工作场所空气中粉尘测定第4部分：游离二氧化硅含量测定

中华人民共和国国家职业卫生标准

GBZ/T 192.4—2007

工作场所空气中粉尘测定

第4部分：游离二氧化硅含量

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Method for determination of dust in the air of workplace

Part 4: Content of free silica in dust

  2007年06月18日发布                  2007年12月30日实施

中华人民共和国卫生部  发 布 

前     言

GBZ/T 192根据工作场所空气中粉尘测定的特点，分为以下五部分：

——第1部分：总粉尘浓度

——第2部分：呼吸性粉尘浓度

——第3部分：粉尘分散度

——第4部分：游离二氧化硅含量

——第5部分：石棉纤维浓度

本部分是GBZ/T192的第4部分，是在GB 5748-85《作业场所空气中粉尘测定方法》，GB16225-1996《车间空气中呼吸性矽尘卫生标准》附录B《粉尘游离二氧化硅X线衍射测定法》，GB16245-1996《作业场所呼吸性煤尘卫生标准》附录B《呼吸性煤尘中游离二氧化硅红外光谱测定法》为基础修订而成的。

本部分由全国职业卫生标准委员会提出。

本部分由中华人民共和国卫生部批准。

本部分起草单位：华中科技大学同济医学院公共卫生学院、武汉钢铁公司工业卫生技术研究所、东风汽车公司职业病防治研究所、武汉市职业病防治研究院、湖北省疾病预防控制中心、福建省疾病预防控制中心、辽宁省疾病预防控制中心、武汉分析仪器厂。

本部分主要起草人：杨磊、陈卫红、刘占元、陈镜琼、李济超、易桂林、杨静波、梅勇、彭开良、刘家发、叶丙杰。

 GBZ/T 192.4—2007

工作场所空气中粉尘测定

第4部分：游离二氧化硅含量

1 范围

本部分规定了工作场所粉尘中游离二氧化硅含量的测定方法。

本部分适用于工作场所粉尘中游离二氧化硅含量的测定。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款，通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的新版本。凡是不注日期的引用文件，其新版本适用于本标准。

GBZ 159　　工作场所空气中有害物质监测采样规范

GBZ/T XXX.1 工作场所空气中粉尘测定  第1部分：总粉尘浓度

GBZ/T XXX.2 工作场所空气中粉尘测定  第2部分：呼吸性粉尘浓度

3 术语和定义

本部分采用下列术语：

游离二氧化硅（Free silica）

指结晶型的二氧化硅，即石英。

4 焦磷酸法

4.1 原理

粉尘中的硅酸盐及金属氧化物能溶于加热到245℃~250℃的焦磷酸中，游离二氧化硅几乎不溶，而实现分离。然后称量分离出的游离二氧化硅，计算其在粉尘中的百分含量。

4.2 仪器

4.2.1 采样器：同GBZ/T XXX.1和GBZ/T XXX.2。

4.2.2 恒温干燥箱。

4.2.3 干燥器，内盛变色硅胶。

4.2.4 分析天平，感量为0.1mg。

4.2.5 锥形瓶，50ml。

4.2.6 可调电炉。

4.2.7 高温电炉。

4.2.8 瓷坩埚或铂坩埚，25ml，带盖。

4.2.9 坩埚钳或铂尖坩埚钳。

4.2.10 量筒，25ml。

4.2.11 烧杯，200ml ~400ml。

4.2.12 玛瑙研钵。

4.2.13 慢速定量滤纸。

4.2.14 玻璃漏斗及其架子。

4.2.15 温度计，0℃~360℃。

4.3 试剂

实验用试剂为分析纯。

4.3.1 焦磷酸，将85%（W/W）的磷酸加热到沸腾，至250℃不冒泡为止，放冷，贮存于试剂瓶中。

4.3.2 qingfusuan，40%。

4.3.3 硝酸铵。

4.3.4 盐酸溶液，0.1mol/L。

4.4 样品的采集

现场采样按照GBZ 159执行。

本法需要的粉尘样品量一般应大于0.1g，可用直径75mm滤膜大流量采集空气中的粉尘，也可在采样点采集呼吸带高度的新鲜沉降尘，并记录采样方法和样品来源。

4.5 测定步骤

4.5.1 将采集的粉尘样品放在105℃±3℃的烘箱内干燥2h，稍冷，贮于干燥器备用。如果粉尘粒子较大，需用玛瑙研钵研磨至手捻有滑感为止。

4.5.2 准确称取0.1000g~0.2000g（G）粉尘样品于25ml锥形瓶中，加入15ml焦磷酸及数毫克硝酸铵，搅拌，使样品全部湿润。将锥形瓶放在可调电炉上，迅速加热到245℃~250℃，同时用带有温度计的玻璃棒不断搅拌，保持15min。

4.5.3 若粉尘样品含有煤、其他碳素及有机物，应放在瓷坩埚或铂坩埚中，在800℃~900℃下灰化30min以上，使碳及有机物*灰化。取出冷却后，将残渣用焦磷酸洗入锥形瓶中。若含有硫化矿物（如黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿等），应加数毫克结晶硝酸铵于锥形瓶中。再按照4.5.2加焦磷酸及数毫克硝酸铵加热处理。

4.5.4取下锥形瓶，在室温下冷却至40℃~50℃，加50℃~80℃的蒸馏水至约40ml ~45ml，一边加蒸馏水一边搅拌均匀。将锥形瓶中内容物小心转移入烧杯，并用热蒸馏水冲洗温度计、玻璃棒和锥形瓶，洗液倒入烧杯中，加蒸馏水约至150ml~200ml。取慢速定量滤纸折叠成漏斗状，放于漏斗并用蒸馏水湿润。将烧杯放在电炉上煮沸内容物，稍静置，待混悬物略沉降，趁热过滤，滤液不超过滤纸的2/3处。过滤后，用0.1mol盐酸洗涤烧杯，并移入漏斗中，将滤纸上的沉渣冲洗3~5次，再用热蒸馏水洗至无酸性反应为止（用pH试纸试验）。如用铂坩埚时，要洗至无磷酸根反应后再洗3次。上述过程应在当天完成。

4.5.5 将有沉渣的滤纸折叠数次，放入已称至恒量（m1）的瓷坩埚中，在电炉上干燥、炭化；炭化时要加盖并留一小缝。然后放入高温电炉内，在800℃~900℃灰化30min；取出，室温下稍冷后，放入干燥器中冷却1h，在分析天平上称至恒量（m2），并记录。

4.5.6 计算  按式（1）计算粉尘中游离二氧化硅的含量：

．．．（1）

式中：SiO2(F)——游离二氧化硅含量，%；

m1——坩埚质量，g；

m2——坩埚加沉渣质量，g；

G——粉尘样品质量，g。

4.5.7 焦磷酸难溶物质的处理

若粉尘中含有焦磷酸难溶的物质时，如碳化硅、绿柱石、电气石、黄玉等，需用qingfusuan在铂坩埚中处理。方法如下：

将带有沉渣的滤纸放入铂坩埚内，如步骤4.5.5灼烧至恒量（m2），然后加入数滴9mol/L硫酸溶液，使沉渣全部湿润。在通风柜内加入5ml~10ml 40%qingfusuan，稍加热，使沉渣中游离二氧化硅溶解，继续加热至不冒白烟为止（要防止沸腾）。再于900℃下灼烧，称至恒量（m3）。qingfusuan处理后游离二氧化硅含量按式（2）计算：

  ．．．（2）

式中：SiO2(F)——游离二氧化硅含量，%；

m2——qingfusuan处理前坩埚加沉渣（游离二氧化硅+焦磷酸难溶的物质）质量，g；

m3——qingfusuan处理后坩埚加沉渣（焦磷酸难溶的物质）质量，g；

G——粉尘样品质量，g。

4.6 注意事项

4.6.1 焦磷酸溶解硅酸盐时温度不得超过250℃，否则容易形成胶状物。

4.6.2 酸与水混合时应缓慢并充分搅拌，避免形成胶状物。

4.6.3 样品中含有碳酸盐时，遇酸产生气泡，宜缓慢加热，以免样品溅失。

4.6.4 用qingfusuan处理时，必须在通风柜内操作，注意防止污染皮肤和吸入qingfusuan蒸气。

4.6.5 用铂坩埚处理样品时，过滤沉渣必须洗至无磷酸根反应，否则会损坏铂坩埚。

磷酸根检验方法如下：

原理：磷酸和钼酸铵在pH4.1时，用抗坏血酸还原成蓝色。

试剂：①乙酸盐缓冲液（pH4.1）：0.025mol乙酸钠溶液与0.1mol乙酸溶液等体积混合，②1%抗坏血酸溶液（于4℃保存），③钼酸铵溶液：取2.5g钼酸铵，溶于100ml的0.025mol硫酸中（临用时配制）。

检验方法：分别将试剂②和③用①稀释成10倍，取滤过液1ml，加上述稀释试剂各4.5ml，混匀，放置20min，若有磷酸根离子，溶液呈蓝色。

5 红外分光光度法      本公司相关产品链接

5.1 原理

α-石英在红外光谱中于12.5μm（800cm-1）、12.8μm（780cm-1）及14.4（694cm-1）μm处出现特异性强的吸收带，在一定范围内，其吸光度值与α-石英质量成线性关系。通过测量吸光度，进行定量测定。

5.2 仪器

5.2.1 瓷坩埚和坩埚钳。

5.2.2 箱式电阻炉或低温灰化炉。

5.2.3 分析天平，感量为0.01mg。

5.2.4 干燥箱及干燥器。

5.2.5 玛瑙乳钵。

5.2.6 压片机及锭片模具。

5.2.7 200目粉尘筛。

5.2.8 红外分光光度计。以X轴横坐标记录900cm-1~600cm-1的谱图，在900cm-1处校正零点和100%，以Y轴纵坐标表示吸光度。

5.3 试剂

5.3.1 溴化钾，优级纯或光谱纯，过200目筛后，用湿式法研磨，于150℃干燥后，贮于干燥器中备用。

5.3.2 无水乙醇，分析纯。

5.3.3 标准α-石英尘，纯度在99%以上，粒度<5μm。

5.4 样品的采集

根据测定目的，样品的采集方法参见GBZ 159 和GBZ/T XXX.2或GBZ/T XXX.1，滤膜上采集的粉尘量大于0.1mg时，可直接用于本法测定游离二氧化硅含量。

5.5 测定

5.5.1 样品处理：准确称量采有粉尘的滤膜上粉尘的质量（G）。然后将受尘面向内对折3次，放在瓷坩埚内，置于低温灰化炉或电阻炉（小于600℃）内灰化，冷却后，放入干燥器内待用。称取250mg溴化钾和灰化后的粉尘样品一起放入玛瑙乳钵中研磨混匀后，连同压片模具一起放入干燥箱（110℃±5℃）中10min。将干燥后的混合样品置于压片模具中，加压25MPa，持续3min，制备出的锭片作为测定样品。同时，取空白滤膜一张，同样处理，作为空白对照样品。

5.5.2 石英标准曲线的绘制：精确称取不同质量的标准α-石英尘（0.01mg ~1.00mg），分别加入250mg溴化钾，置于玛瑙乳钵中充分研磨均匀，按上述样品制备方法做出透明的锭片。将不同质量的标准石英锭片置于样品室光路中进行扫描，以800cm-1、780cm-1及694cm-1三处的吸光度值为纵坐标，以石英质量（mg）为横坐标，绘制三条不同波长的α-石英标准曲线，并求出标准曲线的回归方程式。在无干扰的情况下，一般选用800cm-1标准曲线进行定量分析。

5.5.3 样品测定：分别将样品锭片与空白对照样品锭片置于样品室光路中进行扫描，记录800cm-1（或694cm-1）处的吸光度值，重复扫描测定3次，测定样品的吸光度均值减去空白对照样品的吸光度均值后，由α-石英标准曲线得样品中游离二氧化硅的质量（m）。

5.5.4 计算  按式（3）计算粉尘中游离二氧化硅的含量：

（3）

式中：SiO2（F）——粉尘中游离二氧化硅（α-石英）的含量，%；

m——测得的粉尘样品中游离二氧化硅的质量，mg；

G——粉尘样品质量，mg。

5.6 注意事项

5.6.1 本法的α-石英检出量为0.01mg；相对标准差（RSD）为0.64%~1.41%。平均回收率为96.0%~99.8%。

5.6.2 粉尘粒度大小对测定结果有一定影响，因此，样品和制作标准曲线的石英尘应充分研磨，使其粒度小于5μm者占95%以上，方可进行分析测定。

5.6.3 灰化温度对煤矿尘样品定量结果有一定影响，若煤尘样品中含有大量高岭土成分，在高于600℃灰化时发生分解，于800cm-1附近产生干扰，如灰化温度小于600℃时，可消除此干扰带。

5.6.4 在粉尘中若含有粘土、云母、闪石、长石等成分时，可在800cm-1附近产生干扰，则可用694cm-1的标准曲线进行定量分析。

5.6.5 为降低测量的随机误差，实验室温度应控制在18℃~24℃，相对湿度小于50%为宜。

5.6.6 制备石英标准曲线样品的分析条件应与被测样品的条件*一致，以减少误差。

6  X线衍射法

6.1 原理

当X线照射游离二氧化硅结晶时，将产生X线衍射；在一定的条件下，衍射线的强度与被照射的游离二氧化硅的质量成正比。利用测量衍射线强度，对粉尘中游离二氧化硅进行定性和定量测定。

6.2 仪器

6.2.1 测尘滤膜。

6.2.2 粉尘采样器。

6.2.3 滤膜切取器。

6.2.4 样品板。

6.2.5 分析天平，感量为0.01mg。

6.2.6 镊子、直尺、秒表、圆规等。

6.2.7 玛瑙乳钵或玛瑙球磨机。

6.2.8 X线衍射仪。

6.3 试剂

实验用水为双蒸馏水。

6.3.1 盐酸溶液，6mol/L。

6.3.2 氢氧化钠溶液，100g/L。

6.4 样品的采集

根据测定目的，样品的采集方法参见GBZ 159和GBZ/T XXX.2或GBZ/T XXX.1，滤膜上采集的粉尘量大于0.1mg时，可直接用于本法测定游离二氧化硅含量。

6.5 测定步骤

6.5.1 样品处理：准确称量采有粉尘的滤膜上粉尘的质量（G）。按旋转样架尺度将滤膜剪成待测样品4~6个。

6.5.2 标准曲线

6.5.2.1 标准α-石英粉尘制备：将高纯度的α-石英晶体粉碎后，首先用盐酸溶液浸泡2h，除去铁等杂质，再用水洗净烘干。然后用玛瑙乳钵或玛瑙球磨机研磨，磨至粒度小于10μm后，于氢氧化钠溶液中浸泡4h，以除去石英表面的非晶形物质，用水充分冲洗，直到洗液呈中性（pH=7），干燥备用。或用符合本条要求的市售标准α-石英粉尘制备。

6.5.2.2 标准曲线的制作：将标准α-石英粉尘在发尘室中发尘，用与工作环境采样相同的方法，将标准石英粉尘采集在已知质量的滤膜上，采集量控制在0.5mg~4.0mg之间，在此范围内分别采集5~6个不同质量点，采尘后的滤膜称量后记下增量值，然后从每张滤膜上取5个标样，标样大小与旋转样台尺寸一致。在测定α-石英粉尘标样前，首先测定标准硅在（111）面网上的衍射强度（CPS）。然后分别测定每个标样的衍射强度（CPS）。计算每个点5个α-石英粉尘样的算术平均值，以衍射强度（CPS）均值对石英质量（mg）绘制标准曲线。

6.5.3 样品测定

6.5.3.1 定性分析  在进行物相定量分析之前，首先对采集的样品进行定性分析，以确认样品中是否有α-石英存在。仪器操作参考条件：

物相鉴定：将待测样品置于X线衍射仪的样架上进行测定，将其衍射图谱与《粉末衍射标准联合委员会（JCPDS）》卡片中的α-石英图谱相比较，当其衍射图谱与α-石英图谱相一致时，表明粉尘中有石英存在。

6.5.3.2 定量分析

X线衍射仪的测定条件与制作标准曲线的条件*一致。

6.5.3.2.1 首先测定样品（101）面网的衍射强度，再测定标准硅（111）面网的衍射强度；测定结果按式（4）计算：

        ．．．（4）

式中：IB——粉尘中石英的衍射强度，CPS；

Ii——采尘滤膜上石英的衍射强度，CPS；

Is——在制定石英标准曲线时，标准硅（111）面网的衍射强度，CPS；

I——在测定采尘滤膜上石英的衍射强度时，测得的标准硅（111）面网衍射强度，CPS。

如仪器配件没有配标准硅，可使用标准石英（101）面网的衍射强度（CPS）表示I值。

由计算得到的IB值（CPS），从标准曲线查出滤膜上粉尘中石英的质量（m）。

6.5.4  计算  粉尘中游离二氧化硅（α-石英）含量按式（5）计算：
（5）式中：SiO2（F）——粉尘中游离二氧化硅（α-石英）含量，%；
m——滤膜上粉尘中游离二氧化硅（α-石英）的质量，mg；
G——粉尘样品质量，mg。将M2-M1改为G，与红外法一致！

6.6 注意事项

6.6.1本法测定的粉尘中游离二氧化硅系指α-石英，其检出限受仪器性能和被测物的结晶状态影响较大；一般X线衍射仪中，当滤膜采尘量在0.5mg时，α-石英含量的检出限可达1%。

6.6.2粉尘粒径大小影响衍射线的强度，粒径在10μm以上时，衍射强度减弱；因此制作标准曲线的粉尘粒径应与被测粉尘的粒径相一致。

6.6.3单位面积上粉尘质量不同，石英的X线衍射强度有很大差异。因此滤膜上采尘量一般控制在2mg~5mg范围内为宜。

6.6.4当有与α-石英衍射线相干扰的物质或影响α-石英衍射强度的物质存在时，应根据实际情况进行校正。