Měření Emisí Nanočástic: Metody a Aplikace

07.03.2026

Ultrajemné částice v ovzduší a koloidní částice ve vodách se vyskytují v životním prostředí na této planetě zcela přirozeně.

Jejich zdrojem jsou nejčastěji sopečné erupce, požáry, eroze hornin, zvířený půdní prach, rostliny i živočichové. Významná je také mořská sůl či všudypřítomné vodní kapičky.

Atmosférický aerosol se významně podílí na důležitých atmosférických dějích, jako je vznik srážek a udržování teplotní bilance Země.

Kromě aerosolů přirozeného původu se však v atmosféře nachází také částice vznikající lidskou činností.

Celkový příspěvek člověkem emitovaných částic se odhaduje na 200 milionů tun ročně, což představuje více jak 3 % veškerého aerosolu v zemské atmosféře.

Čtěte také: Jak správně ohlásit emise kotle?

Jakkoli se může zdát toto číslo nízké, lidská činnost zatěžuje životní prostředí především aerosoly toxické, karcinogenní a perzistentní povahy.

Těmito emisemi pak není ohrožována jen příroda ale také člověk sám.

Zvláště markantní dopady můžeme pozorovat v urbanizovaných centrech, kde je člověk ohrožován zdravotními důsledky smogových situací vznikajících emisemi z dopravy a průmyslu při nepříznivých rozptylových podmínkách.

V poslední době kromě uvedených problémů vyvstává také problém související s emisemi ultrajemných částic v pracovním prostředí, zvláště pak nanočástic umělého původu, o jejichž toxických účincích toho stále ještě mnoho nevíme.

Nanotechnologie a Nanočástice

Nanotechnologie v současnosti vedou k rostoucímu počtu pokrokových a materiálových inovací uplatňujících se v mnoha odvětvích, jakými jsou například zdravotní péče, energetika, potravinářství, informatika, kosmetika aj.

Čtěte také: Postupy měření emisí 2T

Kvůli svým různorodým a často novým vlastnostem mají nanomateriály široké spektrum možného využití.

Fyzikální vlastnosti nanočástic

Většina lidských činností produkuje částice o velikostech jednotek mikrometrů.

Při některých činnostech, jakými jsou například svařování, tepelné procesy či doprava, se však můžeme běžně setkávat i s částicemi submikronovými, s tzv. nanočásticemi.

Dle normy ČSN P CEN ISO/TS 27687 jsou nanočástice definovány jako nanoobjekty se všemi třemi vnějšími rozměry v nanostupnici.

Pokud se délka nejdelší a nejkratší osy nanoobjektu výrazně liší (obvykle více než třikrát), předpokládá se, že se použije termín nanovlákno nebo nanodeska místo termínu nanočástice [8].

Čtěte také: LPG emise Zlín a Fryšták

Obecně hovoříme-li o nanočásticích, máme obvykle na mysli částice menší jak 100 nanometrů vznikající lidskou činností a často z materiálů v přírodě se nevyskytujících.

Takto malé částice představují pozoruhodnou formu hmoty, u níž se již začínají uplatňovat kvantové jevy doposud známé pouze u atomů a molekul.

Zvláště výrazné je to u částic menších jak 20 nanometrů, které vznikají procesem zvaným nukleace (tj. kondenzací jednotlivých molekul plynů za vzniku molekulových klastrů).

U částic menších jak 5 nanometrů vytváří již více než polovina všech molekul jejich vlastní povrch, což má velký vliv na jejich chování.

Na strukturu částice proto v takovém případě již nelze nahlížet klasickým způsobem, neboť povrch není kontinuem - není možné si ji tedy představovat jako pevnou částečku či prachové zrnko.

Vhodnější je přirovnání spíše k pěnovému míčku, který je ve většině svého objemu dutý a je ohraničen povrchovou vrstvou vzájemně spojených molekul mateřské látky.

Typickým příkladem může být molekula fullerenu C60, která již sama o sobě je nanočásticí kulového tvaru o průměru okolo 1 nanometru.

Dominantní roli ve vlastnostech nanočástic hraje jejich povrch, na kterém se indukuje elektrický náboj.

Čím menší částice je, tím větší roli její povrch hraje.

Velmi malé částice jsou proto značně reaktivní a ochotně se spojují do větších celků - agregátů.

Tímto procesem, který se nazývá koagulace, dochází ke stabilizaci primárních nanočástic, neboť dochází k energeticky výhodnějšímu rozložení povrchového náboje.

Koagulace je proces spontánní a jeho rychlost závisí na koncentraci aerosolu, převažující velikosti částic a na jejich náboji.

Z tohoto důvodu z aerosolu neustále mizí velké množství malých částic a současně vzniká mnoho větších agregátů.

Ve velikostním spektru běžného atmosférického aerosolu proto nacházíme dvě charakteristická maxima - jedno okolo 10-20 nm a druhé okolo 200-300 nm, která se objevují i ve spektrech aerosolů tvořených uměle vznikajícími nanočásticemi (např. na pracovištích, pokud se nacházíme v určité minimální vzdálenosti od jejich zdroje).

Biologické účinky nanočástic

Výzkumy ukázaly, že nanočástice mají díky svým mimořádným fyzikálním vlastnostem také neobvyklé biologické účinky.

Příkladem mohou být nanočástice stříbra, které se již dnes široce využívají pro své vynikající baktericidní a desinfekční účinky.

Naproti tomu fullereny byly potvrzeny jako vynikající pohlcovače volných radikálů, a rovněž dokáží ničit vir HIV.

S rozvojem znalostí o nanočásticích, zejména o jejich toxikologii, se však také stále více poukazuje na jejich možná rizika pro lidské zdraví.

Důsledky intoxikace lidského těla umělými nanočásticemi nejsou doposud dobře známy, a proto mnoho odborníků oprávněně varuje před jejich masovým rozšířením, zejména pak do produktů denní potřeby (např. do kosmetiky, sportovního zboží, oblečení, opalovacích krémů, prostředků pro dentální hygienu, potravin aj.).

V této souvislosti se proto stále více hovoří o tzv. principu předběžné opatrnosti.

Díky své velikosti mohou nanočástice, podobně jako molekuly látek či viry, pronikat do buněk, prostupovat přes nejrůznější biomembrány, účastnit se metabolismu anebo se v těle dlouhodobě ukládat.

Z hlediska vstupu představují pro nanočástice nejsnadnější cestu plíce a trávící ústrojí.

Nanočástice mohou do těla vstupovat i dermálně, avšak kůže je poměrně účinnou bariérou.

Relativně snadno jí však pronikají částice lipofilní povahy.

V dýchacím ústrojí je depozice částic značně závislá na jejich velikosti a na oblasti dýchacího systému, kam pronikají.

V horních cestách dýchacích silně závisí na tom, zda k dýchání slouží nos nebo ústa, na plicní ventilaci a na velikosti vdechovaných částic.

Vzduch vdechovaný nosem je při svém průchodu přes spirálovité útvary v nosních cestách ohříván a zvlhčován.

Největší částice jsou odstraňovány ze vzduchu usazováním a impakcí, nejmenší pak difúzí na nosních chloupcích a v ohybech dýchacích cest.

Při dýchání ústy se usazují především velké částice o velikostech jednotek mikrometrů a účinnost se významně zvyšuje se zvyšující se dechovou frekvencí.

Čím je částice menší, tím hlouběji do dýchací soustavy může proniknout.

Částice menší jak 100 nanometrů tak pronikají do tracheobronchiální a alveolární oblasti, kde se deponují vlivem difúze [4].

V alveolární oblasti se nanočástice již mohou dostávat do krevního oběhu, neboť stěna alveol je tlustá pouhé 2 mikrometry.

Inhalační studie provedené na zvířatech prokázaly, že rychlost přestupu částic touto cestou do krve je značně závislá na charakteru materiálu, který nanočástici tvoří.

Kovové nanočástice přechází do oběhového systému rychle, zatímco nekovové nanočástice jen velmi málo nebo vůbec.

U jedinců trpících dýchacími nebo oběhovými onemocněními je však prostupnost vyšší a účinek této bariéry se snižuje nebo zcela vytrácí.

Jako odezva na přítomnost cizorodé látky se v tělech všech organismů uplatňuje řada procesů.

tags: #měření #emisí #nanočástic #metody