關(guān)于粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀的探討

王 歡

（1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037；2.重慶安標(biāo)檢測(cè)研究院有限公司，重慶 401325）

引言

近些年，隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，導(dǎo)致粉塵污染日益嚴(yán)重，長(zhǎng)時(shí)間在此環(huán)境工作的人員都會(huì)產(chǎn)生職業(yè)病，如由粉塵引發(fā)的塵肺病等。近年來(lái)，塵肺病發(fā)病率一直居高不下，甚至有增高趨勢(shì)，結(jié)合衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)來(lái)看，塵肺病在職業(yè)病中占據(jù)比例超過(guò)半數(shù)，同時(shí)煤炭、有色金屬、機(jī)械建筑等行業(yè)患有塵肺病比例處于前列，但是現(xiàn)階段的醫(yī)學(xué)醫(yī)療水平無(wú)法治愈塵肺病?；诖耍瑢?duì)粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行思考和研究有重要的價(jià)值。

1 粉塵的理化性質(zhì)

粉塵理化性質(zhì)主要是指粉塵在初始狀態(tài)下具有的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，這些性質(zhì)表現(xiàn)程度與粉塵本身及周圍環(huán)境有關(guān)。具體來(lái)看，粉塵的物理性質(zhì)主要包括密度性、分散度和濕潤(rùn)性等。其中的密度主要是指在既定的單位體積中含有粉塵的質(zhì)量，可根據(jù)環(huán)境差異分為真密度和表觀密度。而分散度是指粉塵顆粒的分布狀態(tài)，對(duì)粉塵等顆粒物而言，分散度不會(huì)是一成不變的，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)會(huì)由于多種因素綜合作用，導(dǎo)致粉塵顆粒處于移動(dòng)狀態(tài)。濕潤(rùn)性是指空氣中的粉塵可以吸附水分而表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，如果粉塵吸濕性比較高，則粉塵表現(xiàn)出來(lái)的粘附性也相對(duì)較高，反之則相反[1]。

2 我國(guó)現(xiàn)階段常見(jiàn)的粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)

粉塵對(duì)人的健康、生命和財(cái)產(chǎn)安全有極大的危害性，因此，必須對(duì)粉塵濃度較高行業(yè)提高粉塵危害性認(rèn)知、嚴(yán)格做好人員行為管控、按照標(biāo)準(zhǔn)要求做好防護(hù)、充分利用科技手段做好粉塵濃度檢測(cè)。隨著科技發(fā)展，越來(lái)越多等新技術(shù)理論應(yīng)用在粉塵濃度檢測(cè)上，且市場(chǎng)上也出現(xiàn)了很多準(zhǔn)確度較高的檢測(cè)儀器，例如微電腦粉塵儀、直讀式粉塵儀等，這些工具為監(jiān)測(cè)工作提供了便利。結(jié)合粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)發(fā)展情況，現(xiàn)階段主要的測(cè)量技術(shù)包括濾膜稱重測(cè)塵法、光散射原理測(cè)塵法、顯微鏡法、篩分法、細(xì)孔通過(guò)法和沉降法。在新技術(shù)的支持下，電荷感應(yīng)式粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字圖像處理測(cè)量法以及色譜法和質(zhì)譜法等技術(shù)也逐漸得到應(yīng)用[2]。

3 現(xiàn)階段的粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)闡述

3.1 電荷感應(yīng)法粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)

此種方法的基本應(yīng)用原理是帶電粉塵顆粒經(jīng)過(guò)金屬棒狀電極時(shí)，會(huì)發(fā)生電荷感應(yīng)現(xiàn)象。粉塵顆粒接近金屬電極時(shí)，可在顆粒靠近電極表面一側(cè)感應(yīng)出反相電荷，而此時(shí)同相電荷向遠(yuǎn)離顆粒一端移動(dòng)。粉塵顆粒與電極越近，此時(shí)靠近顆粒一端電荷感應(yīng)越多。當(dāng)顆粒遠(yuǎn)離電極時(shí)，此時(shí)遠(yuǎn)端電荷逐漸向近端移動(dòng)，在遠(yuǎn)端處感應(yīng)到的電荷量逐漸下降。如果粉塵顆粒與電極檢測(cè)區(qū)域相脫離，則電極表面的電荷量會(huì)回歸原始狀態(tài)，只有電極感應(yīng)區(qū)域內(nèi)再次出現(xiàn)粉塵顆粒物時(shí)才會(huì)發(fā)生變動(dòng)。借助電荷感應(yīng)原理，結(jié)合傳感器技術(shù)，目前對(duì)感應(yīng)式粉塵濃度傳感器有了深入的研究，并逐漸得到應(yīng)用[3]。

3.2 光散射法檢測(cè)粉塵濃度技術(shù)

現(xiàn)階段常用的光學(xué)檢測(cè)方法中最常用的為Mie散射法，此種檢測(cè)方法基本原理如下頁(yè)圖1 所示，主要通過(guò)光散射檢測(cè)裝置對(duì)粉塵濃度進(jìn)行檢測(cè)。光散射檢測(cè)裝置主要包括光發(fā)射單元激光器、透鏡、光陷阱及光接收器等，通過(guò)這些部件可有效檢測(cè)粉塵濃度。具體應(yīng)用原理為：當(dāng)有粉塵存在于光敏感區(qū)域時(shí)，激光器發(fā)射出來(lái)的光受到粉塵影響，散射到各個(gè)方向，此時(shí)球面聚光鏡會(huì)盡可能收集散射的光，并將光傳遞給光接收器，在接收器中可感受到光的存在。借助光接收器，可將光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，不同的粉塵濃度，光接收器將光轉(zhuǎn)換的電信號(hào)存在差異。如果光敏感區(qū)域無(wú)粉塵時(shí)，激光發(fā)射器發(fā)射的光經(jīng)過(guò)透鏡后全部被光陷阱吸收，此時(shí)無(wú)法在光接收器上接收到光信息，從而可明顯發(fā)現(xiàn)此時(shí)檢測(cè)區(qū)域不存在粉塵。通過(guò)上述原理，可較為準(zhǔn)確地獲得粉塵濃度。

圖1 光散射法檢測(cè)粉塵濃度基本原理圖

3.3 光散射法和電荷感應(yīng)法融合的粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)

由光散射法和電荷感應(yīng)法原理可知，光散射法適合低濃度粉塵檢測(cè)工作，但對(duì)于高濃度粉塵存在不足。而電荷感應(yīng)法在面對(duì)高濃度粉塵時(shí)具有優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于低濃度粉塵檢測(cè)存在誤差或者標(biāo)定分辨率方面存在局限。為了攻克這兩種檢測(cè)方法的局限性，相關(guān)人員提出了研制光散射子單元和電荷感應(yīng)子單元，從而將兩種檢測(cè)技術(shù)融合，發(fā)揮最大化優(yōu)勢(shì)，提出一種新的粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)，此方法最大化發(fā)揮了光散射法和電荷感應(yīng)法的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)電子元件的方式大幅度提升了檢測(cè)準(zhǔn)確率[4]。

3.4 直讀式粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)

直讀式粉塵檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，主要是對(duì)空氣中的粉塵濃度進(jìn)行檢測(cè)，以直讀式粉塵濃度檢測(cè)儀為主要工具，按照相關(guān)要求操作可保證檢測(cè)結(jié)果具有可信度，同時(shí)此儀器操作簡(jiǎn)便，最終的檢測(cè)結(jié)果可直接呈現(xiàn)在顯示器上，便于相關(guān)人員觀察和記錄。直讀式粉塵濃度檢測(cè)儀器由暗室、紅外線發(fā)射管、氣泵及電池裝置等幾部分組成。相較其他檢測(cè)技術(shù)而言，該檢測(cè)儀具備攜帶方便、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。直讀式粉塵檢測(cè)儀使用之前，需要對(duì)儀器進(jìn)行準(zhǔn)確度檢測(cè)，有兩種校準(zhǔn)方式：一是基準(zhǔn)校驗(yàn)法，采取濾膜稱重的方式對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)打開(kāi)被校準(zhǔn)的直讀式粉塵檢測(cè)儀和標(biāo)準(zhǔn)濾膜粉塵采樣器，確保兩者在同一地點(diǎn)、同一時(shí)間開(kāi)展工作，然后采取稱重法確定粉塵濃度，最終兩個(gè)儀器數(shù)值一致，則表示直讀式粉塵檢測(cè)儀標(biāo)準(zhǔn)，否則，需要進(jìn)行校準(zhǔn)。二是比較校對(duì)法，利用已經(jīng)得到校準(zhǔn)、結(jié)果準(zhǔn)確的直讀式粉塵檢測(cè)儀作為參照，同基準(zhǔn)校驗(yàn)法相似，也是讓兩個(gè)儀器在同一地點(diǎn)、同一時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，最終以結(jié)果判定待檢驗(yàn)儀器的精準(zhǔn)度。經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的儀器具有精確檢測(cè)粉塵濃度的功能，在正常應(yīng)用情況下，只要儀器不存在問(wèn)題，均能有效檢測(cè)出粉塵濃度。

4 粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)存在的缺陷及改進(jìn)策略

結(jié)合當(dāng)前粉塵濃度檢測(cè)實(shí)際工作環(huán)境分析，多數(shù)情況下檢測(cè)環(huán)境惡劣，存在各種各樣的挑戰(zhàn)，同時(shí)不同情況下粉塵的粒徑等存在差異，這導(dǎo)致粉塵濃度檢測(cè)儀器的實(shí)際工作環(huán)境較實(shí)驗(yàn)室測(cè)試場(chǎng)景存在差異，很多在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)檢測(cè)合格的儀器，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻會(huì)存在不足，部分設(shè)備無(wú)法充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)等。上述因素的存在，對(duì)粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)提出了新的要求，因此科學(xué)利用先進(jìn)技術(shù)和新理論，綜合考慮粉塵理化性質(zhì)，合理進(jìn)行優(yōu)化革新，促進(jìn)檢測(cè)設(shè)備更新?lián)Q代有重要作用。目前很多人員針對(duì)粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入思考，從粉塵性質(zhì)方面入手，探索研究新型檢測(cè)設(shè)備，另外研究提升現(xiàn)有儀器清潔工作質(zhì)量的方法，從這兩方面共同進(jìn)行思考，為粉塵濃度檢測(cè)工作進(jìn)一步發(fā)展提供了助力[5]。

4.1 對(duì)現(xiàn)有原理進(jìn)行深度剖析

例如對(duì)于光散射檢測(cè)法進(jìn)行研究，探究改良手段，對(duì)β 射線原理測(cè)塵法進(jìn)行掌握，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)β 射線源的供應(yīng)商比較少的限制條件進(jìn)行分析，力求探究出解決策略。

4.2 對(duì)儀器清潔功能進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)

對(duì)于現(xiàn)存的儀器難以清潔問(wèn)題及粉塵吸附在儀器上面問(wèn)題進(jìn)行研究，探究解決粉塵吸附的方法策略。目前主要采取及時(shí)對(duì)元件進(jìn)行校對(duì)、對(duì)儀器進(jìn)行定期檢查和定期維護(hù)等手段，保證儀器檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)準(zhǔn)確度。

4.3 企業(yè)員工做好培訓(xùn)工作

與粉塵長(zhǎng)期相接接觸的企業(yè)應(yīng)針對(duì)性地做好員工培訓(xùn)活動(dòng)，對(duì)于新入職員工應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)安全問(wèn)題。在上崗之前，需要充分掌握專業(yè)知識(shí)及相關(guān)技能，并進(jìn)行相應(yīng)的考核，只有經(jīng)過(guò)考核合格才能上崗工作。日常工作要做好檢查、巡視，對(duì)發(fā)現(xiàn)的隱患要及時(shí)進(jìn)行處理解決，定期組織員工參與安全講座，讓員工真正認(rèn)識(shí)到粉塵濃度檢測(cè)工作的價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

目前隨著我國(guó)粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，科學(xué)利用檢測(cè)技術(shù)、加強(qiáng)粉塵濃度檢測(cè)、提升檢測(cè)工作準(zhǔn)確度和精確度，可有效保護(hù)工作人員生命健康安全，降低安全事故發(fā)生概率，為企業(yè)發(fā)展?fàn)I造安全、穩(wěn)定的環(huán)境。