Projects on Aerosols and Health

1. Projectson Aerosols and Health Erik Swietlicki PhD students: Erik Nilsson, Jakob Löndahl, Pontus Roldin Div. of Nuclear Physics, Lund University, P.O. Box 118, SE-22100 Lund, Sweden

2. FORMAS Hälsoeffekter av fina aerosolpartiklar i utomhusluft – En metod för mätning och modellering av dosen till andningsvägarna Medsökande: Per Wollmer (UMAS) Mats Bohgard (EAT-LTH) Joakim Pagels (EAT-LTH) Projektledare: Erik Swietlicki (KF-LTH) Finansiering (2008-2010): 4.5 MSEK • Sambandet PM exponering – dos till andingsvägarna • Laboratoriestudier – utomhusmiljöer • Variabilitet mellan individer (kan vi förklara denna?) • Deponering av partiklar hos barn/ungdomar, låga temperaturer • Konstruera en modell för dosuppskattningar i olika situationer

3. Lung Deposition MeasurementsRESPI instrument

4. Particle Lung DepositionHydrophobic Oil and Hygroscopic NaCl Aerosols, Healthy Adults

5. Intersubject variability (oil, rest)

6. Deponerad partikelfraktion – Vedrök (SNAP)

7. Deponerad andel ≈ 0.2 Partiklar från biomassförbränning och trafik Deponerad andel > 0.5

8. Deponerad partikelfraktion (dos)JämförelsePartiklar från vedrök – trafik Dos vid samma exponering: 100 µg/m3 (1h) Flera studier visar bättre korrelation mellan hälsoeffekter och partikelantal eller partikelyta än gentemot massa!

9. Deponering i andningsvägarna av partiklar från motoravgaser Finansierat av EMFO under 2007-08 Tvärdisciplinärt samarbetsprojekt mellan: Avd för kärnfysik, Lunds Tekniska HögskolaErik Swietlicki (projektledare), Jakob Löndahl m.fl. Ergonomi och aerosolteknologi, Lunds Tekniska HögskolaJoakim Pagels,Mats Bohgard m.fl. Lung- och allergiklinikens forsknings­avdelning, Norrlands universitets­sjukhus, Umeå Thomas Sandström, Anders Blomberg m.fl. Energiteknik och Termisk Processkemi (ETPC), Umeå universitetChristoffer Boman

10. Projektets syfte och mål • Detta projekt avser att • fastställa sambandet mellan de fysikaliska egenskaperna hos partiklar (storlek, form, hygroskopicitet) från dieselavgaser och deras storleksupplösta depositionsmönster i andningsvägarna (dos med avseende på antal, yta och massa). Depositionsmönstret skall även knytas till försökspersonernas lungfysiologi och andningsmönster. • fastställa sambandet mellan exponering för partiklar från dieselavgaser och den faktiska dosen till andningsvägarna hos friska försökspersoner och personer, för partikelemissioner från en ny dieselmotor under olika körbetingelser inklusive European Transient Cycle. • relatera de observerade organspecifika och systemiska reaktioner på dieselavgaser till dosen av partiklar till andningsvägarna som försökspersonerna erhållit, i stället för deras exponering. Detta förväntas ge tydligare samband mellan exponering-dos-effekt. Tonvikten ligger på hjärt-kärl och lungeffekter av dieselavgaserna.    

11. Utspädning direkt efter avgasröret bestämmer storleksfördelningen för partiklar i dieselavgaser (Kittelson, 2003)

12. Typiska storleksfördelningar för partiklar i dieselavgaser uppmätta i trafikmiljöer (From Kittelson, 2003) (Kittelson, 2003)

14. Agglomererade dieselpartiklar Fuktning och uppvärmning (simulerar lungan) Mätning av storleksfördelning Heat and humidification Heated area Lungdeposition av dieselpartiklar – RESPI Förbehandling av agglomerat

15. Heat and humidification Lungdeposition av dieselpartiklar – RESPI Förbehandling av agglomerat Uppställning för att mäta förluster och storleksförändring i fuktningssystemet Fuktning och uppvärmning (simulerar lungan) Mätning av storleksfördelning

16. Exponering för dieselavagaser – SMP UmeåSpädsystem • Beslut fattades våren 2007 rörande ombyggnad av den befintliga utspädningsutrustningen vid SMP (Umeå). • Ombyggnaden utfördes under sommaren 2007. • Tester utfördes under hösten 2007. • Tanken är att efterlikna samplingsförhållanden som i andra studier visat sig ge tydliga nukleeringspartiklar, d v s • 10-12 ggr initial spädning med 25-30 gradig luft • därefter en uppehållstid nånstans mellan 0.5-3 s • Mer likt utspädningsförhållanden i ”verkliga livet”i trafikmiljöer.

17. Exponering för dieselavagaser – SMP UmeåSpädsystem

18. Generering av dieselavgaser - SMP Umeå

19. Exponeringskammare för dieselavgaser SMP Umeå

20. Storleksfördelningar med nytt spädsystem Inuti exponeringskammaren

21. Exponering av försökspersonerRESPI-mätningar och aerosolkarakterisering • Tidsplanering – Exponeringsförsök (2008) • Lungdeponeringsmätningarna sker i juni 2008 i Umeå. • Karakterisering av aerosolen, kontrollexperiment • Mätning på försökspersoner • Aerosoltyper (Lungdepositionsmätningar) • ETC-cykeln och tomgång • Nya motorn • Nya spädsystemet • Friska personer • Dessutom görs mätning med en referensaerosol (DEHS-olja) som vi har använt i alla tidigare studier. Detta ger möjlighet både att jämföra olika grupper och att relatera dieseldeponeringen till en aerosol med känt beteende.

22. Aerosolkarakterisering av dieselpartiklar • Aerosolkarakteriseringen omfattar • Hygroskopisk tillväxt (H-TDMA) • Storleksfördelning,submikront (SMPS, RESPI) • Fraktal struktur hos sotagglomeraten (förbehandlingssystemet) • TEM mikroskopi • Flyktighet vid förhöjda temperaturer (V-TDMA) • Grundämnessammansättning (PIXE) • Totalkol, organiskt och elementärt kol (termo-optisk metod) • PM10 (TEOM) • Denna aerosolkarakterisering är snarlik den i SNAP-projektet för vedrök.

23. Deponering i andningsvägarna av partiklar från motoravgaser Finansierat av EMFO under 2007-08 • Sammanfattning • Nytt spädsystem för att efterlikna ”verkligheten” • Omfattande aerosolkarakterisering • Unika lungdepositionsmätningar på dieselpartiklar • Resultaten kan användas för att beräkna dos i stället för exponering