粉尘中游离二氧化硅检测的透滤问题及解决

摘 要：粉尘中游离二氧化硅的检测方法主要有焦磷酸质量法、碱熔钼蓝比色法、X射线衍射法、氟硼酸质量法以及红外发射光谱法等等。其中，焦磷酸质量法因其操作简便、检测费用少、精密度与准确度都较高等特点，成为了目前粉尘中游离二氧化硅检测的首选方法。本文结合实际工作体验，就焦磷酸质量法检测游离二氧化硅时，较容易出现的透滤问题进行了分析了探讨，并通过对比试验提出了具体的解决措施。

关键词：粉尘 游离二氧化硅 检测 透滤问题

中图分类号：O657 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（a）-0058-02

生产性粉尘是指在生产过程中形成的，并能长时间漂浮在空气中的固体颗粒。粉尘既污染了劳动作业环境，而且还是损害劳动者健康的重要职业性有害因素，若在生产劳动中长期吸入过量性粉尘可能对人体健康造成严重危害，并可能引发多种职业性肺部疾患。其中，游离二氧化硅粉尘作为常见生产性粉尘的一种，在矿山生产中的采掘作业凿岩、爆破、运输，在修建水利、铁路等工程中的开挖隧道、采石作业，以及在玻璃厂、石粉厂等生产过程中，都会产生大量游离的二氧化硅粉尘。若工作环境中通风除尘条件较差，劳动者长期吸入含有游离二氧化硅的粉尘，可能引发以肺组织纤维化为主的疾病―― 矽肺[1]。目前，矽肺已然成为了我国影响面最广，也是危害最大的一种职业病。因此，通过对检测过程中透滤问题的有效解决，以切实做化对粉尘中游离二氧化硅检测的质量控制，在当前具有重要的现实价值与卫生学意义。

1 粉尘中游离二氧化硅的具体概念

游离二氧化硅是指没有与金属、金属氧化物结构的二氧化硅（SiO2，石英）。天然二氧化硅主要分为晶体型和无定型这两类，其中游离二氧化硅多是以晶态形式存在的，化学性质稳定。二氧化硅属于酸性氧化物，具有较好的抗酸性，但难溶解于水。在自然界中游离二氧化硅的分布非常广泛，它是地壳中的主要成分。其中，约有95%以上的矿山中含有不同含量的游离二氧化硅，石英中97%以上，砂岩中80%以上，花岗岩中65%以上均是游离二氧化硅[2]。在我国目前冶金、有色金属、煤炭等矿山的凿岩、爆破和运输的工作中，在修建铁路、水利等工程的开挖、采石等作业中，以及在玻璃厂、石粉厂等生产工序中，均会产生大量的游离二氧化硅粉尘。

2 焦磷酸重量法的基本原理及透滤问题的提出

2.1 焦磷酸重量法的基本原理

在245 ℃～250 ℃时，焦磷酸能够溶解硅酸盐及金属氧化物，而粉尘中的游离二氧化硅几乎不溶解于焦磷酸，利用热焦磷酸处理含有硅酸盐和游离二氧化硅的粉尘，并将处理过的样品容易进行过滤，使游离二氧化硅以残渣的形式存在。最后称量残渣，即可计算得到粉尘中游离二氧化硅的具体含量。

2.2 检测过程中的透滤问题

某粉尘样品根据卫生部颁布的《工作场所空气中粉尘测定》（GBZ/T192.4―2007）中，焦磷酸重量法要求的步骤进行检测。在检测过程中，当使用慢速定量滤纸对焦磷酸已处理完成的样品溶液，实施过滤操作时，发现滤液呈现为乳白色分散状态，和正常的透明滤液有着较大差别。利用X射线衍射仪对滤液中的物质进行检测发现，滤液中含有大量的固态二氧化硅。以上透滤问题的出现，极大影响了检测的结果与精确度。

对本次透滤问题发生的原因进行分析发现，该粉尘样品粒径在5μm以下的游离二氧化硅占有较大的比例，而检测中采用的慢速定量滤纸的平均孔径在5μm左右。利用慢速定量滤纸对溶液进行过滤时，一部分样品粒子会通过定量滤纸进入到滤液中，从而发生透滤问题。

3 针对透滤问题的解决对策

为解决粉尘中游离二氧化硅检测中的透滤问题，本文分别设计了两组对比试验，一组是采用不同标准的石英样品进行游离二氧化硅检测，以判断不同粒径粉尘样品的透滤程度；另一组则是采用实际生产作业环境中的粉尘样品进行检测。

3.1 标准石英样品的透滤对比试验

分别选取两种标准石英样品，本文中选用了Min-U-Sil 5和Min-U-Sil 15。其中，Min-U-Sil 5的粒度分布在0.5～10μm之间，粒径在5μm以下的粉尘粒子占96%；Min-U-Sil 15的粒度分布在0.4～15μm之间，粒径在5μm以下的粉尘粒子占61%。

先分别将两份试验样品放置于烘箱内干燥2 h，然后再将样品称取到25 ml的锥形瓶中，加入15 ml的焦磷酸摇动，使样品全部湿润。然后将锥形瓶放在可调电炉上，迅速加热到245 ℃～250 ℃。取下锥形瓶，在室温下冷却至40 ℃～50 ℃，并加入蒸馏水稀释，利用慢速定量滤纸过滤，滤液再使用0.45μm孔径的微孔滤膜进行再次抽滤。最后分别对滤纸残渣和滤膜上的残渣进行灼烧、称重，计算得出具体的残渣量与回收率，实验结果见表1所示。

从表2的微孔滤膜残渣率中可以看出，采用Min-U-Sil 5标准石英样品时，慢速定量滤纸的平均透过率为15.87%；采用Min-U-Sil 15标准石英样品时，慢速定量滤纸的平均透过率为40.78%。Min-U-Sil 5样品中粒径在5μm以下的粉尘粒子占96%，相较Min-U-Sil 5样品中的61%明显高出，也由此说明了粉尘样品中小粒子含量百分比越高时，检测中的透滤问题约严重，也越容易影响到最终的检测结果。

3.2 实际生产作业环境中粉尘样品的透滤对比试验

在某铁矿作业场所的同一地点，分别采集125 mg和130 mg的粉尘样品。然后再根据上述的操作过程进行检测与过滤。其中，首先利用慢速定量滤纸进行过滤，然后再用0.45 μm孔径的微孔滤膜进行再次抽滤，最后分别对滤纸残渣和滤膜上的残渣进行灼烧、称重，计算得出具体的残渣量与回收率，试验结果见表2所示。

从表2中可以看出，粉尘样品1中滤纸残渣重量为44.83 mg，滤膜中的残渣重量为3.63 mg，计算得出其透过率为7.5%；粉尘样品2中滤纸残渣重量为47.15 mg，滤膜中残渣重量为5.57 mg，计算得出其透过率为10.56%。也由此判断出在实际生产作业场所中粉尘样本的游离二氧化硅检测中，也同样会出现透滤问题，需采用0.45 μm孔径的微孔滤膜进行再次抽滤。

同时，对试验中利用0.45μm孔径的微孔滤膜进行再次抽滤的滤液进行检测，其游离二氧化硅含量的平均值为55.26%，而卫生部给定的相关参考值范围为51.23%～62.99%[3]，证明了这种方式，能有效解决游离二氧化硅检测中的透滤问题，可确保检测结果的可靠。

结果分析：从对比试验1和试验2中可以发现，检测过程中透滤问题的出现，与粉尘样品中小粒子含量百分比有着直接的联系。为有效解决粉尘中游离二氧化碳检测的透滤问题，可对滤液采用0.45μm孔径的微孔滤膜进行再次抽滤，从而确保检测结果与检测精度。

4 结语

本文从粉尘中游离二氧化硅的基本概念及检测原理出发，就检测过程中透滤问题出现的原因进行了分析与探讨，并通过具体的对比试验分析，得出了采用0.45μm孔径的微孔滤膜进行再次抽滤，可有效解决游离二氧化硅检测中的透滤问题的结论。

参考文献

[1] 黄仁东，刘敦文.安全检测技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2] 宋琦如.生产性毒物的检测与毒性鉴定[M].宁夏：宁夏人民出版社，2004.

[3] 中华人民共和国卫生部.GBZ/T192.4-2007工作场所空气中粉尘测定：第4部分：游离二氧化硅含量[S].北京：人民卫生出版社，2007.