对某汽车制造企业车间空气锰含量的火焰原子吸收光谱法测定与结果分析

刘俊杰

摘 要：采用微孔滤膜对某汽车制造企业车间焊接作业点位空气中锰进行样品采集，通过酸消解--火焰原子吸收光谱法对样品测定，在方法线性范围0.0-3.0ug/mL内，相关系数为0.9999，最低检出限为0.013ug/mL，回收率均在95.0%-105.0%之间，精密度均小于5%。经检测发现车间部分焊接作业点位空气中锰含量存在超标现象。

关键词：车间空气;锰;火焰原子吸收光谱法

0 引言

在汽车制造业中，存在各种焊接作业工序，焊接作业会产生锰烟或锰尘等有毒有害物质。电焊工锰中毒作为常见的职业病之一，长期锰烟或锰尘吸入会引起中毒，主要表现为神经系统症状，如头晕、头痛、心悸，后期会出现震颤麻痹综合症;锰尘的吸入聚集还可导致尘肺病。为保护工人健康，定期对车间空气锰含量监测具有重要意义。GBZ2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素》中规定了锰及其无机化合物的时间加权平容许浓度（PC-TWA）为0.15mg/m3[1]。

工作场所空气中锰的测定方法有火焰原子吸收光谱法和高碘酸钾分光光度法[2]。火焰原子吸收光谱法具有灵敏度高、选择性好、检出限低、操作简便等优点，本文采用火焰原子吸收光谱法来进行空气中锰含量的测定。

1 实验部分

1.1 实验原理

空气中气溶胶态锰及其化合物用微孔滤膜采集，酸消解后，用乙炔--空气火焰原子吸收光谱仪在279.48nm波长下测定吸光度，在一定的线性条件范围内，吸光度值与锰浓度成正比，以此进行定量分析。

1.2 仪器与设备

火焰原子吸收光谱仪：PinAAcle900T，美国PerkinElmer

公司，配有火焰原子化器，以及高灵敏度雾化器;锰空心阴极灯;空气压缩机;乙炔气瓶;微孔滤膜，孔径0.8um;FC-4空气采样器（流量：0-25L/min）;大采样夹，直径40mm;温控电热板;烧杯，50mL;具塞刻度试管，10mL;容量瓶，100mL。

1.3 试剂与材料

实验用水为去离子水，用酸为优级纯;锰单元素标准溶液，GBW（E）080157，中国计量科学研究院;滤膜锰质控样（AK-QC203-1，浓度20.0±1.2ug/张;AK-QC203-2，浓度40.0±2.4ug/张;批号20180501;中国安全生产科学研究院）;高氯酸（GR），1.67g/mL;硝酸（GR），1.42g/mL;盐酸（GR），1.18g/mL;（天津市科密欧化学试剂有限公司）;消解液，取100mL高氯酸加入到900mL硝酸中;盐酸溶液（1+99），0.12mol/L，取10mL盐酸加入到990mL水中。

1.4 样品的采集与保存

将微孔滤膜安装在采样夹内，按照GBZ159规定，以5L/min流量采集15min空气样品。采样完成后，接尘面对折两次，放入清洁塑料袋或纸袋内，置于清洁容器内运输保存。[3]

1.5 实验分析

1.5.1 仪器工作条件

经反复调试，确定以下工作条件：灯电流20mA，光谱通带0.2nm，波长279.48nm，乙炔气流量：2.0L/min;空气流量：10.0L/min;观测高度：14.62mm;燃烧头位置：水平位置10.14mm，垂直位置40.69mm。

1.5.2 样品处理

将采过样的滤膜放入50mL烧杯内，加入5mL消解液，在电热板上加热消解，保持200℃左右，待消解液基本挥发干时，许下稍冷，用0.12mol/L的盐酸溶液溶解残渣，并定量轉移入具塞刻度试管中，稀释至10.0mL，摇匀，供测定。浓度超出线性范围时用盐酸溶液稀释后测定，计算结果乘以稀释倍数。

1.5.3 标准曲线的制备

取100mL容量瓶，用0.12mol/L的盐酸溶液稀释锰单元素标准溶液成为10.0ug/mL的锰标准应用液。再取6支10mL具塞比色管，分别加入0.0、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0mL应用液，定容，配制成0.0、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0ug/mL标准系列，在已调试好的火焰原子吸收光谱仪上测量各浓度的吸光度，每个浓度重复测定3次，然后以浓度（ug/mL）为横坐标，吸光度均值为纵坐标绘制标准曲线。

1.5.4 样品测定

将采样后的微孔滤膜与空白膜按步骤1.5.2进行消解处理，定容，与测定标准系列相同的仪器条件测定样品溶液，读取其吸光度，扣去空白值，由标准曲线测得样品溶液锰浓度，根据采样体积计算出空气中的锰含量。

2 检测结果

2.1 标准曲线及方法检出限

浓度为0.0、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0ug/mL的标准系列，吸光度依次为0.0006、0.0317、0.0769、0.1537、0.2964、

0.4512，其回归方程为y=0.14955x+0.00117，相关系数r=0.9999，表明锰在浓度0.0-3.0ug/mL范围之内，吸光度与质量浓度有着良好的线性关系。配制低浓度的锰溶液，按照实验步骤对其进行测定，连续测定11次，得到11次测定结果见表1，相对标准偏差S为0.00432ug/mL，以3倍标准偏差为检出限，检出限为0.013ug/mL[4]。

2.2 准确度及精密度

取6张空白微孔滤膜分成3组，每组双份，一份直接电热板进行酸消解，另一份分别各加入0.2、1.0、3.0mL锰标准应用液（10.0ug/mL），然后进行消解测定，计算加标回收率，其结果见表2，回收率均在95.0%-105.0%之间，方法准确度高。

在标准曲线上取低（0.2ug/mL）、中（1.0ug/mL）、高（3.0ug/mL）三个浓度溶液，在上述仪器条件下分别进行6次测定，结果见表3，RSD均小于5%，方法精密度良好。

2.3 质控样测定结果

对锰滤膜质控样AK-QC203-1、AK-QC203-2进行测定，结果分别为25.3ug/张、45.7ug/张，满足扩展不确定度要求，结果满意。

2.4 样品结果

对该汽车制造企业焊接车间7个焊接作业点位的空气采集样品进行检测，结果如表4：

3 分析与讨论

3.1 实验条件的选择

3.1.1 仪器条件的选择

火焰原子吸收光谱法仪器条件对结果的影响很大，选择合适的实验条件才能得出理想的结果。测定波长、狭缝宽度、火焰的燃助比、火焰高度、样品的提升量等多种因素都会对结果产生较大的影响，在保证方法线性、灵敏度、准确度、精密度的条件下，提高吸光度值，结果更可靠。因此，在实验前应对实验条件进行反复调试，优化各项实验参数，确定最佳仪器条件。

3.1.2 试剂的选择

选择合适的试剂和纯度可以提高结果的准确度。现在市场销售的试剂纯度不一，试验时选择纯度在优级纯及以上的试剂，可以使结果的准确性更高。实验用水应使用去离子水，减少干扰离子对实验结果的影响。在选择锰标准溶液时，尽量选择国家认可的锰标准溶液，可以减少误差，提高准确度。

3.2 现场样品结果分析

此次对某汽车制造企业焊接车间焊接作业点位空气采集样品检测结果发现，现场存在空气中锰含量超标现象，对7个点位检测后发现有4个点位空气中锰含量超标，超标率为57.1%，说明该车间空中锰含量较高，存在职业卫生隐患。该企业需要对车间焊接作业方式进行整改，改进生产工艺，使用低锰或无锰焊条代替高锰焊条;增加排风设施，在焊接作业点位应添加局部排风，降低空气中锰含量;并加强作业人员个人防护，佩戴防护口罩等防护用品;定期对作业场所空气中锰含量进行监测，及时发现问题并整改;定期组织焊接作业人员进行职业健康体检，做到早发现，早治疗，尽量减少职业病的发生，保护工人健康。

参考文献：

[1] GBZ2.1-2007.工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素[S].中华人民共和国国家职业卫生标准，2007.

[2] GBZ/T300.17-2017.工作场所空气有毒物质测定第17部分：锰及其化合物[S].中华人民共和国国家职业卫生标准，2017.

[3] GBZ159-2004.工作场所空气中有害物质监测的采样规范[S].中华人民共和国国家职业卫生标准，2004.

[4] GBZ/T210.4-2008.职业卫生标准制定指南第4部分：工作场所中化學物质测定方法[S].中华人民共和国国家职业卫生标准，2008.