對個體呼吸性粉塵監測技術的認識與探討
作者：煤礦安全生產網
2006-01-24 18:51
來源：煤礦安全生產網
對個體呼吸性粉塵監測技術的認識與探討
目前我國各類礦山企業已達26萬多家，從業人數達2000萬人，到1995年止，全國礦產開采總量已達54億噸之巨，為建國初期的90多倍。黨和國家一直十分重視礦山的安全衛生工作，製定和頒布了一係列的法規和標準，但也應看到，我國礦山在安全和職業危害防治方麵較發達國家還有不小的差距。其中，粉塵危害已成為困擾並阻礙我國礦業發展的一個最主要的工業衛生問題。全國近50萬塵肺病患者，有三分之二分布在礦山。近年來，礦山新發生的塵肺病人數呈持續上升趨勢，對廣大礦工健康造成巨大威脅，每年給企業造成的經濟損失已居整個礦山安全衛生危害之首。
進入九十年代以來，開展了一項測塵技術改革。在這項技術改革中，化學礦山行業一直率先參與了其試點和擴大試點、呼塵危害程度分級試點以及呼塵監測和危害程度分級的推廣工作。通過化學礦山多年的努力和實踐，使全係統已初步形成了監測網絡，對監測，采樣全過程有了一個較為科學、合理的工作流程和模式。筆者為一名從事化學礦山工業衛生管理人員，自始至終參與了這項測塵技術改革工作，現將我在這項工作中的心得和疑問，提請各位同行研究和討論。
1對呼塵監測和危害程度分級工作的認識
塵肺病致病主要原因是人體吸入了能進入肺部的遊離二氧化矽微粒。把凡能進入人體肺部的粉塵微粒，即粒徑小於5μm的塵粒，稱之為呼吸性粉塵；把不能進入人體肺部的其它塵粒，稱為非呼吸性粉塵。60年代後期發達國家研製了把呼塵和非呼塵分開的兩級粉塵采樣器，從而發展成為控製呼塵濃度的粉塵防治技術，並相應地製定了呼塵濃度標準和呼塵監測方法。
我國現行的粉塵監測方法和粉塵濃度標準，沒有把所采集的粉塵進行分級，故可稱之為“常規全塵監測”及“常規全塵濃度”，其特點是利用空氣過濾粉塵濾膜計重法采集全粉塵樣品，以它代表作業空間環境的全粉塵濃度。其采樣空氣流量，現場一般是20~25L/min，采樣時間要求大於10min。這種全塵監測體係是由礦山自己建站，自己監測，受行業主管部門領導檢查，受同級或上級衛生行政部門指導監督。
個體呼塵監測則與常規全塵監測有著本質的不同，首先，它是進行個體監測采樣，即：由作業場所的工人在上班進入產塵作業場所前佩戴好采樣器，開機采樣，采樣時間為一個工班，因此所采得的樣品，是代表作業場所作業工人接觸呼塵的水平，這種隨工人勞動而進行的跟蹤監測，連續采樣必然能比較客觀地反映作業現場粉塵的實際情況和礦工的實際接塵水平。技術原理是用空氣過濾阻塵濾膜計重法分級采集呼塵和非呼塵；監測體係是采用“礦山采樣，集中03manbetx ”，即礦山采集的有效樣品，必須由經過計量認證，並得到有關上級單位資格認可和授權的粉塵監測單位進行呼塵濃度和遊離二氧化矽等項目的測定。改變了自己監測的方式，這必然使其真實性更高、更準確。另外，礦山個體呼塵監測是由專職人員負責技術，管理人員負責組織，生產工人具體實施。這樣監測的每一個環節能夠有機配合，使其更科學嚴謹。
個體呼塵監測與常規全塵監測有著本質的不同，根據化學礦山的具體實踐，我們認為；呼塵監測是監測致病粉塵，因此，它比全塵監測更科學更可靠，更有利於對工人接塵量測算，從而對作業工人進行有效的健康監護。
在實施個體呼塵監測之後，為加強呼塵危害的控製及針對呼塵危害程度有重點地進行粉塵危害防治，勞動部又開展了礦山粉塵危害程度分級管理試點。這一試點是在建立新的礦山呼吸粉塵控製控製管理新標準的基礎，對不同礦山按其危害程度實行分級管理和分級監督檢查，集中力量、重點治理那些接塵人數多，粉塵濃度高、塵肺發病嚴重的作業場所，利用技術和管理等手段預防塵肺病的發生，從而使礦山的粉塵危害控製管理工作逐步走向科學化、係統化的軌道。
2對呼塵監測工作中一些技術問題的探討
2.1個體呼塵采樣器的有關技術要求一個體呼塵采樣器必須具備以下基本特性：
2.1.1 能夠根據我們規定的呼吸性粉塵標準曲線，分離出呼吸性粉塵並將其單獨采集。我們將這部分粉塵的收集效率與粉塵的粒子大小製定了一種對應關係曲線，即“呼吸性粉塵標準曲線”。我國暫采用英國醫學研究委員會（BMIC）所製定的標準曲線，簡稱“B”曲線。為了使采樣器達到合乎要求的分離性能，采樣器必須具有合理的吸塵分離裝置並按規定的標準曲線分離出呼塵。
2.1.2有足夠可靠的采樣流量及容塵量，並能避免呼塵與非呼塵的交混，在收集濾膜上粉塵逐漸增加所引起抽氣阻力增加時，其流量亦不發生明顯變化。
2.1.3充電簡便可靠，能保證儀器穩定連續運行一個工班以上。儀器的尺寸要小，重量要輕，以便於作業工人佩戴。在惡劣的工作環境下，能防潮、防震、防腐蝕及防爆，堅固耐用。儀器的維修要簡便，各主要部件能夠換修。
當前，國產個體采樣器的性能和質量已較過去有了明顯提高，但是仍存在不少問題，其中包括分離效率和容塵量、穩定的采樣流量、充電電池的性能和采樣器維修等等。如果這些問題得不到較滿意的解決，必然影響準確地評價作業環境中總的浮塵狀態和個體采樣方法的推廣使用。
2.2粉塵中遊離二氧化矽的測定方法問題
過去我國在常規全塵監測中對粉塵中遊離二氧化矽含量的測定是采用焦磷酸重量法。1991年，勞動部在開展呼塵監測試點中選用了兩種物理方法來測定呼吸性粉塵中遊離二氧化矽的含量，即X線衍射法和紅外分光法。經過幾年的試點工作，我們認為，對於呼塵質量濃度檢測，一般比較容易達到要求，而對呼塵中遊離二氧化矽會計師的03manbetx ，由於新的物理方法在國內開展的時間較短，各實驗室使用的01manbetx 又有一些差異，在我國還沒有製定統一的03manbetx 質量控製考核標準，因此還存在許多問題。
焦磷酸重量法的精確度（相對標準偏差）是±6%，靈敏度為10μg，它不適用於對呼塵和存在某些穩定的二氧化矽氧化物的03manbetx ，也不能用於三種遊離二氧化矽多晶形物和石英玻璃分析測定。
X線衍射法，其精確度為±10%，靈敏度為5μg，雲母，長石等若幹礦物對這種方法有幹擾，其衍射峰取決於受測微粒的粒度，因此，分析前必須預先除去有幹擾的礦物。
紅外分光光度法，其精確度和靈敏度相同於X線衍射法，這種方法也受若幹礦物如雲母、長石（不包括閃石）的幹擾，吸收頻率的強度亦取決於微粒的粒度，因此，也必須預先除去有幹擾的礦物。
以上這三種方法，都是世界衛生組織（WHO）所推薦的方法。其中X線衍射法和紅外分光光度法的靈敏度和精確度差不多，都易受幹擾，X線衍射法價格昂貴，一般實驗室不可能也不必要裝備這種儀器。但在非煤礦山中卻規定使用 X線衍射法來分析呼塵，這種規定不利於呼塵監測網絡的形成及發揮地區監測站的作用；二是勢必造成樣品長途郵寄，給監測工作帶來困難；三是非煤礦礦山就是指除煤礦以外的所有礦山，包含礦物及礦物周圍的圍岩，在開采過程中所產生的粉塵組份千差萬別，規定隻能使用一種方法來檢測未免偏頗。另外，X線衍射分析的準確性主要依賴於克服質量吸收的影響，目前已有許多質量校正的方法，如在樣品和標樣中同時加入氧化鈣內標劑，有的以各種金屬襯底標準等種種校正方法，使用這些方法都能使樣品中基質物對X線的衰減得到校正。但是若不進行質量吸收校正，其定量的範圍很窄，特別是在粉塵樣品中含有較多重金屬元素時（如多金屬硫鐵礦的樣品），對定量分析將產生很大影響。因此，使用X線衍射法分析二氧化矽必須進行質量校正。
石英標準樣是影響X線衍射法分析遊離二氧化矽的另一關鍵。有的資料說明。在同一種濾膜上，用相同量的兩種石英標準樣來測定現場樣品，其所得的結果誤差竟可達300%以上，這是由於石英標準粒度分布不同，所產生的X線衍射也必然有顯著的差異。理想的石英標準是其粒度分布基本合乎呼塵粒度分布，並具有良好的結晶性能。因此，有關單位必須對這一問題予以重視，使各試驗室應該使用統一的石英標準，以減少因此而造成的分析結果的差異。
2.3關於濾膜問題呼塵是沉積在濾膜上麵的，在采用X線衍射法進行粉塵分析時，無論是進行係列標樣衍射峰積分強度測定，或是對試樣中遊離二氧化矽的定量測定，樣品濾膜對分析的準確性都有重大影響。目前，國內外所使用的濾膜品種很多，按製造濾膜的材質區分，有銀濾膜、各類聚氯乙烯或聚脂類濾膜、下班纖維濾膜。其中從分析粉塵中遊離二氧化矽的角度看，銀濾膜最理想。這是因為銀濾膜具備兩種特性，一是作為粉塵樣品的載體；二是由於銀濾膜的背景很低，基線平滑，從而成為分析粉塵中遊離二氧化矽（石英）的最理想材料。但是，這種濾膜價格昂貴，且目前在國內還不易買到，因此，在實際工作中未能采用。目前，常用的是有機纖維濾膜，這類濾膜的缺點是普遍存在背景較高、基線噪聲較大等不足，這就必然會影響分析的準確性。
對於濾膜的認識，有的資料中提到：對於礦山呼塵試樣而言，其樣品重量往往很小，因而“其分布在濾膜上可以近似地看作粉塵顆粒既微細又互不疊加或塵層極薄”。其實這種觀點是值得商榷的，原因是除因濾膜的材質直接影響背景的高低和基線和基線的平滑而造成分析誤差較大外，濾膜的表麵物理特性也會對衍射分析產生重大影響。國內一些研究單位的試驗表明，用同一種標準石英沉積在不同種類濾膜上，所測得的單位質量石英的X線衍射強度值可相差兩倍以上。這是由於，有的濾膜其表麵比較粗糙，這種粗糙的表麵往往有很多、很大的孔穴（有的孔穴直徑可達100μm），這樣就會使得遊離二氧化矽粒子有可能深陷到這種大孔穴中，造成二氧化矽在濾膜上的分布不一致，重疊嚴重（而不是想象中的粉塵顆粒既細微又互不疊加！），由於二氧化矽粒子隱入濾膜表麵的孔穴之中，濾膜必然會對石英粒子產生屏蔽作用。目前，我國使用的聚氯乙烯濾膜表麵非常粗糙，這種濾膜的優點是載塵量大，粗粉塵在濾膜上容易附著，適於采樣。由於粗糙表麵的濾膜在進行X線衍射時存在上述問題，因此在分析前，需要把粉塵重新沉積在表麵較為光滑的微孔濾膜上，以盡量使分析結果準確。
3結語
個體呼吸性粉塵監測及危害程度分級，是一項正在我國推行的測塵改革，通過幾年來在化學礦山的各類試點和推廣，證明它比全塵監測更科學、可靠，能對接塵作業工人進行有效的健康監護。但是，在試點和推廣工作中，也發現有許多關鍵技術總是需要突破，其中最主要的有國產個體呼塵采樣器的性能問題；遊離二氧化矽的測定方法問題；濾膜的材質及性能問題等等。對於這些問題至今還沒有一個肯定的統一的認識，隻有迅速地解決這些問題，才能使新的個體呼塵監測取代常規全塵監測，才能利用對呼塵監測確定各個礦山以及礦山內部各各車間、工作麵的危害程度，從而達到對不同危害程度的地段、不同程度的接蘭人員進行有針對性的管理和監督，達到分級管理、重點治理，利用技術和管理手段減少和預防塵肺病的發生，確保勞動者的健康。
目前我國各類礦山企業已達26萬多家，從業人數達2000萬人，到1995年止，全國礦產開采總量已達54億噸之巨，為建國初期的90多倍。黨和國家一直十分重視礦山的安全衛生工作，製定和頒布了一係列的法規和標準，但也應看到，我國礦山在安全和職業危害防治方麵較發達國家還有不小的差距。其中，粉塵危害已成為困擾並阻礙我國礦業發展的一個最主要的工業衛生問題。全國近50萬塵肺病患者，有三分之二分布在礦山。近年來，礦山新發生的塵肺病人數呈持續上升趨勢，對廣大礦工健康造成巨大威脅，每年給企業造成的經濟損失已居整個礦山安全衛生危害之首。
進入九十年代以來，開展了一項測塵技術改革。在這項技術改革中，化學礦山行業一直率先參與了其試點和擴大試點、呼塵危害程度分級試點以及呼塵監測和危害程度分級的推廣工作。通過化學礦山多年的努力和實踐，使全係統已初步形成了監測網絡，對監測，采樣全過程有了一個較為科學、合理的工作流程和模式。筆者為一名從事化學礦山工業衛生管理人員，自始至終參與了這項測塵技術改革工作，現將我在這項工作中的心得和疑問，提請各位同行研究和討論。
1對呼塵監測和危害程度分級工作的認識
塵肺病致病主要原因是人體吸入了能進入肺部的遊離二氧化矽微粒。把凡能進入人體肺部的粉塵微粒，即粒徑小於5μm的塵粒，稱之為呼吸性粉塵；把不能進入人體肺部的其它塵粒，稱為非呼吸性粉塵。60年代後期發達國家研製了把呼塵和非呼塵分開的兩級粉塵采樣器，從而發展成為控製呼塵濃度的粉塵防治技術，並相應地製定了呼塵濃度標準和呼塵監測方法。
我國現行的粉塵監測方法和粉塵濃度標準，沒有把所采集的粉塵進行分級，故可稱之為“常規全塵監測”及“常規全塵濃度”，其特點是利用空氣過濾粉塵濾膜計重法采集全粉塵樣品，以它代表作業空間環境的全粉塵濃度。其采樣空氣流量，現場一般是20~25L/min，采樣時間要求大於10min。這種全塵監測體係是由礦山自己建站，自己監測，受行業主管部門領導檢查，受同級或上級衛生行政部門指導監督。
個體呼塵監測則與常規全塵監測有著本質的不同，首先，它是進行個體監測采樣，即：由作業場所的工人在上班進入產塵作業場所前佩戴好采樣器，開機采樣，采樣時間為一個工班，因此所采得的樣品，是代表作業場所作業工人接觸呼塵的水平，這種隨工人勞動而進行的跟蹤監測，連續采樣必然能比較客觀地反映作業現場粉塵的實際情況和礦工的實際接塵水平。技術原理是用空氣過濾阻塵濾膜計重法分級采集呼塵和非呼塵；監測體係是采用“礦山采樣，集中03manbetx ”，即礦山采集的有效樣品，必須由經過計量認證，並得到有關上級單位資格認可和授權的粉塵監測單位進行呼塵濃度和遊離二氧化矽等項目的測定。改變了自己監測的方式，這必然使其真實性更高、更準確。另外，礦山個體呼塵監測是由專職人員負責技術，管理人員負責組織，生產工人具體實施。這樣監測的每一個環節能夠有機配合，使其更科學嚴謹。
個體呼塵監測與常規全塵監測有著本質的不同，根據化學礦山的具體實踐，我們認為；呼塵監測是監測致病粉塵，因此，它比全塵監測更科學更可靠，更有利於對工人接塵量測算，從而對作業工人進行有效的健康監護。
在實施個體呼塵監測之後，為加強呼塵危害的控製及針對呼塵危害程度有重點地進行粉塵危害防治，勞動部又開展了礦山粉塵危害程度分級管理試點。這一試點是在建立新的礦山呼吸粉塵控製控製管理新標準的基礎，對不同礦山按其危害程度實行分級管理和分級監督檢查，集中力量、重點治理那些接塵人數多，粉塵濃度高、塵肺發病嚴重的作業場所，利用技術和管理等手段預防塵肺病的發生，從而使礦山的粉塵危害控製管理工作逐步走向科學化、係統化的軌道。
2對呼塵監測工作中一些技術問題的探討
2.1個體呼塵采樣器的有關技術要求一個體呼塵采樣器必須具備以下基本特性：
2.1.1 能夠根據我們規定的呼吸性粉塵標準曲線，分離出呼吸性粉塵並將其單獨采集。我們將這部分粉塵的收集效率與粉塵的粒子大小製定了一種對應關係曲線，即“呼吸性粉塵標準曲線”。我國暫采用英國醫學研究委員會（BMIC）所製定的標準曲線，簡稱“B”曲線。為了使采樣器達到合乎要求的分離性能，采樣器必須具有合理的吸塵分離裝置並按規定的標準曲線分離出呼塵。
2.1.2有足夠可靠的采樣流量及容塵量，並能避免呼塵與非呼塵的交混，在收集濾膜上粉塵逐漸增加所引起抽氣阻力增加時，其流量亦不發生明顯變化。
2.1.3充電簡便可靠，能保證儀器穩定連續運行一個工班以上。儀器的尺寸要小，重量要輕，以便於作業工人佩戴。在惡劣的工作環境下，能防潮、防震、防腐蝕及防爆，堅固耐用。儀器的維修要簡便，各主要部件能夠換修。
當前，國產個體采樣器的性能和質量已較過去有了明顯提高，但是仍存在不少問題，其中包括分離效率和容塵量、穩定的采樣流量、充電電池的性能和采樣器維修等等。如果這些問題得不到較滿意的解決，必然影響準確地評價作業環境中總的浮塵狀態和個體采樣方法的推廣使用。
2.2粉塵中遊離二氧化矽的測定方法問題
過去我國在常規全塵監測中對粉塵中遊離二氧化矽含量的測定是采用焦磷酸重量法。1991年，勞動部在開展呼塵監測試點中選用了兩種物理方法來測定呼吸性粉塵中遊離二氧化矽的含量，即X線衍射法和紅外分光法。經過幾年的試點工作，我們認為，對於呼塵質量濃度檢測，一般比較容易達到要求，而對呼塵中遊離二氧化矽會計師的03manbetx ，由於新的物理方法在國內開展的時間較短，各實驗室使用的01manbetx 又有一些差異，在我國還沒有製定統一的03manbetx 質量控製考核標準，因此還存在許多問題。
焦磷酸重量法的精確度（相對標準偏差）是±6%，靈敏度為10μg，它不適用於對呼塵和存在某些穩定的二氧化矽氧化物的03manbetx ，也不能用於三種遊離二氧化矽多晶形物和石英玻璃分析測定。
X線衍射法，其精確度為±10%，靈敏度為5μg，雲母，長石等若幹礦物對這種方法有幹擾，其衍射峰取決於受測微粒的粒度，因此，分析前必須預先除去有幹擾的礦物。
紅外分光光度法，其精確度和靈敏度相同於X線衍射法，這種方法也受若幹礦物如雲母、長石（不包括閃石）的幹擾，吸收頻率的強度亦取決於微粒的粒度，因此，也必須預先除去有幹擾的礦物。
以上這三種方法，都是世界衛生組織（WHO）所推薦的方法。其中X線衍射法和紅外分光光度法的靈敏度和精確度差不多，都易受幹擾，X線衍射法價格昂貴，一般實驗室不可能也不必要裝備這種儀器。但在非煤礦山中卻規定使用 X線衍射法來分析呼塵，這種規定不利於呼塵監測網絡的形成及發揮地區監測站的作用；二是勢必造成樣品長途郵寄，給監測工作帶來困難；三是非煤礦礦山就是指除煤礦以外的所有礦山，包含礦物及礦物周圍的圍岩，在開采過程中所產生的粉塵組份千差萬別，規定隻能使用一種方法來檢測未免偏頗。另外，X線衍射分析的準確性主要依賴於克服質量吸收的影響，目前已有許多質量校正的方法，如在樣品和標樣中同時加入氧化鈣內標劑，有的以各種金屬襯底標準等種種校正方法，使用這些方法都能使樣品中基質物對X線的衰減得到校正。但是若不進行質量吸收校正，其定量的範圍很窄，特別是在粉塵樣品中含有較多重金屬元素時（如多金屬硫鐵礦的樣品），對定量分析將產生很大影響。因此，使用X線衍射法分析二氧化矽必須進行質量校正。
石英標準樣是影響X線衍射法分析遊離二氧化矽的另一關鍵。有的資料說明。在同一種濾膜上，用相同量的兩種石英標準樣來測定現場樣品，其所得的結果誤差竟可達300%以上，這是由於石英標準粒度分布不同，所產生的X線衍射也必然有顯著的差異。理想的石英標準是其粒度分布基本合乎呼塵粒度分布，並具有良好的結晶性能。因此，有關單位必須對這一問題予以重視，使各試驗室應該使用統一的石英標準，以減少因此而造成的分析結果的差異。
2.3關於濾膜問題呼塵是沉積在濾膜上麵的，在采用X線衍射法進行粉塵分析時，無論是進行係列標樣衍射峰積分強度測定，或是對試樣中遊離二氧化矽的定量測定，樣品濾膜對分析的準確性都有重大影響。目前，國內外所使用的濾膜品種很多，按製造濾膜的材質區分，有銀濾膜、各類聚氯乙烯或聚脂類濾膜、下班纖維濾膜。其中從分析粉塵中遊離二氧化矽的角度看，銀濾膜最理想。這是因為銀濾膜具備兩種特性，一是作為粉塵樣品的載體；二是由於銀濾膜的背景很低，基線平滑，從而成為分析粉塵中遊離二氧化矽（石英）的最理想材料。但是，這種濾膜價格昂貴，且目前在國內還不易買到，因此，在實際工作中未能采用。目前，常用的是有機纖維濾膜，這類濾膜的缺點是普遍存在背景較高、基線噪聲較大等不足，這就必然會影響分析的準確性。
對於濾膜的認識，有的資料中提到：對於礦山呼塵試樣而言，其樣品重量往往很小，因而“其分布在濾膜上可以近似地看作粉塵顆粒既微細又互不疊加或塵層極薄”。其實這種觀點是值得商榷的，原因是除因濾膜的材質直接影響背景的高低和基線和基線的平滑而造成分析誤差較大外，濾膜的表麵物理特性也會對衍射分析產生重大影響。國內一些研究單位的試驗表明，用同一種標準石英沉積在不同種類濾膜上，所測得的單位質量石英的X線衍射強度值可相差兩倍以上。這是由於，有的濾膜其表麵比較粗糙，這種粗糙的表麵往往有很多、很大的孔穴（有的孔穴直徑可達100μm），這樣就會使得遊離二氧化矽粒子有可能深陷到這種大孔穴中，造成二氧化矽在濾膜上的分布不一致，重疊嚴重（而不是想象中的粉塵顆粒既細微又互不疊加！），由於二氧化矽粒子隱入濾膜表麵的孔穴之中，濾膜必然會對石英粒子產生屏蔽作用。目前，我國使用的聚氯乙烯濾膜表麵非常粗糙，這種濾膜的優點是載塵量大，粗粉塵在濾膜上容易附著，適於采樣。由於粗糙表麵的濾膜在進行X線衍射時存在上述問題，因此在分析前，需要把粉塵重新沉積在表麵較為光滑的微孔濾膜上，以盡量使分析結果準確。
3結語
個體呼吸性粉塵監測及危害程度分級，是一項正在我國推行的測塵改革，通過幾年來在化學礦山的各類試點和推廣，證明它比全塵監測更科學、可靠，能對接塵作業工人進行有效的健康監護。但是，在試點和推廣工作中，也發現有許多關鍵技術總是需要突破，其中最主要的有國產個體呼塵采樣器的性能問題；遊離二氧化矽的測定方法問題；濾膜的材質及性能問題等等。對於這些問題至今還沒有一個肯定的統一的認識，隻有迅速地解決這些問題，才能使新的個體呼塵監測取代常規全塵監測，才能利用對呼塵監測確定各個礦山以及礦山內部各各車間、工作麵的危害程度，從而達到對不同危害程度的地段、不同程度的接蘭人員進行有針對性的管理和監督，達到分級管理、重點治理，利用技術和管理手段減少和預防塵肺病的發生，確保勞動者的健康。
