Physical and chemical characterization of McIntyre Powder: An aluminum dust inhaled by miners to combat silicosis

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dc.contributor.author

Zarnke, Andrew

Rasmussen, Pat E

David, Marie-Odile

Eidi, Housam

Kennedy, Konnor

dc.date.accessioned

2024-03-21T17:53:18Z

dc.date.available

2024-03-21T17:53:18Z

dc.date.issued

2019-09-18

dc.description - en

Health Canada is responsible for evaluating risks associated with inhaling airborne particles, which requires knowledge of their physical and chemical properties. This study was undertaken by Laurentian University in collaboration with Health Canada, the Occupational Health Clinics for Ontario Workers, and other academic partners to characterize a finely ground aluminum dust called “McIntyre Powder”. In the middle of the 20th century, it was thought that McIntyre Powder could be used as a preventative treatment to combat silicosis. Silicosis is a chronic lung disease which was prevalent in the Canadian mining industry at that time, caused by the inhalation of crystalline silica dust. In the province of Ontario, Canada it is estimated that at least 27,500 miners were exposed to McIntyre Powder treatments between 1949 and 1979. Two variations of McIntyre Powder were obtained for this study: a black powder and a light grey powder. Chemical analyses indicated that the black powder contains significantly higher concentrations of aluminum and metal impurities than the light grey powder. X-ray Diffractometry showed that, while aluminum hydroxide is the dominant form of aluminum in both variations, the black powder has a greater proportion of elemental aluminum. Physical characterization (using electron, light, and atomic force microscopy and dynamic light scattering) showed that the light grey powder consists of particles ranging from 5 nm to 5 µm in diameter, with a significant proportion in the nanoparticle range (<100 nm). This McIntyre Powder characterization study will provide information to help inform future toxicological and epidemiological investigations of potential long term effects related to the inhalation of aluminum dust and nanoparticles. In addition, the methodologies used in this study will assist in future characterization of particles to which Canadians are exposed through the inhalation pathway, and will contribute to human health risk assessments conducted under the Chemicals Management Plan.

dc.description.abstract - en

McIntyre Powder (MP) is a finely ground aluminum powder that was used between 1943 and 1979 as a prophylaxis for silicosis. Silicosis is a chronic lung disease caused by the inhalation of crystalline silica dust and was prevalent in the Canadian mining industry during this time period. The McIntyre Research Foundation developed, patented, and produced the MP and distributed it to licensees in Canada, the United States, Mexico, Chile, Belgian Congo, and Western Australia. In the province of Ontario, Canada it is estimated that at least 27,500 miners between 1943 and 1979 were exposed to MP. The present study was undertaken to examine the chemical and physical characteristics of two variations of MP (light grey and black). Chemical analyses (using X-ray Fluorescence and Inductively Coupled Plasma approaches) indicate that the black MP contains significantly higher concentrations of aluminum and metal impurities than the light grey MP (p < 0.001). X-ray diffractometry shows that while aluminum hydroxide dominates the aluminum speciation in both variations, the higher total aluminum content in the black MP is attributable to a greater proportion of elemental aluminum. Physical characterization (using electron microscopy, light microscopy, and dynamic light scattering) indicates that the light grey MP consists of particles ranging from 5 nm to 5 µm in diameter. Atomic Force Microscopy shows that the light grey MP particles in the nanoparticle range (<100 nm) have a mode between 5 and 10 nm. Consequently, it is possible that inhaled smaller MP nanoparticles may be transported via blood and lymph fluid circulation to many different organs including the brain. It is also possible for inhaled larger MP particles to deposit onto lung tissue and for potential health effects to arise from inflammatory responses through immune activation. This MP characterization will provide crucial data to help inform future toxicological, epidemiological, and biological studies of any long-term effects related to the inhalation of aluminum dust and nanomaterials.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

La poudre McIntyre (MP) est une poudre d'aluminium finement broyée qui a été utilisée entre 1943 et 1979 comme prophylaxie contre la silicose. La silicose est une maladie pulmonaire chronique causée par l'inhalation de poussières de silice cristalline et qui était répandue dans l'industrie minière canadienne à cette époque. La McIntyre Research Foundation a développé, breveté et produit le MP et l'a distribué aux titulaires de licence au Canada, aux États-Unis, au Mexique, au Chili, au Congo belge et en Australie occidentale. Dans la province de l'Ontario, au Canada, on estime qu'au moins 27 500 mineurs entre 1943 et 1979 ont été exposés au MP. La présente étude a été entreprise pour examiner les caractéristiques chimiques et physiques de deux variantes de MP (gris clair et noir). Les analyses chimiques (utilisant les approches de fluorescence X et de plasma à couplage inductif) indiquent que le MP noir contient des concentrations d'aluminium et d'impuretés métalliques significativement plus élevées que le MP gris clair (p < 0,001). La diffractométrie des rayons X montre que, même si l'hydroxyde d'aluminium domine la spéciation de l'aluminium dans les deux variantes, la teneur en aluminium total plus élevée dans le MP noir est attribuable à une plus grande proportion d'aluminium élémentaire. La caractérisation physique (par microscopie électronique, microscopie optique et diffusion dynamique de la lumière) indique que le MP gris clair est constitué de particules allant de 5 nm à 5 µm de diamètre. La microscopie à force atomique montre que les particules MP gris clair dans la gamme des nanoparticules (<100 nm) ont un mode compris entre 5 et 10 nm. Par conséquent, il est possible que les nanoparticules MP plus petites inhalées soient transportées via la circulation sanguine et lymphatique vers de nombreux organes différents, y compris le cerveau. Il est également possible que des particules de MP plus grosses inhalées se déposent sur le tissu pulmonaire et que des effets potentiels sur la santé résultent de réponses inflammatoires par activation immunitaire. Cette caractérisation des MP fournira des données cruciales pour aider à éclairer les futures études toxicologiques, épidémiologiques et biologiques sur tout effet à long terme lié à l'inhalation de poussières d'aluminium et de nanomatériaux.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada est responsable de l'évaluation des risques associés à l'inhalation de particules en suspension dans l'air, ce qui nécessite une connaissance de leurs propriétés physiques et chimiques. Cette étude a été entreprise par l'Université Laurentienne en collaboration avec Santé Canada, les Cliniques de santé au travail pour les travailleurs de l'Ontario et d'autres partenaires universitaires pour caractériser une poussière d'aluminium finement broyée appelée « poudre McIntyre ». Au milieu du XXe siècle, on pensait que la poudre McIntyre pouvait être utilisée comme traitement préventif pour lutter contre la silicose. La silicose est une maladie pulmonaire chronique qui était répandue dans l'industrie minière canadienne à cette époque et qui était causée par l'inhalation de poussière de silice cristalline. Dans la province de l'Ontario, au Canada, on estime qu'au moins 27 500 mineurs ont été exposés aux traitements à la poudre McIntyre entre 1949 et 1979. Deux variantes de la poudre McIntyre ont été obtenues pour cette étude : une poudre noire et une poudre gris clair. Les analyses chimiques ont indiqué que la poudre noire contient des concentrations d’aluminium et d’impuretés métalliques nettement plus élevées que la poudre gris clair. La diffractométrie des rayons X a montré que, bien que l'hydroxyde d'aluminium soit la forme dominante d'aluminium dans les deux variantes, la poudre noire contient une plus grande proportion d'aluminium élémentaire. La caractérisation physique (par microscopie électronique, optique et à force atomique et diffusion dynamique de la lumière) a montré que la poudre gris clair est constituée de particules allant de 5 nm à 5 µm de diamètre, avec une proportion significative dans la gamme des nanoparticules (<100 nm). Cette étude de caractérisation de la poudre McIntyre fournira des informations qui contribueront à éclairer les futures enquêtes toxicologiques et épidémiologiques sur les effets potentiels à long terme liés à l'inhalation de poussières et de nanoparticules d'aluminium. De plus, les méthodologies utilisées dans cette étude faciliteront la caractérisation future des particules auxquelles les Canadiens sont exposés par voie d'inhalation et contribueront aux évaluations des risques pour la santé humaine menées dans le cadre du Plan de gestion des produits chimiques.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1080/15459624.2019.1657581

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2185

dc.language.iso

en

dc.publisher

Taylor & Francis

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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Physical and chemical characterization of McIntyre Powder: An aluminum dust inhaled by miners to combat silicosis

dc.type - en

Article

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