焦磷酸法测定粉尘中游离二氧化硅的几点建议

辽宁省安全科学研究院 曹轶男 任克京 韩喜庆｜文

尘肺病是我国头号职业病，占所有职业病的80%以上。据“大爱清尘”基金会的报道《中国尘肺病农民工生存状况调查报告 2014》，尘肺病死亡率高达22.04%，且发病率年增长幅度高达39%。尘肺病中最严重的是矽肺病，相对其他尘肺病，具有病变发展速度更快、更严重的特点，而造成矽肺病的主要因素为粉尘中含有的游离性二氧化硅。

二氧化硅又称硅石，在自然界分布很广，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、硅铁、型砂、单质硅，在日常生活、生产和科研等方面有着重要的用途。但当空气中混有游离二氧化硅即二氧化硅粉尘时，对人体的伤害极大，生产性粉尘中的游离二氧化硅，是致矽肺病的主要成分。含有大量二氧化硅的粉尘进入肺泡后，肺泡内的巨噬细胞视粉尘为异物将其吞噬，导致一系列复杂的机体反应，促使肺组织纤维化，使受影响的肺泡逐渐失去换气功能而“死亡”，当有大量肺泡失去换气功能时，最终会导致尘肺病。

粉尘中的游离二氧化硅含量是评价粉尘危害性质的主要指标，对作业环境空气中粉尘浓度允许值的规定，都是以粉尘中的游离二氧化硅含量值为依据。全面掌握并做好游离二氧化硅含量的检测，对于评价工作场所空气中粉尘的危害性，并找出相应的粉尘浓度接触限值，最终有效预防控制职业病的发生，尤为重要。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》中规定了3种测定粉尘中游离二氧化硅含量的方法：焦磷酸法、红外分光光度法、X线衍射法。其中红外分光光度法、X线衍射法均用到特殊仪器，而焦磷酸法是通过加热、溶解、过滤、称重的一系列操作测定游离二氧化硅含量的方法，具有普遍适用性，但该方法操作步骤较多、费时，且对检测结果造成偏差的因素也较多，较难获得理想的检测结果。

笔者在大量实验的基础上，找出了影响焦磷酸法检测游离二氧化硅含量结果准确性的关键操作步骤和因素，并就该方法采样过程和实验过程提出如下建议。

样品采集过程

国家标准方法规定：可以通过采样泵采集二氧化硅粉尘，也可以采集沉降尘。笔者建议，最好大流量采集空气中的悬浮颗粒，否则样品不具有代表性。在条件有限制的情况下，也可采集呼吸带高度处的沉降尘，并不是地面的沉降尘。

样品检测过程

1.称量样品

国家标准方法操作过程为：将采集的粉尘样品放在105±3℃烘箱中烘2 h，取出稍冷，贮于干燥箱中备用，并用玛瑙研钵研细到手捻有细腻感为止。笔者建议，样品取出后放入天平室干燥器中冷却，待到温度降到室温后称量，否则影响样品称量的准确性。

2.溶解样品

国家标准方法操作过程为：准确称取0.1～0.2 g粉尘样品于50 mL锥形瓶中。量取15 mL焦磷酸，倒入锥形瓶中，摇动使样品全部湿润。笔者建议，无需制备焦磷酸，称量0.1～0.2 g样品放入50 mL锥形瓶中，直接加入15 mL磷酸，减少制备焦磷酸的步骤。并且在加入磷酸后，先将样品溶液进行超声混匀再进行加热，效果更好。

3.加热样品

国家标准方法操作过程为：将锥形烧瓶置于可调电炉上，迅速加热到245℃～250℃，用带有温度计的玻璃棒不断搅拌，保持15 min。这个操作步骤为整个实验过程中最关键步骤，温度和加热时间对检测结果影响较大。笔者建议，将可调电热炉功率调到最大，开启一段时间后，将上述锥形瓶放上加热，使样品溶液能够迅速升温到240℃，以防止温度低磷酸形成胶状物，影响样品溶解。当温度升高到245℃～250℃，调小电炉功率到恰当值，控制温度在245℃～250℃之间，并持续观察温度计读数，持续加热20 min，比国标方法多加热5 min。加热过程中温度计不要离开锥形瓶，以免温度计由于冷热变化而炸裂，造成样品污染，样品无效。

4.稀释样品

国家标准方法操作过程为：取下锥形瓶，在室温下冷却到100℃～150℃，再将锥形瓶放入冷却水中冷却到40℃～50℃，在冷却过程中，加50℃～80℃的蒸馏水稀释到40～45 mL，稀释时，一面加水，一面用力搅拌混匀。将锥形瓶内容物移入烧瓶中，用热蒸馏水冲洗温度计、玻璃棒及锥形瓶。把洗液一并倒入烧杯中，并加蒸馏水稀释至150～200 mL，并用玻璃棒搅匀。笔者建议，将锥形瓶在室温下冷却到100℃后，直接加入100 mL的80℃蒸馏水，边加热边搅拌，然后转移入500 mL烧杯中，并用100 mL的80℃蒸馏水分数次洗涤锥形瓶、温度计、搅拌棒，不断转移到上述烧杯中。此操作方法将两步冷却合并为一步，防止因为冷却过程温度过低焦磷酸形成胶状物，而影响下一步过滤。

5.过滤样品

国家标准方法操作过程为：将烧杯放在电炉上煮沸内容物，趁热用无灰滤纸过滤（滤液中有尘粒，须加纸浆）。过滤后，用0.1 mol/L盐酸溶液洗涤烧杯移入漏斗，并将滤纸上的沉渣冲洗3～5次，再用蒸馏水洗至无酸性反应为止。笔者建议，样品稀释液加热煮沸后过滤过程要快，过滤完后，再用80℃蒸馏水洗涤烧杯上的尘粒数次，防止因样品转移不完全，造成检测结果偏低。用15 mL的0.1mol/L盐酸溶液淋洗滤纸上的残渣3次后，用80℃蒸馏水再淋洗滤纸上的残渣至滤液呈中性为止。

6.低温炭化

国家标准方法操作过程为：将有沉渣的滤纸折叠数次，放于恒量的瓷坩埚中，在80℃烘箱中烘干，在放在电炉上低温炭化。笔者建议，将装有残渣的滤纸折叠数次放入上述称量好的空坩埚里，记录样品对应的坩埚编号，然后直接放到电热炉上加热炭化，减少低温烘干的步骤，简化操作过程。

7.高温灼烧

国家标准方法操作过程为：将滤纸放入高温电炉中，800℃～900℃中灼烧30 min，取出瓷坩埚，在室温下稍冷后，放入干燥器中冷却1 h，称至恒量并记录。笔者建议，高温炉设置为900℃，高温灼烧60 min，比标准时间延长30 min，灼烧更完全，检测结果更准确。

8.称量样品残渣

建议将灼烧后的装有样品残渣的坩埚放入天平室干燥器中冷却，待到温度降到室温后称量。

9.计算结果

按 式 SiO2（F）=（m2-m1）/G×100 计算粉尘中游离二氧化硅含量。式中SiO2（F）为游离二氧化硅含量（%）；m1为坩埚质量（g）；m2为坩埚加沉渣质量（g）；G为粉尘样品质量（g）。

粉尘飞溅的大理石加工场所 图片源自百度

结论

笔者对国家标准方法的操作步骤进行了细化和改进，简化部分较繁琐的操作，减少了分析时间。采用直接购买的粉尘游离二氧化硅质量控制样品（中国疾病预防控制中心生产）进行了质量控制，样品检测结果准确、平行性较好：质控样品标准值8.34%±1.65%，样品检测值8.32%、8.30%。按照本方法建议的操作过程检测粉尘中游离二氧化硅含量，能够获得准确的检测结果，为矽肺病的防治工作提供有力的技术支撑。