Source Specific Risk Assessment of Indoor Aerosol Particles

In the urban environment, atmospheric aerosols consist mainly of pollutants from anthropogenic sources. The majority of these originate from traffic and other combustion processes. A fraction of these pollutants will penetrate indoors via ventilation. However, indoor air concentrations are usually predominated by indoor sources due to the small amount of dilution air. In modern societies, people spend most of their time indoors. Thus, their exposure is controlled mainly by indoor concentrations from indoor sources. During the last decades, engineering of nanosized structures has created a new field of material science. Some of these materials have been shown to be potentially toxic to human health. The greatest potential for exposure to engineered nanomaterials (ENMs) occurs in the workplace during production and handling of ENMs. In an exposure assessment, both gaseous and particulate matter pollutants need to be considered. The toxicities of the particles usually depend on the source and age. With time, particle morphology and composition changes due to their tendency to undergo coagulation, condensation and evaporation. The PM exposure risk is related to source specific emissions, and thus, in risk assessment one needs to define source specific exposures. This thesis describes methods for source specific risk assessment of airborne particulate matter. It consists of studies related to workers ENM exposures during the synthesis of nanoparticles, packing of agglomerated TiO2 nanoparticles, and handling of nanodiamonds. Background particles were distinguished from the ENM concentrations by using different measurement techniques and indoor aerosol modelings. Risk characterization was performed by using a source specific exposure and calculated dose levels in units of particle number and mass. The exposure risk was estimated by using non-health based occupational exposure limits for ENMs. For the nanosized TiO2, the risk was also assessed from dose-biological responses which had been extrapolated from inhalation studies conducted in mice. The ENM exposure levels were compared with background particle concentrations in order to determine the relevant ENM exposure metrics and exposure scenarios. Sisäilman epäpuhtaudet koostuvat ilmanvaihdon mukana tulevista ulkoilman epäpuhtauksista ja sisätilan lähteistä. Koska sisätilassa on vähän laimennosilmaa, niin sisätilan lähteet yleensä määräävät sisätilan pitoisuustasot. Koska modernissa yhteiskunnassa ihmiset viettävät valtaosan ajasta sisätiloissa, niin heidän altistuminen määräytyy suurelta osin sisätilan lähteiden aiheuttamista päästöistä. Viime vuosikymmenien aikana materiaalitekniikka on alkanut hyödyntämään synteettisiä nanohiukkasia (SNH). Jotkut näistä SNH:ta on mahdollisesti myrkyllisiä ihmisille jo pienissä pitoisuuksissa. Altisuminen näille SNH tapahtuu pääosin työpaikoilla tuotannon ja käsittelyn yhteydessä. Koska hiukkasien haitallisuudet vaihtelevat voimakkaasti niiden syntyperän mukaan niin altistuksen ja riskin arviointi tulisi tehdä lähdekohtaisten päästöjen mukaisesti. Tässä väitöskirjassa esitetään eri menetelmiä ilmassa olevien hiukkasten lähdekohtaiseen riskinarviointiin. Menetelmiä sovellettiin työntekijöiden SNH altistuksen arvioinnissa SNH:n tuotannossa, pakkauksessa ja käsittelyssä. Työntekijöiden altistuksesta aiheutunutta riskiä arvioitiin lähdekohtaisesti käyttämällä laskennallisia annoksia sekä annosvastetta, jota oltiin arvioitu altistuskokeilla. Altistuksen arvioinnissa käytettävää mittausmetriikan sopivuutta arvioitiin eri altistustapahtumille ja altistumistasoja verrattiin epävirallisiin altistusraja-arvoihin. Tutkimus tuotti tietoa SNH:n riskinarviointiin, riskimallinnuksiin, raja-arvojen sekä säädöksien määrittämiseen.