Roluri Analiză formală, Software

sporii

Institutul de afiliere pentru problemele tehnologiilor chimice și energetice SB RAS, Biysk, Rusia

Vizualizare roluri, Scriere - schiță originală, Scriere - recenzie și editare

Centrul de științe ale vieții de afiliere, Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova, orașul Dolgoprudny, Rusia

Metodologia rolurilor, validare

Adresa actuală: 659322, IPCET SB RAS, Biysk, Altai Krai, Rusia

Institutul de Afiliere pentru Problemele Tehnologiilor Chimice și Energetice SB RAS, Biysk, Rusia, National Research Tomsk University University, Tomsk, Rusia

Institutul de afiliere pentru problemele tehnologiilor chimice și energetice SB RAS, Biysk, Rusia

Institutul de afiliere pentru problemele tehnologiilor chimice și energetice SB RAS, Biysk, Rusia

Roluri Administrarea proiectului, Resurse

Institutul de afiliere pentru problemele tehnologiilor chimice și energetice SB RAS, Biysk, Rusia

  • Anatoliy A. Zhirnov,
  • Nina N. Kudryashova,
  • Olga B. Kudryashova,
  • Natalia V. Korovina,
  • Anatoliy A. Pavlenko,
  • Serghei S. Titov

Cifre

Abstract

Citare: Zhirnov AA, Kudryashova NN, Kudryashova OB, Korovina NV, Pavlenko AA, Titov SS (2019) Spori de ciuperca puffball Lycoperdon pyriforme ca standard de referință al aerosolului monodispers stabil pentru calibrarea instrumentelor optice. PLOS ONE 14 (1): e0210754. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0210754

Editor: Amitava Mukherjee, Universitatea VIT, INDIA

Primit: 31 august 2018; Admis: 1 ianuarie 2019; Publicat: 30 ianuarie 2019

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în manuscris și în fișierele sale de informații suport.

Finanțarea: Activitatea AAZ, OBK, NVK, AAP și SST a fost susținută de subvenția Ministerului Rus al Educației și Științei al Federației Ruse (mon.gov.ru) (sarcină de stat) № 0385-2018-0011. Finanțatorul nu a avut nici un rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului. NNK nu a primit fonduri specifice pentru această lucrare.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Poluarea aerului este unul dintre factorii de risc majori pentru sănătatea publică. Una dintre componentele poluării aerului atât în ​​exterior, cât și în interior este particulele fine (PM). Particulele de dimensiuni micrometrice sunt deosebit de periculoase, deoarece se pot infiltra în țesuturile biologice ale plămânilor și vaselor de sânge, ducând la boli cardiovasculare [1, 2], boli respiratorii [2, 3] și chiar cancer [4]. Microparticulele sunt de obicei clasificate în două grupe: PM10 (particule de 10 μm și mai mici) și PM2,5 (2,5 μm și mai mici). Agenția Internațională pentru Cercetarea Cancerului (IARC) a Organizației Mondiale a Sănătății (OMS) clasifică aceste PM fine ca fiind cancerigene din grupa 1 [5] și, prin urmare, OMS încurajează reducerea particulelor fine din atmosferă.

Astfel, dezvoltarea de noi instrumente optice și îmbunătățirea celor existente pentru măsurarea particulelor solide și lichide în aerosoli se bazează pe calibrarea lor [17]. Pentru aceasta, sunt de obicei utilizate standarde de referință cu o anumită distribuție a dimensiunii particulelor. Astfel de probe standard pot avea o distribuție de dimensiuni largi (polidisperse), de exemplu, praful de test Arizona (ISO 12103-1: 2016) utilizat în SUA sau pulberea de oxid de aluminiu [18] recomandată de un organism de standardizare din Rusia. În caz contrar, astfel de probe pot conține un singur tip de particule cu o dimensiune fixă, adică aerosoli foarte monodisperse. Microsferele din latex de polistiren (PSL) sunt utilizate pe scară largă pentru a produce astfel de probe de calibrare monodisperse [19]. Probele monodisperse sunt, de asemenea, deseori necesare în cercetarea de bază privind aerosolii [20]. În aplicații practice, ele contribuie, de asemenea, la evitarea multor dificultăți și interpretări greșite ale rezultatelor, care ar fi putut fi cauzate, de exemplu, de refracția luminii pe particule de dimensiuni diferite. Astfel, aerosolii monodisperse facilitează procesul de calibrare și permit o precizie mai bună a calibrării instrumentelor optice [19, 21].

În această lucrare, propunem să utilizăm sporii de ciuperci de puffball de Lycoperdon pyriforme ca standard de referință al particulelor monodisperse pentru a calibra instrumentele optice care măsoară dimensiunile particulelor de aerosoli. Examinăm diferiți aerosoli monodisperse și demonstrăm că sporii fungici sunt superiori eșantioanelor existente, produse artificial, în următoarele aspecte: nu se produce aglomerare în timpul depozitării pe termen lung; nu se produce coagulare în starea de aerosoli; forma este sferică; distribuția mărimii particulelor în îngust (aproape monodispers); coeficientul de absorbție a luminii este ridicat; și, în cele din urmă, acestea sunt disponibile pe scară largă și ieftine. Cheia rațională pentru aceste proprietăți superbe ale aerosolului fungic constă în strategia de reproducere fungică, care favorizează și selectează organismele care produc aerosoli cu un timp de sedimentare prelungit [29]. Astfel, acest studiu demonstrează modul în care sporii L. pyriforme pot fi utilizați în practica de laborator pentru cercetarea de bază asupra aerosolilor, precum și în măsurători practice ale caracteristicilor aerosolilor.

Materiale și metode

Dimensiunea și morfologia particulelor

Distribuția mărimii și forma sporilor de puffball au fost măsurate cu un microscop OLYMPUS OMEC DC130. Sporii fungici au fost pudrați direct de pe corpul fructifer fungic pe diapozitivul microscopului și asigurați cu folia de acoperire. Al2O3 au fost depuse pe lamelă și fixate într-un mod similar, în timp ce microsfere din latex au fost plasate pe lamela de acoperire în suspensie de apă. Imaginile particulelor au fost achiziționate cu o rezoluție de până la 0,7 μm. Datele au fost analizate folosind software-ul OLYMPUS Particle Image Processor (PIP 9.0). Distribuția dimensiunilor primare ale particulelor a fost caracterizată de următorul set de parametri:

  • diametrul mediu al particulei D (4, 3);
  • diametrul particulei medie aritmetică D (1, 0);
  • diametru mediu D50;
  • cel mai mic diametru al particulelor D10;
  • cel mai mare diametru al particulelor D90;
  • suprafața specifică (S.S.A) [m 2/cm 3]

Gama de măsurare a fost cuprinsă între 0,5 ÷ 3000 μm.

Microscopie electronică de scanare (SEM)

Sporii de puffball în stare uscată au fost pudrați direct din corpul fructifer fungic pe cola de carbon adezivă (AGAR Scientific, UK). Microsferele din latex au rămas în suspensia de apă și au fost depuse de un ultrasonicator. Particulele au fost apoi pulverizate cu 50 Å argint și examinate la un microscop electronic de scanare (SEM; JSM-840, JEON, Japonia) cu o tensiune de accelerare de 10 kV.

Dimensiunea particulelor se schimbă în timp

Profilul timp al distribuției mărimii particulelor de aerosoli a fost studiat cu un analizor de dimensiune a particulelor Spraytec (Malvern Instruments, Marea Britanie https://www.malvernpanalytical.com/en/products/product-range/spraytec). Sistemul de măsurare Spraytec se bazează pe difracția laserului. Modelul de împrăștiere înregistrat a fost analizat printr-un model optic adecvat, care a fost ales în funcție de distribuția dimensiunii particulelor și de concentrație. Astfel de modele se bazează pe teoria Mie [30] și pe aproximarea Fraunhofer [31] cu o corecție brevetată de dispersie multiplă [32]. Spraytec are o rată maximă de achiziție a datelor de 10 kHz, cu o gamă de dimensiuni de la 0,1 ÷ 2000 μm.

Generarea de aerosoli

În experimentele cu proba de referință Al2O3, un pistol de pulverizare cu aer Craton SBG-01 (China) a fost folosit pentru a produce aerosoli. În experimentele de control, sporii au fost extrși din ciuperca puffball și cântăriți pentru a documenta greutatea totală a pulberii care trebuie atomizată într-o cameră de testare.

Sporii L. pyriforme au fost pulverizați așa cum s-a descris mai sus sau cu corpul fructifer fungic. Ciupercile de puffball sunt „pulverizatoare” naturale (Fig. 1), care produc un aerosol prin pulverizarea sporilor printr-o mică gaură de pe partea superioară a corpului fructifer atunci când sunt stoarse. O imagine a acestui proces de pulverizare este inclusă în materialele video S1 suplimentare.