焦磷酸法測定粉塵中游離二氧化硅的幾點建議

遼寧省安全科學研究院 曹軼男 任克京 韓喜慶｜文

塵肺病是我國頭號職業(yè)病，占所有職業(yè)病的80%以上。據(jù)“大愛清塵”基金會的報道《中國塵肺病農(nóng)民工生存狀況調(diào)查報告 2014》，塵肺病死亡率高達22.04%，且發(fā)病率年增長幅度高達39%。塵肺病中最嚴重的是矽肺病，相對其他塵肺病，具有病變發(fā)展速度更快、更嚴重的特點，而造成矽肺病的主要因素為粉塵中含有的游離性二氧化硅。

二氧化硅又稱硅石，在自然界分布很廣，如石英、石英砂、砂石等，主要用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅鐵、型砂、單質硅，在日常生活、生產(chǎn)和科研等方面有著重要的用途。但當空氣中混有游離二氧化硅即二氧化硅粉塵時，對人體的傷害極大，生產(chǎn)性粉塵中的游離二氧化硅，是致矽肺病的主要成分。含有大量二氧化硅的粉塵進入肺泡后，肺泡內(nèi)的巨噬細胞視粉塵為異物將其吞噬，導致一系列復雜的機體反應，促使肺組織纖維化，使受影響的肺泡逐漸失去換氣功能而“死亡”，當有大量肺泡失去換氣功能時，最終會導致塵肺病。

粉塵中的游離二氧化硅含量是評價粉塵危害性質的主要指標，對作業(yè)環(huán)境空氣中粉塵濃度允許值的規(guī)定，都是以粉塵中的游離二氧化硅含量值為依據(jù)。全面掌握并做好游離二氧化硅含量的檢測，對于評價工作場所空氣中粉塵的危害性，并找出相應的粉塵濃度接觸限值，最終有效預防控制職業(yè)病的發(fā)生，尤為重要。GBZ/T192.4—2007《工作場所空氣中粉塵測定 第4部分：游離二氧化硅含量》中規(guī)定了3種測定粉塵中游離二氧化硅含量的方法：焦磷酸法、紅外分光光度法、X線衍射法。其中紅外分光光度法、X線衍射法均用到特殊儀器，而焦磷酸法是通過加熱、溶解、過濾、稱重的一系列操作測定游離二氧化硅含量的方法，具有普遍適用性，但該方法操作步驟較多、費時，且對檢測結果造成偏差的因素也較多，較難獲得理想的檢測結果。

筆者在大量實驗的基礎上，找出了影響焦磷酸法檢測游離二氧化硅含量結果準確性的關鍵操作步驟和因素，并就該方法采樣過程和實驗過程提出如下建議。

樣品采集過程

國家標準方法規(guī)定：可以通過采樣泵采集二氧化硅粉塵，也可以采集沉降塵。筆者建議，最好大流量采集空氣中的懸浮顆粒，否則樣品不具有代表性。在條件有限制的情況下，也可采集呼吸帶高度處的沉降塵，并不是地面的沉降塵。

樣品檢測過程

1.稱量樣品

國家標準方法操作過程為：將采集的粉塵樣品放在105±3℃烘箱中烘2 h，取出稍冷，貯于干燥箱中備用，并用瑪瑙研缽研細到手捻有細膩感為止。筆者建議，樣品取出后放入天平室干燥器中冷卻，待到溫度降到室溫后稱量，否則影響樣品稱量的準確性。

2.溶解樣品

國家標準方法操作過程為：準確稱取0.1～0.2 g粉塵樣品于50 mL錐形瓶中。量取15 mL焦磷酸，倒入錐形瓶中，搖動使樣品全部濕潤。筆者建議，無需制備焦磷酸，稱量0.1～0.2 g樣品放入50 mL錐形瓶中，直接加入15 mL磷酸，減少制備焦磷酸的步驟。并且在加入磷酸后，先將樣品溶液進行超聲混勻再進行加熱，效果更好。

3.加熱樣品

國家標準方法操作過程為：將錐形燒瓶置于可調(diào)電爐上，迅速加熱到245℃～250℃，用帶有溫度計的玻璃棒不斷攪拌，保持15 min。這個操作步驟為整個實驗過程中最關鍵步驟，溫度和加熱時間對檢測結果影響較大。筆者建議，將可調(diào)電熱爐功率調(diào)到最大，開啟一段時間后，將上述錐形瓶放上加熱，使樣品溶液能夠迅速升溫到240℃，以防止溫度低磷酸形成膠狀物，影響樣品溶解。當溫度升高到245℃～250℃，調(diào)小電爐功率到恰當值，控制溫度在245℃～250℃之間，并持續(xù)觀察溫度計讀數(shù)，持續(xù)加熱20 min，比國標方法多加熱5 min。加熱過程中溫度計不要離開錐形瓶，以免溫度計由于冷熱變化而炸裂，造成樣品污染，樣品無效。

4.稀釋樣品

國家標準方法操作過程為：取下錐形瓶，在室溫下冷卻到100℃～150℃，再將錐形瓶放入冷卻水中冷卻到40℃～50℃，在冷卻過程中，加50℃～80℃的蒸餾水稀釋到40～45 mL，稀釋時，一面加水，一面用力攪拌混勻。將錐形瓶內(nèi)容物移入燒瓶中，用熱蒸餾水沖洗溫度計、玻璃棒及錐形瓶。把洗液一并倒入燒杯中，并加蒸餾水稀釋至150～200 mL，并用玻璃棒攪勻。筆者建議，將錐形瓶在室溫下冷卻到100℃后，直接加入100 mL的80℃蒸餾水，邊加熱邊攪拌，然后轉移入500 mL燒杯中，并用100 mL的80℃蒸餾水分數(shù)次洗滌錐形瓶、溫度計、攪拌棒，不斷轉移到上述燒杯中。此操作方法將兩步冷卻合并為一步，防止因為冷卻過程溫度過低焦磷酸形成膠狀物，而影響下一步過濾。

5.過濾樣品

國家標準方法操作過程為：將燒杯放在電爐上煮沸內(nèi)容物，趁熱用無灰濾紙過濾（濾液中有塵粒，須加紙漿）。過濾后，用0.1 mol/L鹽酸溶液洗滌燒杯移入漏斗，并將濾紙上的沉渣沖洗3～5次，再用蒸餾水洗至無酸性反應為止。筆者建議，樣品稀釋液加熱煮沸后過濾過程要快，過濾完后，再用80℃蒸餾水洗滌燒杯上的塵粒數(shù)次，防止因樣品轉移不完全，造成檢測結果偏低。用15 mL的0.1mol/L鹽酸溶液淋洗濾紙上的殘渣3次后，用80℃蒸餾水再淋洗濾紙上的殘渣至濾液呈中性為止。

6.低溫炭化

國家標準方法操作過程為：將有沉渣的濾紙折疊數(shù)次，放于恒量的瓷坩堝中，在80℃烘箱中烘干，在放在電爐上低溫炭化。筆者建議，將裝有殘渣的濾紙折疊數(shù)次放入上述稱量好的空坩堝里，記錄樣品對應的坩堝編號，然后直接放到電熱爐上加熱炭化，減少低溫烘干的步驟，簡化操作過程。

7.高溫灼燒

國家標準方法操作過程為：將濾紙放入高溫電爐中，800℃～900℃中灼燒30 min，取出瓷坩堝，在室溫下稍冷后，放入干燥器中冷卻1 h，稱至恒量并記錄。筆者建議，高溫爐設置為900℃，高溫灼燒60 min，比標準時間延長30 min，灼燒更完全，檢測結果更準確。

8.稱量樣品殘渣

建議將灼燒后的裝有樣品殘渣的坩堝放入天平室干燥器中冷卻，待到溫度降到室溫后稱量。

9.計算結果

按 式 SiO2（F）=（m2-m1）/G×100 計算粉塵中游離二氧化硅含量。式中SiO2（F）為游離二氧化硅含量（%）；m1為坩堝質量（g）；m2為坩堝加沉渣質量（g）；G為粉塵樣品質量（g）。

粉塵飛濺的大理石加工場所 圖片源自百度

結論

筆者對國家標準方法的操作步驟進行了細化和改進，簡化部分較繁瑣的操作，減少了分析時間。采用直接購買的粉塵游離二氧化硅質量控制樣品（中國疾病預防控制中心生產(chǎn)）進行了質量控制，樣品檢測結果準確、平行性較好：質控樣品標準值8.34%±1.65%，樣品檢測值8.32%、8.30%。按照本方法建議的操作過程檢測粉塵中游離二氧化硅含量，能夠獲得準確的檢測結果，為矽肺病的防治工作提供有力的技術支撐。