Luftforurensing på Nationaltheatret stasjon : karakterisering av svevestøv og eksponering

Abstract

Svevestøv bidrar til miljø- og helsemessige utfordringer og kobles mot blant annet respirasjons-, hjerte- og karsykdommer. Antropologisk svevestøv genereres ofte gjennom forbrenning eller mekanisk slitasje, både utendørs og innendørs. I togstasjoner under bakken antas togtrafikk å være kilde til metallisk svevestøv, og utgjør mulig helserisiko for passasjerer og ansatte. Svevestøv (PM10 og PM2,5) fra Nationaltheatret stasjon er tidligere vurdert til å ligge over de anbefalte grenseverdier for inneluft, anbefalt av Folkehelseinstituttet. I dette arbeidet skal karakterisering av elementsammensetning, morfologi og størrelsesfordeling for partiklene i svevestøvet gjøres for å kartlegge helserisiko for eksponerte passasjerer og ansatte på stasjonen. Elementsammensetningen for PM10 ble bestemt for 57 elementer med høyoppløselig induktiv koblet plasma massespektroskopi (HR-ICP-MS). Mikrorøntgenfluorescens (μXRF) viste at elementfordelinger i PM10 filtre var homogen for de fleste elementer, med hotspots av kalsium, silisium og titan. Semikvantitativ massesammensetning ble kvantifisert med sumspektra. Eksponerte filtre ble ekstrahert i vann med ultrasonisk risting. For å vurdere størrelsesfordeling og morfologi ble partiklene studert med transmisjons-elektronmikroskop (TEM) og elementsammensetning ble målt med energy-dispersive spektroskopi (EDS). Partikkelstørrelser ble bestemt med dynamisk lysspredning (DLS). Humane alveolceller A549 ble eksponert for partikkelsuspensjon i en kolonidannelseseffektivitet forsøk (CFE) for å undersøke om partiklene viste toksikologisk effekt etter langtidseksponering. HR-ICP-MS viste at elementsammensetningen i partiklene var dominert av jern. Det ble detektert kobber, sink, kadmium krom, nikkel, arsen, vanadium, mangan, molybden, zirkonium, barium og antimon. Korrelasjonsanalyse og prinsipal komponent analyse (PCA) indikerte at partiklene stammet fra jernbaneaktiviteten. TEM viste partikler med diameter mellom 10 nm og 2 μm, og agglomerater og aggregeringer. Nanopartikler ble observert med krystallinske strukturer. Signifikant toksisk effekt ble ikke observert i CFE. Konsentrasjoner av arsen, vanadium, mangan og nikkel i luft var over luftkvalitetskriterier satt av FHI. Samtlige metaller ble målt under grenseverdier for arbeidsplassen satt av Arbeidstilsynet. Ved kort eksponeringstid antas det lav helserisiko av toksiske metaller i svevestøv for passasjerer. Grunnet lave konsentrasjoner av toksiske metaller i svevestøvet antas det lav helserisiko for ansatte utenfor sårbare grupper. Det anbefales nærmere studie av toksiske effekter av svevestøvet for å bedre beskrive risiko for eksponering av svevestøvet på Nationaltheatret stasjon.

Particulate matter (PM) contributes to both environmental and health related challenges and is related to respiratory and cardiovascular diseases, among other disorders. Anthropological PM is often generated by combustion or mechanical wear and tear, both outdoor and indoor. In underground railway stations, train traffic is considered a source for metallic PM and might contribute to health risk for passengers and employees. PM2,5 and PM10 from Nationaltheatret underground railway station in Oslo was previously measured to be higher than the recommended limits for indoor air stated by National Institute of Public Health (NIPH). In this work characterization of element composition, morphology and size distributions were made to assess health risk for exposed passengers and employees at the station. The element composition of PM10 was measured by quantifying 57 elements with high resolution inductively coupled plasma mass spectrometry (HR-ICP-MS). Micro X-ray fluorescence (μXRF) showed the element distribution of PM10 filters to be homogeneous for most elements, with hotspot for calcium, silicon and titanium. Semi-quantitative mass composition was quantified with sum spectra. Particles on the exposed filters were extracted with milli-Q water with ultrasonic shaking. To assess the size distribution and morphology, the particles were imaged with transmission electron microscope (TEM) and element composition was determined with energy-dispersive spectroscopy (EDS). Particle sizes were measured with dynamic light scattering. Humane alveoli A549 cells were exposed to particle suspension in a Colony Forming Efficiency array (CFE) to assess toxicological effects from long term exposure. HR-ICP-MS determined the elemental composition of the particles to be dominated by iron. Amounts of copper, zinc, cadmium, nickel, arsenic, vanadium, manganese, molybdenum, zirconium, barium and antimony were detected in the particles. Correlation analysis and principal component analysis (PCA) indicated that the particles main source as the railroad activity. TEM identified particles ranging in diameters 10 nm to 2 μm, as well as aggregates and agglomerates. Nanoparticle was observed in crystalline structures. Significant toxicological effects where not observed in the CFE. Measurements of air concentrations of arsenic, vanadium and nickel exceeded air quality criteria of NIPH. All metals were measured below workplace limits by The Norwegian Labour Inspection Authority. With low exposure time the health risk of exposure to toxic metals in PM were determined to be low for passengers. Due to relatively low concentrations of toxic metals in PM, health risk to non-vulnerable employees was considered to be low. It is recommended to further study toxic effects to better assess risk from exposure to PM in Nationaltheatret underground railway station.