CC BY
13
С. М. Городинский
Некоторые вопросы гигиены труда при электронной
микроскопии
Из Института гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР
За короткий промежуток времени, исчисляемый 20—30 годами, электронная техника совершила гигантский путь, открыв человечеству невиданные перспективы во всех областях науки.
В основе электроники лежат явления возникновения электрического тока при нагревании (так называемая термоэлектронная эмиссия), а также явления испускания электронов металлами при их освещении (так называемый внешний фотоэлектрический эффект), изученные впервые русским физиком Столетовым.
Одним из достижений электронной техники является открытие электронного микроскопа. Если лучшие оптические микроскопы, даже при идеальном качестве линз, дают увеличение в 2 500—3 ООО раз, так как в силу диффракции нельзя наблюдать частицы, имеющие размер меньше половины длины волны видимого света, то в электронном микроскопе достигается увеличение до 100 000—200 000 раз. Однако теоретически и принципиально возможно дальнейшее увеличение разрешающей силы электронного микроскопа еще в сотни раз. Это может быть достигнуто применением более совершенных линз и приложением более высокого электрического напряжения для разгона электронных лучей. В настоящее время проектируются электронные микроскопы напряжением в 400 000—1000 000 V, которые значительно увеличивают разрешающую силу электронного микроскопа.
Электронный микроскоп открыл окно в мир фильтрующихся вирусов и крупных молекул, позволил проникнуть в тайны строения ряда веществ, позволил наблюдать развитие различных химических реакций и многие другие явления. Послевоенный пятилетний план предусматривает у нас внедрение электронной микроскопии как метода исследования в целый ряд областей науки и техники.
В связи с широким внедрением электронной микроскопии и отсутствием в литературе каких-либо данных, характеризующих условия работы с электронными микроскопами, нами проводилось изучение условий труда и состояния здоровья операторов-микроскопистов. Настоящая работа проводится на базе института, ведущего разработку конструкций электронных микроскопов и имеющего ряд образцов микроскопов. Нами произведено также обследование других объектов, где проводятся работы с электронными микроскопами.
Для решения возникших гигиенических вопросов необходимо рассмотреть схему действия и основные части 'электронного микроскопа (рис. 1 и 2).
Принцип устройства электронного микроскопа основан на том, что поток электронов испытывает отклонение в магнитном и в электрическом поле. Пользуясь рядом сложно расположенных электрических или магнитных линз, можно заставить поток электронов проделать путь, проходимый световыми лучами в сложной системе оптического микроскопа. Помещая на пути электронов объекты, их поглощающие, можно в фокальной плоскости получить такое распределение пучка электронов, которое соответствует оптическому изображению при проекции на экран. Источником электронов служит нагреваемая электрическим током тонкая вольфрамовая проволока. Движение электронов, покинувших проволоку, ускоряется электрическим полем, имеющим напряжение от 30 000 до 100 000—250 000 V, а в проектируемых установках до 1 000 000 V. Ускоряющая часть электронного микроскопа получила на-
4 Гашена и санитария, >4 3
25
звание электронной пушки. Вылетевшие из электронной пушки электроны попадают в магнитное или электрическое поле (так называемое поле кснденсорной линзы), которое изменяет направление их движений таким образом, что они собираются на исследуемом объекте узким пучком. Изучаемый предмет наносится на тонкую пленку из коллодия, которую электроны легко пробивают, в то время как сам исследуемый предмет не пропускает электронов, а поглощает их. Далее электроны попадают во вторую магнитную линзу, дающую первое изображение предмета, как бы начальную зарисовку. Следующая проекционная линза отбрасывает электроны на люминесци-рующий экран, светящийся под их уда- ^
рами, или на фотопленку. Электроны, Час-г/
ударяющиеся об экран, вызывают на нем Лг"
маленькие зеленоватые вспышки света. шя Электроны, встретившие на своем пути ЩР изучаемый предмет, поглощаются им и «ШУ
Рис. 1 Схема советского электронного микроскопа ГОИ напряжением 50 кУ
1 — электронная пушка; 2 — конденоорная линза; 3 — ли к для смены образцов; 4 — объективная линза; 5 — кауера объекта; в — наблюдение промежуточного изображения; 7 — проекционная линза; 8—наблюдение конечной картины; 9 — люк для выемки фотопленок; 10—вакуум-ног распределительное устройство; II — насос
Рис. 2. Схема действия электронного
микроскопа 1 — электронная пушка; 2—поток электронов; 3 — конденсорная линза; 4 — изучаемый предмет; 5—объективная линза; 6 — промежуточное изображение; 7— проекционная лннза; 8 — окончательное изображение
на экран не попадают. Таким образом, точки экрана, на который попадают электроны, светятся, а те точки, на которые они не попадают, остаются совершенно темными. Так в игре света и тени возникает изображение предмета, увеличенное в десятки и сотни тысяч раз.
Ввиду того что электроны очень сильно поглощаются материей, в частности, воздухом, вся оптическая система электронного микроскопа помещается в вакуум, который создается в настоящее время при помощи диффузных ртутно-вакуумных насосов.
Общий вид электронного микроскопа зависит от мощности и прилагаемого напряжения. Если небольшие микроскопы типа ГОИ и другие напряжением от 30 до 50 и 100 кУ представляют колонну высотой в 1,5—2 м и занимают 2—3 м2 площади, то микроскоп с приложенным напряжением 220 кУ представляет совместно с высоковольтными генераторам« установку, требующую для себя 12 м2 площади.
Исследование различных объектов и образцов производится при электронной микроскопии специальным оператором, который сидит вплотную у микроскопа, в вынужденном положении, и с большим напряжением зрения, через специальное смотровое окно, рассматривает изучаемый объект. Рабочий день оператора длится 6 часов, а на некоторых объектах 8 часов. Как показали результаты проведенного хронометража, в среднем 4 часа из 6 уходят на непосредственное рассматривание различных изображений и 2 часа на подсобные работы (регулировка, установка образцов и др.), проводимые здесь же у микроскопа. Кроме микроскописта-оператора, непосредственно в работе участвует также электромеханик, следящий за напряжением и работой вакуумных насосов. Его рабочее место находится у высоковольтного генератора на расстоянии 1,5—2 м от микроскопа. При работе с небольшими электронными микроскопами оператор сам следит за напряжением и насосами.
Изучение условий работы и анализ описанной схемы действия электронного микроскопа позволили выделить следующие вопросы, подлежащие специальному изучению с целью создания здоровых и безопасных условий труда.
1. Прежде всего возникает вопрос о влиянии на работающих образующихся рентгеновых лучей. Известно, что при торможении или поглощении электроны испускают рентгеновы лучи, причем с увеличением скорости электронов увеличивается жесткость испускаемых лучей. Так как в электронном микроскопе электроны фактически тормозятся по всему пути, начиная с электронной пушки и до экрана, то вся колонна электронного микроскопа длиной в 1тг-1,5 м является источником образования рентгеновых лучей. В электронных микроскопах напряжением в 30—50 кУ рентгеновы лучи являются мягкими и небольшой интенсивности, в электронном же микроскопе на 100 кУ, как показали проведенные нами определения, излучение становится более жестким и достигает в среднем интенсивности в 2—3 микрорентгендозы/сек.
Таблица 1. Результаты дозиметрии рентгеновых лучей при работе электронного микроскопа напряжением в 100 кУ
Точка измерения Интенсивность микрорентгендозы/сек
Электронная пушка........ Камера объекта .......... Проекционная линза ....... У смотрового стекла ....... На уровне головы микроскописта На уровне таза.......... На расстоянии 1,5 м от микроскопа 3-4 2-3 2 2.5 2,5 2 0,5
В среднем за 4—5 часов работы микроскопист систематически подвергается воздействию дозы рентгенового излучения в 0,07—0,08 рентгена, а при более длительной работе эта доза увеличивается и доходит до 0,1 рентгена за рабочий день, т. е. до предельно допустимой дозы, установленной для рентгенологов. Следует указать, что в опытной конструкции электронного микроскопа, напряжением 220 кУ, а также в разрабатываемых конструкциях на 400 и на 1 000 кУ, интенсивность физической дозы и жесткость излучения резко возрастают, в связи с чем встает вопрос об экранировании рентгеновых лучей.
2. Для нормального прохождения потока электронов необходимо создание внутри микроскопа вакуума, что достигается с помощью диф-
4* _
фузных ртутных насосов, специально введенных в конструкцию электронного микроскопа. При этом выхлоп из насоса производится под рабочее место микроскописта. Как показали наши исследования, насос ежеминутно выбрасывает в воздух помещений 0,03 мг ртути.
Таблица 2. Количество паров ртути в воздухе помещения
Количество ртути в 1 м3 воздуха
Место забора проб минимальное максимальное среднее
На рабочем месте микроскописта..... 0,01 0,08 0,03
На рабочем месте электромеханика .... 0,01 0,04 0,03
У входной двери ............. 0,01 0,02 0,01
Из выхлопа диффузно-ртутного насоса . . 2,5 3,0 3,0
При пуске насоса ............. 0.6 0,6 0,6
Как видно из табл. 2, концентрации ртути на рабочем месте микро-скописта-оператора колебались от 0,01 до 0,1 мг/м3, т. е. в ряде случаев превышали предельно допустимые.
Помещение, в котором проводились данные анализы, имело объем 120 м3 при двукратном воздухообмене в час.
Для определения ртути в воздухе был применен метод Полежаева, основанный
на получении ртутно-медного комплекса желто-розового окрашивания. Метод принят как стандартный Всесоюзным совещанием по промышленно-санитарной химии.
3. Применение в электронной микроскопии очень высоких напряжений для «разгона» электронов ведет к образованию озона в воздухе помещения. Образование озона как побочного вещества особенно характерно при наличии больших открытых поверхностей, находящихся под высоким напряжением, а также при наличии ультрафиолетового и рент-генового излучений и в ряде других процессов.
В литературе имеется ряд указаний о токсических свойствах озона, хотя данные об озоне как профессиональном яде являются весьма отрывочными и случайными.
По данным Н. В. Лазарева, А. И. Черкеса, Лемана, Флюри и Цер-ника и других авторов, наблюдаются следующие явления в зависимости от концентрации в воздухе озона:
0,001 мг/л — явное раздражение слизистых.
0,002 мг/л — через 1'/г часа кашель и сильная усталость.
0,009—0,19 мг/л — при кратковременном вдыхании учащение пульса, головная боль,
головокружение, падение кровяного давления. 0,0016—0,0035 мг/л — при хроническом отравлении плохое самочувствие, усталость,
головная боль, падение кровяного давления. 0,01 мг/л — убивает мышей через 10 минут. Смерть от отека легких. 0,02—0,03 мг/л—смертельная доза для человека при экспозиции в 1—2 часа.
Предельно допустимой концентрацией ряд авторов предлагает считать 0,0001 мг/л.
В электронной микроскопии концентрация озона, как показали наши измерения, особенно нарастает при работе электронного микроскопа напряжением в 220 кУ, и следует ожидать еще ббльших концентраций в более высоковольтных установках.
Обнаруженные нами концентрации достигают 0,001—0,002 мг/л, т. е. их следует признать вредными и недопустимыми. Жалобы, которые мы наблюдали у работников электронной микроскопии при работе с микроскопом ЭМ напряжением в 220 кУ, в целом сходны с описанными в литературе (утомляемость, головные боли и др.).
к.
Таблица 3. Результаты анализов воздушной среды на содержание озона при работе электронного микроскопа напряжением в 220 кУ
Место отбора пробы Содержание озона в мг/л
минимальное максимальное среднее
Па рабочем месте микроскописта в зоне дыхания ................ У высоковольтного генератора в зоне дыхания ................... На полу у высоковольтного генератора . . 0,0007 0,002 0,001 0,002 0,0026 0,0013 0,0016 0,002 0,001 1
Таким образом, образование озона при высоковольтной электронной микроскопии, а также при применении в технике вообще высоких напряжений требует к себе серьезного внимания гигиенистов.
Содержание озона в воздухе велось по уточненному О. Д. Хализовой колориметрическому методу (в основу взят метод Зверева). Сущность метода заключается в поглощении воздуха, содержащего озон, 5°/о раствором нейтрального иода. Количество иода учитывалось после разрушения раствора иода нитрозилсерной кислотой. Выделившийся иод определялся хлороформным слоем, окрашенным в розовый цвет. Для поглощения применялись поглотительные приборы с пористой стеклянной пластинкой № 2—3.
При проведении анализов воздуха на содержание окислов азота обнаружены концентрации в 0,0003—0,0004 мг окислов азота на 1 л воздуха.
Таким образом, на основании вышеописанного следует заключить, что при высоковольтной электронной микроскопии имеет место комбинированное воздействие рентгеновых лучей, паров металлической ртути и озона. Необходимо также отметить неудобное, вынужденное положение микроскописта-оператора при работе.
В целях изучения влияния производственной среды на здоровье работающих, было проведено обследование здоровья группы работников операторов-микроскопистов и электромехаников Ч У обследованной группы был выявлен ряд жалоб и объективных данных, которые могут быть вызваны указанными выше условиями труда. Так, у большинства отмечаются жалобы на утомляемость, головные боли после работы, раздражительность, плохой сон. Обнаружены некоторые изменения со стороны крови, характерные как первоначальные признаки поражений при хроническом облучении рентгеновыми лучами (ретикулопения, начальная лейкопения, лимфоцитоз и небольшая тромбопения).
Поскольку работа оператора-микроскописта заключается в наблюдении мелких предметов на желто-зеленом люминесцирующем экране, несколько настораживает большой процент обнаруженной миопии, а также возможность утомления зрения. Однако для выявления возможности нарушений со стороны глаз необходима постановка специальных физиологических исследований.
Полученные нами данные свидетельствуют о необходимости проведения оздоровительных мероприятий, направленных: 1) на устранение действия рентгенового облучения; 2) на ликвидацию загрязнения воздуха парами ртути; 3) на снижение содержания озона в воздухе помещений и 4) на рационализацию рабочего места оператора.
Уменьшение интенсивности рентгенового излучения, а также загрязнения парами ртути, может быть достигнуто некоторыми изменениями в конструкции микроскопа. Поглощения образующихся рентгеновых лу-
1 Поликлиническое обследование проводили А. Ф. Наумова и М. А. Казакевич.
чей можно достигнуть путем введения в узлы колонны электронного микроскопа внутреннего или наружного свинцового экранирования.
Наиболее радикальным средством для ликвидации загрязнения воздуха парами ртути является замена в новых конструкциях ртутных насосов масляными. В находящихся в эксплоатации ртутных насосах необходимо улавливание паров ртути с помощью прогиЕортутных фильтров, которые следует герметически укрепить над выхлопным отверстием насоса.
Наиболее себя оправдавшим следует считать предложенный Яворов-ской противортутный фильтр, состоящий из силикогелевого иодно-мед-ного демеркуризатора.
Имеющая место загазованность озоном должна быть ликвидирована уменьшением открытых поверхностей установок, находящихся под высоким напряжением, особенно при разработке новых конструкций микроскопов, а также путем создания эффективной вентиляции. При этом расчет вентиляции должен строиться с учетом мощности прилагаемого напряжения и площади открытых поверхностей, находящихся под высоким напряжением.
Выводы
1. Изучение условий работы при электронной микроскопии, а равно анализ схемы действия электронного микроскопа, с учетом разрабатываемых конструкций, позволили выявить ряд вредных производственных факторов, устранение которых имеет существенное значение для создания здоровых и безопасных условий труда. Исследования показали, что при работе электронного микроскопа имеет место: а) действие ¡на организм работающих рентгеновых лучей; б) применение высоких напряжений вызывает образование озона, являющегося весьма токсичным веществом; в) воздух рабочей зоны загрязняется ртутью из введенных в конструкцию насосов.
2. Материалы поликлинического обследования группы работников (операторов и электромехаников) позволили установить развитие некоторых болезненных состояний, в основе которых могут лежать указанные выше производственные факторы.
3. К числу радикальных оздоровительных мероприятий при электронной микроскопии, как показали наши исследования, следует отнести некоторые изменения в конструкции микроскопа, ведущие к устранению рентгенового излучения, а также загрязнения воздуха парами ртути. Ликвидация загазованности озоном должна быть достигнута с помощью уменьшения скрытых поверхностей, находящихся под высоким напряжением, и путем одновременного устройства общеобменной вентиляции.
4. В дальнейшем необходимо продолжение гигиенических и систематических медицинских наблюдений этой группы работников, а также постановка ряда физиологических исследований.
★ ★ ★
