FRACCIÓN INHALABLE DE MATERIA PARTICULADA

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1.- INTRODUCCIÓN

Los contaminantes químicosprocedentes de las distintas acti-vidades industriales se encuen-tran frecuentemente en lasatmósferas laborales bajo laforma de aerosoles. Un aerosolestá constituido por partículassólidas y/o líquidas suspendidasdurante un cierto tiempo en elaire. El tamaño de dichas partícu-las puede ser muy variable y estácomprendido normalmente entre0,001 y 100 µm.

Los aerosoles se puedengenerar en muy diversas activida-des y procesos industriales. Lanaturaleza, tamaño y número departículas que constituyen unaerosol es, por tanto, de unaenorme variedad, ya que depen-den de las características de losproductos utilizados y de las ope-raciones implicadas en la activi-dad industrial.

Para la descripción de losaerosoles se utilizan diferentestérminos en función de distintosaspectos o características: ori-gen, estado físico, composición,tamaño de partícula, etc. Los tér-minos más utilizados son lossiguientes:

POLVO: Suspensión de par-tículas sólidas en el aire genera-das por procesos mecánicos.Algunos ejemplos característi-cos son las nubes de partículasque se producen en las cante-ras o en las plantas de áridosdestinadas a la preparación demateriales para obras públicasy construcción, así como laspartículas desprendidas en ope-raciones de afilado, aserrado,esmerilado, etc.

FRACCIÓN INHALABLE DE MATERIA PARTICULADA: EVALUACIÓN AMBIENTAL

ÍNDICE

1.- Introducción

2.- Comportamiento de los aerosoles en el sistema respiratorio

3.- La fracción inhalable: definición

4.- Evaluación ambiental de la fracción inhalable

4.1.- Tipos de muestreadores para fracción inhalable

4.2.- Elección del valor límite

5.- Equipos de lectura directa para el control ambiental de aerosoles

5.1.- Nefelometría

5.2.- Espectrometría

6.- Bibliografía

JULIÁN VELASCO ORTEGA

Doctor en Ciencias Químicas. Jefe de Formación y Asesoramiento Técnico deAPA.

CARLOS SUÁREZ RODRÍGUEZ

Licenciado en Bioquímica. Jefe de Producto del Departamento de HigieneIndustrial y Medio Ambiente de Vertex Technics, S.L.

ROBERTO HERNANI MAYO

Licenciado en Ciencias Biológicas. Técnico Comercial de Vertex Technics, S.L.

Los aerosoles se pueden generar en muy diversas actividades yprocesos industriales. La naturaleza, tamaño y número de partí-culas que constituyen un aerosol es, por tanto, de una enormevariedad, ya que dependen de las características de los produc-tos utilizados y de las operaciones implicadas en la actividadindustrial.

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NIEBLA: Suspensión departículas líquidas en el airegeneradas por una acciónmecánica sobre un líquido (sal-picaduras, pulverización) o pro-cedentes de la condensación desu fase gaseosa. Ejemploscaracterísticos son las nubes defumigación de los plaguicidas,nieblas de aceite mineral des-prendidas en algunas operacio-nes de mecanizado de metales,nubes generadas en las opera-ciones de decapado, etc.

HUMO: Suspensión de par-tículas sólidas en el aire genera-das en procesos térmicos. Unejemplo son los humos metáli-cos, que proceden de la con-densación del estado gaseosooriginado a partir de la sublima-ción o volatilización de un metal(humos de soldadura). Otro

ejemplo son los humos de com-bustión desprendidos por losmotores de explosión, o los quese producen cuando se incineramateria orgánica a temperatu-ras pirolíticas.

2.- COMPORTAMIENTODE LOS AEROSOLES EN ELSISTEMA RESPIRATORIO

El sistema o tracto respiratoriohumano se divide en tres regio-nes: vías aéreas superiores, re-gión traqueobronquial y regiónalveolar (Figura 1).

Las partículas que penetran enel organismo pueden ser exhala-das o pueden depositarse en algu-na región del tracto respiratorio. Elcomportamiento y la deposición

de las partículas inhaladas depen-den principalmente de la naturale-za y del tamaño de las partículas,aunque hay otros factores como lavelocidad y dirección del viento enlas proximidades del cuerpo, lacadencia respiratoria, las caracte-rísticas individuales, etc.

Las partículas líquidas o loscomponentes solubles de las par-tículas sólidas pueden ser absor-bidos por los tejidos donde quieraque se depositen. Las partículaspueden causar daño en el lugarde depósito si son corrosivas,radioactivas, o capaces de iniciaralgún otro tipo de daño. Las partí-culas insolubles pueden ser trans-portadas a otra parte del tractorespiratorio o del cuerpo, dondepueden ser absorbidas o causarun efecto biológico.

Los principales mecanismosde defensa del tracto respiratoriofrente a la materia particulada son:el mecanismo mucociliar, queactúa en las regiones de las víassuperiores y traqueobronquial, y elmecanismo de endocitosis, quesupone la acción de los macrófa-gos en la región alveolar.

En las vías respiratorias supe-riores quedan depositadas laspartículas de mayor tamaño quepueden ser eliminadas en unosminutos mediante el estornudo opor deglución. Sin embargo, haypartículas que presentan mayorestiempos de residencia como son,por ejemplo, las partículas demaderas duras, que pueden resi-dir durante largos períodos y cau-sar cánceres nasales. Las partí-culas que se depositan en laregión traqueobronquial son des-plazadas hasta la laringe graciasal movimiento de los cilios y pos-teriormente son deglutidas. Laspartículas que se depositan en la

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Figura 1.- Regiones del sistema o tracto respiratorio humano.

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región alveolar son transportadashacia los bronquiolos por losmacrófagos o pasan al sistemacirculatorio o linfático. El tiempode eliminación de las partículasen la región traqueobronquial esrelativamente corto comparadocon el correspondiente en laregión alveolar.

Hay grandes variaciones, deuna persona a otra, en la probabi-lidad de inhalación de las partícu-las, depósito, reacción frente al

depósito y aclaramiento. Sinembargo, es posible definir con-venios para el muestreo selectivodel aerosol, por el tamaño de laspartículas, cuando el propósitodel muestreo está relacionadocon la salud. Estos convenios sonrelaciones entre el diámetro aero-dinámico de las partículas y lasfracciones que han de ser recogi-das o medidas, que son, aproxi-madamente, las fracciones quepenetran en condiciones mediasen las distintas regiones del tractorespiratorio.

3.- LA FRACCIÓN INHALABLE: DEFINICIÓN

Tradicionalmente los higienis-tas han utilizado expresiones talescomo “polvo total”, “partículastotales”, “partículas inhaladas”,etc. para referirse al conjunto detodas las partículas presentes enel ambiente capaces de entrar enel organismo a través de las víasaéreas superiores. Asimismo, eltérmino “respirable” ha estadoasociado a las partículas que, unavez en el interior del organismo,se depositan en la región alveolar.

La evolución de la definiciónde los diferentes términos ha idounida al desarrollo de equiposcapaces de separar la fracción deinterés de la nube de polvo. En laactualidad, el término “fraccióninhalable” está adoptado interna-cionalmente para designar la frac-ción de la masa del aerosol totalque se inhala a través de la narizy la boca. Esta definición seencuentra recogida en la NormaUNE-EN 481:1995, en donde seespecifican los convenios para elmuestreo de las fracciones delaerosol (inhalable, torácica y res-pirable) en función del tamaño delas partículas.

En la tabla 1 y en la figura 2 seindican y representan respectiva-mente los valores numéricos delconvenio para la fracción inhala-ble como porcentaje del aerosoltotal frente al diámetro aerodiná-mico de las partículas.

4.- EVALUACIÓNAMBIENTAL DE LAFRACCIÓN INHALABLE

El Real Decreto 374/2001, ensu artículo 3, establece que laevaluación de los riesgos deriva-dos de la exposición por inhala-ción a un agente químico peligro-so deberá incluir la medición delas concentraciones del agente enel aire, en la zona de respiracióndel trabajador, y su posterior com-paración con el valor límiteambiental que corresponda. Elprocedimiento de medición utiliza-do deberá adaptarse, por tanto, ala naturaleza de dicho valor límite.

El procedimiento de medicióny, concretamente, la estrategia demedición (número, duración yoportunidad de las mediciones) yel método de medición (incluidos,en su caso, los requisitos exigi-bles a los instrumentos de medi-

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Las partículas que penetranen el organismo pueden serexhaladas o pueden deposi-tarse en alguna región deltracto respiratorio. El com-portamiento y la deposiciónde las partículas inhaladasdependen principalmente dela naturaleza y del tamaño delas partículas, aunque hayotros factores.

Tabla 1.- Valores numéricos del convenio inhalable, expresados

como porcentaje del aerosol total,según norma UNE 481.

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da), se establecerán siguiendo lanormativa específica que sea deaplicación o, en ausencia de ésta,conforme a lo dispuesto en el artí-culo 5.3 del Reglamento de losServicios de Prevención.

Para la determinación deagentes químicos presentes en laatmósfera como materia particula-da se tendrán en cuenta, entreotros documentos, las siguientesnormas:

Norma UNE-EN 481:1995:Atmósferas en los puestos detrabajo. Definición de las frac-ciones por el tamaño de las par-tículas para la medición deaerosoles.

Norma UNE-EN 13205:2002:Atmósferas en el lugar de traba-jo. Evaluación del funciona-miento de los instrumentos parala medición de concentracionesde aerosoles.

En cualquier caso se deberánsiempre cumplir los requisitosgenerales relativos al funciona-miento de los procedimientospara la medida de agentes quími-cos descritos en la Norma UNE-EN 482:2007.

4.1.- TIPOS DE MUESTREADORES PARAFRACCIÓN INHALABLE

El procedimiento más frecuen-te para el muestreo ambiental deaerosoles es el de filtración. Lamuestra se recoge haciendopasar un volumen conocido deaire a través de un filtro, que vamontado dentro de un muestrea-dor. Este dispositivo se conecta auna bomba de aspiración median-te un tubo flexible. A partir de lacantidad de materia particuladarecogida se calcula la concentra-ción ambiental expresada en mili-gramos por metro cúbico de aire.Los requisitos de las bombas demuestreo personal así como lasrecomendaciones de uso vienendescritos en el documento CR-01/2005 del INSHT.

En España, para la toma demuestra de la fracción inhalableestá ampliamente extendida lautilización de un portafiltro o cas-sette de plástico de 37 mm de diá-metro, que se compone de trescuerpos: un cuerpo superior queposee un orificio en su parte cen-tral de 4 mm de diámetro pordonde penetra el aire, un cuerpo oanillo intermedio y un cuerpo infe-

rior en donde se coloca el filtroapropiado y que posee un orificiocentral por donde sale el aire(conexión a la bomba). El caudalde muestreo recomendado estáentre 1,7 y 2 litros/minuto. Para ladeterminación analítica (gravime-tría) se consideran las partículasdepositadas sobre el filtro.

Tal y como se menciona en laFicha Técnica FT-01/2008 “Tomade muestras personales de la frac-ción inhalable de materia particu-lada” del INSHT, estudios realiza-dos indican que este muestreadorde plástico de 37 mm no recogede forma eficiente la fracción inha-lable, subestimando significativa-mente la concentración de partícu-las de tamaños entre 30 y 100 µm.

En los últimos años diversasorganizaciones e institutos inter-nacionales, así como diferentesfabricantes, han desarrollado unagran variedad de muestreadorespara la fracción inhalable demateria particulada. De todosellos, los equipos que potencial-mente cumplen los requisitos delas normas UNE-EN 481 y UNE-EN 13205 son los siguientes:

IOM (fabricado por SKC)

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Figura 2.- Convenio para la fracción inhalable según norma UNE-EN 481:1995.

Hay grandes variaciones, deuna persona a otra, en la pro-babilidad de inhalación de laspartículas, depósito, reacciónfrente al depósito y aclara-miento. Sin embargo, es posi-ble definir convenios para elmuestreo selectivo del aero-sol, por el tamaño de las par-tículas, cuando el propósitodel muestreo está relaciona-do con la salud.

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PGP-GSP 3,5 (fabricado porStrohlein)

PGP-GSP 10 (fabricado porStrohlein)

CIP 10-I (fabricado porArelco)

PAS-6 (fabricado por laUniversidad de Wageningen)

BUTTON (fabricado porSKC)

Sin embargo, hay que indicarque no todos los muestreadorescumplen con los requisitos de lasnormas para todas las posiblescondiciones ambientales. De entreellos, cabe señalar que el mues-treador PGP-GSP 10 necesita unabomba de aspiración de 10litros/minuto y el muestreador CIP10-I lleva incorporada una bombade aspiración para trabajar tam-bién a 10 litros/minuto.

A continuación se hace unabreve descripción de los muestre-adores que utilizan bombas deaspiración tipo P, que son lasbombas para el muestreo perso-nal de materia particulada queoperan a caudales entre 1 y 5litros/minuto.

IOM

Muestreador utilizado en elReino Unido. Fue desarrollado

por el Instituto de MedicinaOcupacional de Edimburgo.Puede ser de plástico o deacero inoxidable. Incorpora unportafiltro interno en donde secoloca el filtro. El aerosol seaspira a través de un orificio de15 mm de diámetro que estáorientado en dirección perpen-dicular al cuerpo del trabajador.El caudal de muestreo es de 2litros/minuto. Las partículas serecogen en un filtro de 25 mmde diámetro o se depositan enlas paredes internas del portafil-tro. Filtro y portafiltro debenpesarse juntos antes y despuésde la toma de muestra, ya quelas partículas que han entradopor el orificio de entrada formanparte de la muestra (Figura 3).

PGP-GSP 3,5

Muestreador utilizado enAlemania. Es de metal con unaentrada cónica de aluminio. Elaerosol se aspira a través de unorificio de 8 mm de diámetroque se orienta en dirección per-pendicular con respecto al cuer-

po del trabajador. El caudal demuestreo es de 3,5 litros/minu-to. Las partículas se recogen enun filtro de 37 mm situado den-tro del muestreador. La determi-nación analítica considera laspartículas depositadas en el fil-tro (Figura 4).

PAS-6

Muestreador utilizado enHolanda. Es de metal y las par-tículas se recogen en un filtro de25 mm situado dentro del mues-treador. El aerosol se aspira através de un orificio de 6 mm dediámetro con forma cónica quese orienta hacia abajo, con unángulo aproximadamente de 45ºcon respecto a la horizontal. Elcaudal de muestreo es de 2litros/minuto. La determinaciónanalítica considera las partículasdepositadas en el filtro.

BUTTON

Muestreador desarrollado en laUniversidad de Cincinati (2000).Es de forma redondeada con laparte superior curvada. El 21%de la superficie curva es porosa,con orificios de 381 µm de diá-metro. La base del muestreadores de aluminio y la superficiecurva de acero inoxidable. Elcaudal de muestreo es de 4litros/minuto. Las partículas serecogen en un filtro situado den-

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Figura 3.- Muestreador IOM. Figura 4.- Muestreador PGP-GSP 3,5. Figura 5.- Muestreador BUTTON.

El término “fracción inhalable”está adoptado internacional-mente para designar la frac-ción de la masa del aerosoltotal que se inhala a través dela nariz y la boca.

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tro del muestreador. Para elanálisis gravimétrico el fabrican-te recomienda guardar el filtroen las cápsulas de transportede plástico conductor. La deter-minación gravimétrica incluye lacápsula de transporte junto conel filtro (Figura 5).

Para los muestreadores des-critos anteriormente, el elementode retención que se utiliza para larecogida del aerosol es un filtro.En el mercado existen una granvariedad de filtros. La elección delmismo dependerá fundamental-mente del análisis que se vaya arealizar sobre la muestra recogi-da. Los filtros más comunes sonlos de fibra de vidrio o cuarzo ylos filtros de membrana (celulosa,PVC, Teflón, policarbonato).

Finalmente mencionar queexisten en el mercado instrumen-tos de muestreo que puedenrecoger simultáneamente variasfracciones del aerosol. Entre ellosse pueden citar el IOM Multidust yel Respicon.

El muestreador IOM Multidustpermite recoger las fraccionesinhalable y respirable del aerosol.Es igual que el muestreador IOMcon la diferencia que en el porta-filtro además del filtro se inserta

una espuma de poliuretano.

El Respicon es un impactadorque puede utilizarse como mues-treador personal o estático. Per-mite recoger las tres fracciones,inhalable, torácica y respirable,del aerosol.

4.2.- ELECCIÓN DEL VALORLÍMITE

Una vez calculada la concen-tración ambiental de materia parti-culada, la evaluación de la exposi-ción por inhalación a dicho agentepuede realizarse siguiendo lasdirectrices recogidas en la NormaUNE-EN 689:1996. “Atmósferasen el lugar de trabajo. Directricespara la evaluación de la exposi-ción por inhalación de agentesquímicos para la comparación conlos valores límite y estrategia de lamedición”.

La elección y utilización de losvalores límite se realizará siguien-do las indicaciones del documen-to “Límites de Exposición Profe-sional para Agentes Químicos enEspaña”, editado por el INSHT.En dicho documento, los valorespara agentes que se presentan enforma de materia particulada, serefieren a la fracción inhalable y/orespirable. Cuando no apareceninguna indicación se refieren a lafracción inhalable.

Aquellos agentes químicos enforma de materia particulada queno tienen asignado un valor límiteespecífico se incluyen en la cate-goría de “Partículas (insolubles opoco solubles) no especificadasde otra forma” y, para la fraccióninhalable, tienen adoptado unVLA-ED de 10 mg/m3. Este valorlímite sólo es aplicable cuandocumplan los siguientes requisitos:

Que no tengan un VLA espe-cífico.

Que sean insolubles o pocosolubles en agua (o, preferible-mente, en el fluido pulmonaracuoso, si se dispone de esainformación).

Que tengan una toxicidadbaja, es decir, que no sean cito-tóxicos, ni genotóxicos, ni reac-cionen químicamente de cual-quier otra forma con el tejidopulmonar, ni emitan radiaciones

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Figura 6.- Principio de difracción de la luz.

La evaluación de los riesgos derivados de la exposición por inha-lación a un agente químico peligroso deberá incluir la mediciónde las concentraciones del agente en el aire, en la zona de res-piración del trabajador, y su posterior comparación con el valorlímite ambiental que corresponda. El procedimiento de mediciónutilizado deberá adaptarse, por tanto, a la naturaleza de dichovalor límite.

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ionizantes, ni causen sensibili-zación, ni ningún otro efectotóxico distinto del que puedaderivarse de la mera acumula-ción en el pulmón.

5.- EQUIPOS DE LECTURA DIRECTA PARAEL CONTROL AMBIENTAL DE AEROSOLES

El procedimiento descrito en elapartado anterior para la evalua-ción ambiental de aerosolessupone la toma de muestras de lafracción de interés en un soporteadecuado y su posterior análisisen un laboratorio.

Existen instrumentos que per-miten efectuar la medición de laconcentración ambiental del aero-sol de una manera directa en ellugar de trabajo. La utilización deestos sistemas de lectura directapresenta algunas ventajas conrespecto al sistema de toma demuestra y análisis tradicional.Entre ellas se pueden destacar larapidez en las determinaciones, laposibilidad de obtener resultadospuntuales de modo inmediato yconocer a tiempo real las tenden-cias de la exposición. No obstan-te, estos equipos también tienensus limitaciones que es precisotener en cuenta.

Dependiendo de la naturalezadel agente químico que se quieraevaluar existen en el mercadouna gran variedad de diseños decomplejidad tecnológica y carac-terísticas técnicas muy variables.Por lo que respecta a la medicióndirecta de la concentración deaerosoles existen instrumentosbasados en la medida de las pro-piedades ópticas de una partículao de un conjunto de partículas.

5.1.- NEFELOMETRÍA

A mitad del siglo pasado sedesarrollaron sistemas de monito-rización de polvo basados en elprincipio de la difracción de luz.La carga de polvo en aire se hacepasar a través de una cámara de

medición en donde las partículasson iluminadas por una fuente deluz. La señal resultante de la luzdifractada, conocida como “cargatotal de polvo”, se mide bajo unángulo de detección determinado(Figura 6). Utilizando esta técnicade medición no es posible discri-minar el tamaño de la partícula ylos resultados son fiables sólopara la masa de polvo definida,influenciando los aerosoles elresultado de la medición. Estosinstrumentos de medida se cono-cen como nefelómetros (Figuras 7y 8).

La norma UNE-EN 481:1995establece los convenios para elmuestreo de las fracciones delaerosol (inhalable, torácica y res-pirable) en función del tamaño delas partículas. Las consecuenciaspara los nefelómetros implican losiguiente:

Tener que combinarse conciclones o impactadores para

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Figura 8.- Nefelómetro personal SKC mod. SPLIT 2, con posibilidad de diferenciar fracciones mediante impactadores previos al detector (Por cortesía

de Vertex Technics).

Figura 7.- Nefelómetro SKC modeloHazDust I (Por cortesía de Vertex

Technics).

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dividir el polvo total en las dife-rentes fracciones antes de lamedición.

Eliminar la alta humedad (es-pecialmente para aire ambien-tal).

5.2.- ESPECTROMETRÍA

Este procedimiento requiereuna tecnología de medición máscompleja (Figura 9). Se basa en elprincipio de que una masa defini-da de partículas por volumen deaire se puede obtener como unacantidad bruta de partículas ocomo la suma de una gran canti-dad de partículas pequeñas.

Se puede obtener informaciónfiable acerca de la distribución y elnúmero de las partículas utilizandoel “método para difracción de partí-culas individuales”. Dependiendode su volumen, varias partículasbrutas pueden dar la misma masaque muchas partículas finas.Usando este principio el únicocamino para determinar la distribu-ción de tamaño es utilizar canalesde tamaño. Mediante esta técnicaes también posible simular las

características de un ciclón y eva-luar las diferentes normativas (EN481 ó PM2,5 y PM1 simultánea-mente y a tiempo real). En general,se puede decir que las medicionesde difracción de luz permiten medirun gran espectro de tamaños. Noobstante se han de cumplir variosrequerimientos:

Cada partícula se ha demedir separadamente.

Se ha de medir un ampliorango de tamaños de partículasy obtener el número de partícu-las por litro.

El ángulo de difracción se hade elegir de una manera que elíndice de refracción sea insigni-ficante.

Las ópticas se han de prote-ger contra la contaminación, lamedida de partículas se reco-gen en un filtro de teflón reem-plazable para permitir la gravi-metría, o la evaluación químicao microscópica y la verificaciónde las partículas.

En la figura 9 se muestra unesquema de funcionamiento deun espectrómetro.

Existen en el mercado equipos(Figura 10) que permiten, median-te la difracción de un láser inte-grado en una cámara óptica, dife-renciar hasta 31 canales de tama-ño, valorando partícula por partí-cula. Una vez se han diferenciadolas partículas se aplican los con-venios de la norma UNE-EN 481para determinar las diferentesfracciones. El resultado es unamedición en continuo de las frac-ciones inhalable, torácica y respi-rable (Figura 11).

6.- BIBLIOGRAFÍA

Norma UNE-EN 481:1995:Atmósferas en los puestos de tra-bajo. Definición de las fraccionespor el tamaño de las partículaspara la medición de aerosoles.

Norma UNE-EN 482:1995:Atmósferas en el lugar de trabajo.Requisitos generales relativos alfuncionamiento de los procedi-mientos para la medición deagentes químicos.

Norma UNE-EN 689:1996:Atmósferas en el lugar de trabajo.Directrices para la evaluación de

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Figura 9.- Esquema del funcionamiento de un espectrómetro (Por cortesía deVertex Technics).

Figura 10.- Espectrómetro Grimmmod. IAQ-Check (Por cortesia de

Vertex Technics).

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la exposición por inhalación deagentes químicos para la compa-ración con los valores límite yestrategia de la medición.

Norma UNE-EN 13205:2002: Atmósferas en el lugar detrabajo. Evaluación del funciona-miento de los instrumentos parala medición de concentracionesde aerosoles.

CR-01/2005. Criterios y re-comendaciones. Bombas demuestreo personal para agentesquímicos. INSHT.

CR-03/2006. Criterios y re-comendaciones. Toma de mues-tras de aerosoles. Muestreadoresde la fracción inhalable de materiaparticulada. INSHT.

Ficha Técnica FT-01/2008.Toma de muestras personales dela fracción inhalable de materiaparticulada. Instituto de Seguri-dad y Salud Laboral. Murcia.

Velasco J., Ubiedo C. yVelasco B. Fracción respirable demateria particulada: convenios yevaluación ambiental. Prevención2008, 185: 22-29.

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Figura 11.- Evolución de las 3 fracciones de la EN-481 (Inhalable, Torácico yRespirable) a lo largo del tiempo (Por cortesía de Vertex Technics).

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