Microbalanza oscilante de elemento cónico

La microbalanza oscilante de elemento cónico ( TEOM ) es un instrumento que se utiliza para la detección en tiempo real de partículas de aerosol mediante la medición de su concentración másica. Emplea un pequeño tubo de vidrio vibrante cuya frecuencia de oscilación cambia cuando se depositan partículas de aerosol sobre él, aumentando así su inercia . Los dispositivos basados ​​en TEOM han sido aprobados por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) para el monitoreo de la calidad del aire y por la Administración de Seguridad y Salud Minera de los Estados Unidos (MSHA) para monitorear la exposición al polvo de carbón de los mineros y prevenir diversas enfermedades respiratorias.

El TEOM utiliza un tubo de vidrio hueco como microbalanza . Las partículas entrantes se depositan en un filtro en la punta del tubo, y la masa añadida provoca un cambio en su frecuencia de oscilación, que se detecta electrónicamente. El elemento se activa periódicamente para que vuelva a su frecuencia natural. La entrada del dispositivo solo permite el paso de partículas del rango de tamaño deseado. Los dispositivos TEOM funcionan de forma continua y no requieren cambios de filtro tan frecuentes como los muestreadores de aire de alto volumen. ^{[ 1 ]}

El ruido mecánico y las fluctuaciones drásticas de temperatura pueden interferir con el funcionamiento de un dispositivo TEOM. ^{[ 2 ]} Además, las gotas de agua no se pueden distinguir de la masa de partículas, por lo que el dispositivo debe ajustar la temperatura del aire de entrada para provocar la evaporación de las gotas de agua, ^{[ 3 ]} o contener un secador o un sensor de humedad para ajustar las lecturas. ^{[ 4 ]} En condiciones ideales, el TEOM es tan preciso como el método de referencia estándar, pero su sensibilidad presenta complicaciones para su uso en el monitoreo ambiental en áreas urbanas. ^{[ 2 ]}

Se puede utilizar un sistema de medición dinámica de filtros (FDMS) para ajustar el componente volátil de la masa. El TEOM tiene poca sensibilidad a las partículas semivolátiles debido a las condiciones de temperatura y humedad utilizadas. Los instrumentos TEOM con FDMS alternan entre un ciclo base y un ciclo de referencia, este último mide la pérdida de masa del filtro cuando pasa aire limpio a través de él, lo que permite estimar la pérdida de masa durante el ciclo base. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Es importante que el sistema de aire acondicionado no funcione durante el mismo período que el instrumento TEOM, ya que esto puede causar aliasing . ^{[ 4 ]}

Los instrumentos que utilizan TEOM han sido designados como Métodos Equivalentes Federales por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos para el monitoreo de la calidad del aire ambiental de material particulado grueso y fino (PM ₁₀ , PM _2.5 y PMc). ^{[ 2 ]} Los instrumentos TEOM son más rápidos y evitan las dificultades de los métodos de atenuación beta y microbalanza de cristal de cuarzo (QCM). ^{[ 6 ]}

TEOM es la base de un monitor personal continuo de polvo (CPDM) para el polvo de carbón en minas, para proteger a los trabajadores de la exposición al polvo de las minas de carbón que provoca la enfermedad del pulmón negro y fibrosis masiva progresiva . Antes de la introducción de los CPDM, las partículas de polvo recogidas en un filtro debían analizarse en un laboratorio, lo que provocaba un retraso de semanas en la obtención de resultados. La monitorización continua permite a los mineros tomar medidas correctivas, como trasladarse a otra zona o cambiar sus actividades, si los niveles de polvo superan los límites de exposición. En un estudio, esto condujo a una reducción del 90 % en las muestras que superaban el límite de exposición al polvo. ^{[ 7 ] [ 8 ]} En febrero de 2016, la Administración de Seguridad y Salud Minera de EE. UU . (MSHA) exigió el uso de CPDM en las secciones de trabajo de las minas de carbón subterráneas y para los trabajadores que presenten evidencia del desarrollo de neumoconiosis . ^{[ 9 ]} A partir de 2017, el único instrumento CPDM aprobado por la MSHA utiliza un TEOM. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

A partir de 2013, TEOM no se consideró adecuado para el monitoreo de nanomateriales en el lugar de trabajo debido a sus tamaños de partícula de corte de 10, 2,5 o 1 μm, y al tamaño físico del instrumento. ^{[ 12 ]}

TEOM es una tecnología patentada desarrollada por Rupprecht and Patashnick Co., Inc. de Albany, Nueva York , cuya empresa sucesora (a partir de 2005) es Thermo Fisher Scientific . ^{[ 7 ]} "TEOM" es una marca registrada. ^{[ 2 ]} Originalmente se desarrolló como un monitor de masa de partículas ambientales de sitio fijo, ^{[ 7 ]} y los detectores de aerosoles TEOM estuvieron disponibles en 1981. ^{[ 6 ]}

El desarrollo del monitor personal continuo de polvo fue realizado originalmente por Rupprecht and Patashnick Co., Inc. y continuado por Thermo Fisher bajo contrato con el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU . con aportaciones de otras organizaciones gubernamentales, laborales e industriales. ^{[ 8 ] [ 11 ]} Los monitores continuos de polvo montados en máquinas están disponibles desde 1997. ^{[ 3 ]}

• Patashnick, H.; Meyer, M.; Rogers, B. (2002). «Tecnología de microbalanza oscilante de elemento cónico» . Ventilación de minas . Taylor & Francis. págs. 625–631 . doi : 10.1201/9781439833742 . ISBN  9789058093875.