的情況下所得到的資料是沒有參考現場的通風換氣狀態,所以才延伸出十倍法則(Rule of Ten, RoT),透過簡易的通風換氣設備分類,進行濃度的調整,這樣的方式不也跟在執行半定量分級(如CCB)時,有工程控制所乘上的分數比較低是同樣的原理,只是差別在半定量分級(除歐盟的ECETOC發展之工具外)並沒有一個正確的濃度可以參考。
由於真正在進行定量的濃度計算需要有可靠的數據來源,才可以計算得到接近現場作業的暴露濃度,但是飽和蒸氣壓模式所使用的數據可靠度極低,所得數據當然與實際現場的濃度差異很大的可能性也就極高,因此飽和蒸氣壓通常都是作為執行定量或採樣前評估的方式,也就是篩選出暴露危害性高的物質進而執行下一步的定量作業。而在執行飽和蒸氣壓模式時,還需要理解十倍法則與潛在危害指標(PHI)這兩件事情
十倍法則
由於飽和蒸氣壓未參考任何的控制措施,因此才有十倍法則的調整,而十倍法則也有其適用性與實務利用的著力點,基本上當有機溶劑類的物質有極低的暴露容許濃度時,是不適用飽和蒸氣壓模式與十倍原則,此外透過十倍原則的區分,我們也可以反向思考將他視為未來通風設備改善的最低要求,在此舉溴丙烷與正己烷來跟大家說明
溴丙烷
溴丙烷蒸氣壓為143mmHg@20°C,一大氣壓為768mmHg,因此飽和蒸氣壓所得到的濃度如下
(143mmHg/768mmHg) x 1000000 =186197.9 ppm (溴丙烷容許濃度:0.5ppm)
因此該場所依照十倍法則進行辨別,我們可以看到一些有趣的狀況
1.現場設有局部排氣(局部排氣【飽和蒸氣濃度 ×1/10000】),可能的濃度為18.6ppm大於容許濃度(0.5ppm)
2.現場採用密閉作業(密閉作業【飽和蒸氣濃度 ×1/100000】),可能的濃度為1.86ppm大於容許濃度(0.5ppm)
所以溴丙烷是不適用於飽和蒸氣壓模式,而是要改用其他的定量暴露模式,比如完全混合模式、兩區域混合模式等等,但同時我們也可以鑑別出溴丙烷是一個高危害健康物質,必須列入採樣監控的對象中,這就是定性評估的一個運用
正己烷
正己烷蒸氣壓為124mmHg@25°C,一大氣壓為760mmHg,因此飽和蒸氣壓所得到的濃度如下
(124mmHg/760mmHg) x 1000000 =163157.9 ppm (正己烷容許濃度:50ppm)
因此該場所依照十倍法則進行辨別,我們可以看到一些有趣的狀況
1.現場採用整體換氣(假設每小時換氣率6次) 【飽和蒸氣濃度 ×1/1000】,可能的濃度為163.2ppm(>50ppm)
2.現場設有局部排氣(局部排氣【飽和蒸氣濃度 ×1/10000】),可能的濃度為16.3ppm(<50ppm)
在正己烷的計算案例中,我們得知現場如果是採用局部排氣危害可能會比較小,但如果採用整體換氣就有可能超出容許濃度,同時我們也可以反向思考這件事情,就是正己烷的控制措施最低要求應該是要以局部排氣為主,此外這樣也可以快速篩選出哪些地方為較高風險的區域,必需進行作業環境監測採樣與點數是否要增加。
然而十倍法則是一個依據通風設備延伸而來的級距區隔,因此正式的使用方式應該是要先進行現場環境的通風控制的去除率效果認證後,依據所得的控制措施的去除效率進行使用,而這樣的方式大家可以參考環境保護署在空氣污染防制費中有個補集效率認證方式來進行。
潛在危害指標(PHI)
在十倍原則中我們發現兩個不同的情境跟兩個不一樣的評估思考方式,但是都有共通的項目就是除了蒸氣壓與容許濃度,其他都是定值,因此我們將飽和蒸氣壓模式快速省略不求出濃度,而是把蒸氣壓與容許濃度相除得到一個比值,而這個數值就是潛在危害指標(PHI),當PHI數值越高代表為危害程度越高
公式PHI=蒸氣壓/容許濃度
溴丙烷PHI=286 正己烷PHI=2.48
兩者相互比較一樣可以得到溴丙烷的危害遠高於正己烷的危害,透過這樣的危害特性我們可以思考當產品為混合物時該針對那個化學物質進行採樣,我們可以透過拉午耳定律(Raoult’s law),則溶液的蒸氣壓(P)等於純溶劑的蒸氣壓(P°)與溶劑的莫耳分率(XA)的乘積,進而計算出該混合物中各項化學品的蒸汽壓,得到蒸汽壓之後再利用PHI的來決定哪一樣物質是高度危害。
假設有一產品是溴丙烷12%,正己烷86%在這個情境下,溴丙烷PHI=27、正己烷PHI=2.4,因此我們可以發現溴丙烷的潛在危害大約是正己烷的13倍,因此假設在預算不足的情況下,只能針對對該產品進行一種物質採樣,那我們應該優先要採樣的對象是溴丙烷,而非成分比例高的正己烷,但如果在採樣分析技術有現的狀況下或該物質沒有檢測方法,也可以透過採集另一個物質來判定另外一個物質的暴露濃度。
結論
最後我們稍微整理整份文章的重點事項
- 一:飽和蒸氣壓模式屬於資訊量少且可以快速得知最大暴露量的方法,非常適合運用在定量分析評估前或是現場快速評估使用
- 二:十倍法則不是用於低容許濃度的有機溶劑物質,可以視為快速判斷未來通風設備改善的選擇方式
- 三:潛在危害指標(PHI)數與簡化後的飽和蒸氣壓模式的運用,可快速排序篩選化學品的危害
- 四:利用拉午耳定律(Raoult’s law)與PHI可協助鑑別混合物的暴露評估的採樣篩選
這次我們針對飽和蒸氣壓模式進行簡單的說明,希望透過我們的說明讓大家可以更能理解到飽和蒸氣壓模式的使用注意的地方,另外還有延伸出潛在危害指標(PHI)與混合物重要的危害篩選,關於PHI的部份也有一些專家會將他列入CCB評估的一個項目,最後也希望大家能夠充分理解飽和蒸氣壓的使用限制,也期待大家可以利用文章內所得到的知識運用在工作現場中。
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