傅里叶红外光谱对于空气中游离二氧化硅的检测
时间：2022-11-22 阅读：1155
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
Method for determination of dust in the air of workplace
Part 4: Content of free silica in dust
2007-6-18 发布 2007-12-30 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。
2GBZ/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版本。凡是不注日期的引用文件，其最
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 192.1 工作场所空气中粉尘测定 第1部分：总粉尘浓度
GBZ/T 192.2 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 192.1 和 GBZ/T 192.2。
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
3剂瓶中。
4.3.2 氢氟酸，40%。
4.3.3 。
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，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），应加数毫克结晶于锥形瓶中。再
按照 4.5.2 加焦磷酸及数毫克加热处理。
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：
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，需用氢氟酸
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%氢氟酸，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）。氢氟酸处理后游离二氧化硅含量按式（2）计算：
4式中：SiO2(F)——游离二氧化硅含量，%；
m2——氢氟酸处理前坩埚加沉渣（游离二氧化硅+焦磷酸难溶的物质）质量，g；
m3——氢氟酸处理后坩埚加沉渣（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 用氢氟酸处理时，必须在通风柜内操作，注意防止污染皮肤和吸入氢氟酸蒸气。
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
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 99%，以 Y 轴纵坐标表示吸光度。
5.3 试剂
5.3.1 ，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 192.2 或 GBZ/T 192.1，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
5用。称取 250mg 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 ，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：
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。
66.2.6 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 192.2 或 GBZ/T 192.1，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：
靶：CuKα；
扫描速度：2°/min；
管电压：30kV；
记录纸速度：2cm/min；
管电流：40mA;
发散狭缝：1°；
量程：4000CPS；
接收狭缝：0.3mm；
时间常数：1s；
角度测量范围：10°≤2θ≤60°
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：
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；
7I——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：
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