1、第五章 空气中颗粒物的测定第一节 概述空气中固态和液态颗粒状态的物质统称空气颗粒物（particulate matter） 。风沙尘土、火山爆发、森林火灾和海水喷溅等自然现象，人类生活、生产活动中各种燃料（如煤炭、液化石油气、煤气、天然气和石油）的燃烧是空气颗粒物的重要来源。颗粒物按大小可分为总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物和细粒子。空气中的颗粒物有固态和液态两种形态。固态颗粒物中较小的有炭黑、碘化银、燃烧颗粒核等，较大的有水泥粉尘、土尘、铸造尘和煤尘等。液态颗粒物主要有雨滴、雾和硫酸雾等。在工农业生产中可产生大量生产性粉尘，根据性质分为无机和有机粉尘。空气颗粒物污染对人群死亡率有急性和慢性影响，有
2、一定的致癌作用，长期吸入较高浓度的某些粉尘可引起尘肺。吸入铅、锰、砷等毒性粉尘，经呼吸道溶解后，可引起机体中毒的发生。粉尘作用于人体上呼吸道，早期可引起鼻粘膜刺激，毛细血管扩张，久而久之，能引起肥大性鼻炎，萎缩性鼻炎，还可引起咽喉炎，支气管炎等。经常接触生产性粉尘，也能引起皮肤、眼、耳疾病的发生。大麻、棉花、对苯二胺等粉尘可引起哮喘性支气管炎、偏头痛等变态反应性疾病。沥青粉尘在日光照射下通过光化学作用，可引起光感性皮炎、结膜炎和一些全身症状。飘浮在空气中的颗粒物，若携带某些致病微生物，随呼吸道进入人体后，可引起感染性疾病的发生。如果吸入含致癌物粉尘，如镍、铬等，可导致肺癌的发生。第二节 生产性
3、粉尘生产性粉尘是指在生产过程中形成的，并能长时间飘浮在空气中的固体微粒。它是污染工作环境、损害劳动者健康的重要职业性有害因素，可引起多种职业性肺部疾病。一、生产性粉尘的来源和分类生产性粉尘的来源有：矿山开采、凿岩、爆破、运输、隧道开凿、筑路等；冶金工业中的原料准备、矿石粉碎、筛分、配料等；机械铸造工业中原料破碎、配料、清砂等；耐火材料、玻璃、水泥、陶瓷制造等；工业原料的加工；皮毛、纺织工业的原料处理；化学工业中固体原料处理加工，包装物品等生产过程。凡防尘措施不够完善，均可能有大量粉尘外逸污染生产环境。生产性粉尘的分类方法很多，按粉尘的性质可概括为两大类：1无机粉尘（inorganic dust
4、） 无机粉尘包括矿物性粉尘如石英、石棉、滑石、煤等；金属性粉尘如铅、锰、铁、铍、锡、锌及其化合物等；人工无机粉尘如金刚砂、水泥、玻璃纤维等。2有机粉尘（organic dust） 有机粉尘包括动物性粉尘如皮毛、丝、骨粉尘；植物性粉尘如棉、麻、谷物、亚麻、甘蔗、木、茶粉尘；人工有机粉尘如有机燃料、农药、合成树脂、橡胶、人造有机纤维粉尘等。在生产环境中，以单纯一种粉尘存在的较少见，大部分情况下为两种或多种粉尘混合存在，一般称之为混合性粉尘（mixed dust） 。二、生产性粉尘的理化特性及其卫生学意义在职业卫生实际工作中，根据生产性粉尘来源、分类以及其理化特性，能初步判定其对人体的危害性质和程度
5、。从卫生学角度来看，应该考虑粉尘的主要理化特性。1粉尘的化学成分、浓度和接触时间 工作场所空气中粉尘的化学成分和浓度是直接决定其对人体危害性质和严重程度的重要因素。根据化学成分不同，粉尘对人体可有致纤维化、刺激、中毒和致敏作用。结晶形和非结晶形、游离型和结合型二氧化硅对人体的危害作用是不同的。粉尘中游离二氧化硅含量愈高，致纤维化作用愈强，危害愈大。非结晶形比结晶形二氧化硅致纤维化作用轻。某些金属（如铅及其化合物）粉尘通过肺组织吸收，进入血循环，引起中毒。同一种粉尘，工作环境空气中浓度愈高，暴露时间愈长，对人体危害愈严重。2粉尘的分散度 分散度是指物质被粉碎的程度，以粉尘粒径的分布或质量组成百分
6、比来表示。前者称为粒子分散度，粒径较小的颗粒越多，分散度越高；后者称为质量分散度，粒径较小的颗粒的质量占总质量百分比越大，质量分散度越高。粉尘粒子分散度越高，其在空气中浮游的时间越长，沉降速度越慢，被人体吸入的机会就越多；而且，分散度越高，比表面积越大，越易参与理化反应，对人体危害越大。当粉尘粒子比重相同时，分散度越高，粉尘粒子沉降速度越慢；而当尘粒大小相同时，比重越大的尘粒沉降速度越快。因此，在设计通风防尘措施时，必须根据粉尘的比重，采用不同通风速度。当粉尘质量相同时，其形状越接近球形，在空气中所受阻力越小，沉降速度越快。粉尘分散度对人群健康的影响与其在呼吸道中的阻留有关。粉尘粒子的直径、比
7、重、形状不同，粉尘在呼吸道各区域的阻留沉积率不同；不同直径粉尘粒子在呼吸道的沉积部位也不同。一般认为，小于 15 m 的粒子可以进入呼吸道，其中 1015 m的粒子主要沉积在上呼吸道3粉尘的形状和硬度 粉尘粒子的形状在一定程度上也影响它的稳定性（即在空气中飘浮的时间） 。质量相同的尘粒，其形状愈接近球形，则愈容易降落。 坚硬的尘粒能引起呼吸道粘膜机械损伤，而进入肺泡粒子，由于其质量较小，环境湿润，并受肺泡腔表面活性物质影响，可以减轻机械损伤的程度。4粉尘的溶解度 若组成粉尘的物质对人体有害，那么，粉尘的溶解度越大，有毒物质越易被人体吸收，粉尘的毒性作用就越大；而糖、面粉等无毒粉尘，溶解度虽大，
8、易被人体吸收，也易被排出体外，对人体的危害较小；石英尘对人体有毒性作用，是难溶物质，在体内持续产生毒害作用，其危害极其严重。5粉尘的荷电性 粉尘在形成的过程中，各种粉尘粒子相互摩擦，或吸附空气中的离子而带电，空气中 9095的尘粒带有电荷。尘粒的荷电量除与其粒径大小、比重有关外，还与工作环境的温度和湿度有关。同性电荷相斥增强了粉尘粒子的稳定性，异性电荷相吸使尘粒在撞击中凝集而沉降。一般来说，荷电尘粒在体内易被阻留。6爆炸性 可氧化的粉尘（如煤、面粉、糖、硫磺、铅、锌） ，在适宜的浓度条件（面粉、铝、硫磺 7 g/m3；糖 10.3 g/m3）下，一旦遇到明火、电火花和放电时，即会发生爆炸，导致
9、人员伤亡和财产损失。第三节 粉尘浓度的测定一、概述粉尘浓度是指单位体积空气中所含粉尘的量。粉尘在空气中的浓度，直接决定粉尘对人体的危害程度，在工作场所空气中，粉尘的浓度越高，吸入量越多，对人体危害越重。研究表明，用质量相同而分散度不同的粉尘进行动物实验时，尘粒直径越小（12 m） ，发病越快，病变也越严重；而在尘粒数目相同，但质量不同的情况下，则仅在粒径较大的（即质量较大的）一组中发生尘肺，可见在尘肺发病过程中，粒子大小虽具有一定意义，但进入肺内粉尘的质量起着更重要的作用。因此，世界各国卫生标准中，粉尘浓度均采用质量浓度，即 mg/m3表示。测定方法为滤膜重量测定法。二、滤膜重量测定法1原理
10、用已知质量的滤膜采集一定体积的含尘空气，将粉尘粒子阻留在滤膜上。根据采样前后滤膜的质量差和采样体积，计算空气中粉尘的浓度（mg/m 3） 。 102VWC式中， C 为空气中粉尘的浓度，mg/m 3； W1为采样前滤膜质量，mg； W2为采样后滤膜与粉尘的质量，mg； V0为换算成标准状态下的采样体积值，L。2样品采集（1）滤膜的准备：用镊子取下滤膜两面的夹衬纸，将滤膜放在分析天平上称量（ W1） ，在衬纸上记录滤膜的编号和质量。打开采样夹，将称量好的滤膜平铺于锥形环上，拧紧固定盖。滤膜毛面应向上，无皱褶和漏缝等。贮于样品盒中备用。（2）采样：将粉尘采样器固定在测尘点，在距地面 1.5 m 高
11、（呼吸带）处，调节流量（1530L/min） ，检查无漏气后将已准备好的采样夹放在粉尘采样器的采样漏斗中，扭紧顶盖固定，采样，记录采样的起始时间。估计滤膜上粉尘的增重 120 mg 时，停止采样，记录终止时间。取出滤膜夹，将受尘面向上迅速平放于采样盒内，用镊子取出滤膜，使受尘面向内折叠45 次，用衬纸包好，贮于样品盒内，带回。记录气温和气压；（3）称量：用镊子取出采样后的滤膜，放在分析天平上称量，记录质量（W 2） 。（4）计算空气中粉尘的浓度。3方法说明（1）滤膜法操作简便、分析快速、阻尘率高、测定结果准确，是我国目前通用的粉尘浓度测定方法。（2）测尘滤膜是聚氯乙烯纤维制成的网状薄膜，不易脆
12、裂、有明显的静电性和憎水性，能牢固地吸附粉尘；并具有阻力小、耐酸碱、阻尘率高、重量轻等优点。（3）采样后滤膜上粉尘质量应控制在 120 mg。若采集量过多，会造成微孔堵塞，阻力增大，且尘粒容易脱落；采集量过少，会增加称量误差。通常认为采集尘量在 10 mg 左右为最适宜。（4）采样后的滤膜一般不需要干燥，可直接称量。若被测空气的相对湿度在 90%以上（或采样后滤膜上发现有水雾）时，应将滤膜置于硅胶干燥器中，干燥 2 h 后称量，以后每干燥半小时称量一次，直到相邻两次质量之差不大于 0.2 mg 为止。（5）粉尘采样器在采样前应进行气密性检验：用手掌堵住滤膜进气口，在抽气条件下，流量计的转子应即
13、刻回到静置状态。否则表示有漏气现象。（6）生产环境空气中含有油雾时，采样后，必须用石油醚或航空汽油浸洗滤膜，除油，晾干后再称量。（7）聚氯乙烯滤膜不耐高温，不能在 55以上的采样现场使用。（8）本法要求采集平行样本，两个样本浓度的相对偏差应小于 20%，取其平均值作为该采样点的粉尘浓度。两个样本浓度的相对偏差应大于 20%时，视为无效样本。第四节 粉尘分散度的测定粉尘分散度是指空气中粉尘颗粒的粒径分布程度，可用数量分散度和质量分散度两种方法表示。数量分散度是指各种粒径范围的粉尘粒子数量占粉尘总粒子数的百分比；质量分散度是指各种粒径范围粉尘粒子的质量占粉尘总质量的百分比。粒径小的粉尘粒子越多，粉
14、尘分散度越高。我国现行卫生标准采用数量分散度表示粉尘分散度。测定方法有滤膜法和自然沉降法。一、自然沉降法1原理 空气中的粉尘被采集到格林氏沉降器的金属圆筒中，密闭静置一定时间后，尘粒由于本身的重力作用而沉降到圆筒底部的盖玻片上。在显微镜下，用目镜测微尺测量盖玻片上粉尘颗粒的大小，按粒径分组计算百分率。2采样 将盖玻片用 95%乙醇棉球擦净，放入沉降器的凹槽内（图 5-1a） ，推动滑板至与底座平齐，盖上圆桶盖，备用。采样时，将滑板向凹槽方向推动，直至圆桶位于底座之外（图 5-1b） ，打开圆桶盖，在采样点距地面 1.5 m 高度处上下移动 23 次，使被测空气进入圆桶内。推动滑板与底座平齐，盖
15、上圆桶盖；将沉降器静放 3 h，将滑板退出座外，用少许明胶涂于盖玻片四角，把事先擦净的载玻片压在凹槽上，使盖玻片紧贴载玻片，取出贮于样本盒中。3分散度的测量（1）用物镜测微尺标定目镜测微尺：目镜测微尺放在目镜筒内，其刻度间距是固定的，用它来测量粉尘颗粒的大小。但粉尘颗粒在视野中的大小随物镜倍数的改变而改变，目镜测微尺的刻度间距不能反映粉尘颗粒的真实粒径。因此，必须用物镜测微尺对目镜测微尺进行标定，确定在所选的物镜倍数下，目镜测微尺刻度间距代表的真实长度。物镜测微尺是一标准尺度，其总长为 1 mm，分为 100 等分，每一分度值为0.01 mm，即 10 m（图 5-2） 。测定分散度一般选用高
16、倍镜配合十倍的目镜即可，特殊要求时可用油镜。将待标定的目镜测微尺放入目镜镜筒内，把物镜测微尺置于载物台上，先在低倍镜下找到物镜测微尺的刻度线，将其移至视野中央，然后换成高倍镜，调至刻度线清晰，移动载物台，使物镜测微尺的任一刻度线与目镜测微尺的任一刻度线重合，然后找出两尺另外一条重合的刻度线（图 53） ，分别数出两条重合刻度线间物镜测微尺和目镜测微尺的刻度数。目镜测微尺一个刻度的长度为： 10bal式中，l 为目镜测微尺一个刻度的长度，m；a 为物镜测微尺刻度数；b 为目镜测微尺刻度数；10 为物镜测微尺每刻度的长度，m。在图 5-3 中，目镜测微尺 45 个刻度相当于物镜测微尺 10 个刻度
17、，则目镜测微尺一个刻度的长度为： m 2. 1045（2）粉尘分散度的测量：取下物镜测微尺，将粉尘标本片放在载物台上，先用低倍镜找到粉尘粒子，然后在标定目镜测微尺时所用的放大倍率下，用目镜测微尺测量每个粉尘粒子的大小（图 5-4） 。移动标本，使粉尘粒子依次进入目镜测微尺范围，遇长径量长径，遇短径量短径，测量每个尘粒。每个标本至少测量 200 个尘粒，分组纪录，并计算百分率（表 5-1） 。表 5-1 粉尘分散度测量记录表单位 采样地点 采样时间 滤膜编号 粒径(m) 2 2 5 10 总计尘粒数（个）百分数（%） 100%4方法说明（1）本法采样无选择性，操作简便，准确性较好。（2）用格林氏
18、沉降器采样后，必须保证在不受震动和温度变化不大的条件下静止 3 h，才能使在显微镜下所有可见尘粒完全沉降在盖玻片上。（3）所用玻片必须保持无尘，否则影响结果的准确。采样后制成的尘样标本，应尽快进行测量，并要求在送检和存放过程中，避免振动和污染。（4）本法仅适用于颗粒状尘样的测定。采尘前后，应选择在空气清洁的场所从沉降器中放置、取出盖玻片。二、滤膜溶解涂片法同粉尘浓度测定一样采样。将采有粉尘的聚氯乙烯纤维滤膜放入小烧杯，加入少许醋酸丁酯，并用玻棒充分搅拌，制成均匀的粉尘混悬液，取一滴置载玻片上，均匀涂布，待自然挥发成透明膜。同沉降法一样测定、计算分散度。本法不适用于可溶于有机溶剂中的粉尘和纤维状
19、粉尘。所用器材用前必须洁净，已制好的涂片标本应置玻璃平皿内保存。涂片标本粉尘粒子过密时，需加醋酸丁酯稀释后重新制作涂片标本。测量时的光学条件必须与标定目镜测微尺时一致；选择涂片标本中尘粒分布较均匀的部位进行测量。第五节 粉尘中游离二氧化硅的测定二氧化硅是地壳表面的主要成份，占地表总量的 3/4，主要存在花岗岩中。根据结构二氧化硅分为结合型二氧化硅和游离型二氧化硅，游离型二氧化硅有较强的致病作用。游离型二氧化硅是指没有与金属及金属氧化物结合的二氧化硅，常以结晶形态存在，化学式为 SiO2。石英中游离二氧化硅含量通常在97以上。粉尘中游离型二氧化硅的含量越高，则引起的病变程度越重，病变发展的速度越
20、快。如含游离型二氧化硅 70%以上的粉尘，往往形成以结节为主的弥漫性纤维病变，进展较快，且易融合；而含游离二氧化硅低于 10%时，肺内病变则以间质纤维化为主，发展较慢，且不易融合，粉尘中游离型二氧化硅是导致尘肺的关键因素。游离 SiO2 化学性质稳定，它是一种酸性氧化物，除可与氢氟酸反应外，具有良好的抗酸性；与热的强碱溶液，熔融的氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠作用转变成可溶性硅酸盐： SiO2 +Na2CO3 Na2SiO3 +C2SiO2 难溶于水；在 0.1mol/L 盐酸、0.4mol/L 氢氧化钠和 0.09mol/L 碳酸钠溶液中的溶解度分别为 4.5010-4mol/L、1.4210
21、-3mol/L、5.4510 -3mol/L。我国卫生标准根据粉尘中游离二氧化硅的不同含量，空气中粉尘浓度标准也不相同。目前测定粉尘中游离二氧化硅含量的方法有碱熔钼蓝光度法、焦磷酸质量法、X 线衍射测定法等。本节重点介绍焦磷酸质量法和碱熔钼蓝光度法。一、焦磷酸质量法1原理 在 245250 温度条件下，磷酸脱水生成焦磷酸： 2H3PO4 H4P2O7 + H2O焦磷酸与粉尘中的硅酸盐、金属氧化物作用，使之形成可溶性焦磷酸盐，而游离二氧化硅几乎不溶焦磷酸。将用热焦磷酸处理过的的粉尘样品溶液过滤，二氧化硅以残渣形式存在，称量残渣，以质量法测定游离二氧化硅含量。2采样（1）空气中悬浮粉尘：用直径 7
22、5 mm 的测尘滤膜，在呼吸带高度或离地面1.5 米处，以 1530L/min 的流速采样，采集 0.2 g 左右粉尘。（2）积尘：在采样地点，生产设备或其他物体上相当于呼吸带高度处采集沉降积尘约 1 g。3样品处理与测定（1）将采集的粉尘样品放在 1053 烘箱中干燥 2 h，稍冷，贮于干燥器中备用。如粉尘粒子较大，需要乳钵研磨至手捻有滑感为止。（2）准确称取 0.10.2 g 粉尘样品于锥形瓶或小烧杯中，加入磷酸、硝酸铵数，搅拌，使样品全部湿润，置可调电炉上，插好带有玻棒的 300 温度计，迅速加热到 245250 ，并不断搅拌，保持 15 min。（3）样品中如果含有煤、其他碳素及有机物
23、时，应在瓷坩埚中称量，置高温炉中，800900 灼烧 30 min 以上，使碳及有机物完全灰化，冷却后用少许磷酸分次将残渣洗入锥形瓶或小烧杯中，再进行步骤（2） 。（4）加热 15 min 后，由电炉上取下锥形瓶，在室温下冷却至 4050 ，将内容物缓慢倾倒入盛有 4050 ml 热蒸馏水（约 80 ）的烧杯中，一面倾倒一面搅拌，充分混匀，用热蒸馏水冲洗温度计、玻棒及锥形瓶或小烧杯数次，洗液一并倒入烧杯中，使最后体积为 150200 ml。（5）取慢速定量滤纸趁热过滤。（6）过滤后，用 0.1mol/L 盐酸、热水分别洗至滤出液中性。如用是用铂坩锅处理样品时，要洗至无磷酸根后再洗三次。上述过程
24、应在当日完成。（7）将带有残渣的滤纸折叠数次，放于已恒重的瓷坩埚中，在 80烘箱中烘干，再于电炉上炭化，然后放入高温炉（800900 ）中灼烧 30 min，取出，室温下稍冷后，放入干燥器中冷却 1 h，称至恒重并记录。当粉尘中含有难以被焦磷酸溶解的物质（如炭化硅、绿柱石、电气石、黄玉等）时，需用氢氟酸处理。将带有残渣的滤纸放入铂坩埚内，如步骤（7）灼烧至恒重，加入数滴 1:1 硫酸，使残渣全部湿润。然后加 40%氢氟酸 510 ml（在通风柜内） ，稍加热，使残渣中游离二氧化硅溶解，继续加热至不冒白烟为止（防止沸腾） 。再于 900 温度下灼烧，称至恒重。4计算 10(%)2WC式中，C (
25、%)为粉尘中游离二氧化硅的含量；W 1 为瓷坩埚（或锥形瓶或小烧杯）的重量，g；W 2 恒重后瓷坩埚与残渣的重量，g；W 为分析用粉尘样品的重量，g。5方法说明（1）焦磷酸溶解硅酸盐时温度不得超过 250 ，否则易形成胶状物。（2）酸与水混合时应缓慢并充分搅拌，避免形成胶状物。（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）用氢氟酸处理时必须在通风柜内操作，密切注意防止污染皮肤和吸入氢氟酸蒸气造成中毒。（5）用铂坩埚处理样品时，过滤残渣必须洗至无磷酸根反应，否则损坏铂坩埚。磷酸根检验方法如下：分别将 1%抗坏血酸溶液和钼酸铵溶液用醋酸盐缓冲液（pH = 4.1）稀释 1
26、0 倍，取滤过液 1 ml 加上述稀释试剂各 4.5 ml 混匀，放置 20 min，如有磷酸根离子则显蓝色。二、碱熔钼蓝光度法1原理 将粉尘与混合熔剂（等量的碳酸氢钠与氯化钠）混匀，加热至270300 时，碳酸氢钠转变成碳酸钠。继续加热至 800900 时，碳酸钠选择性地与粉尘中的游离二氧化硅反应，生成水溶性硅酸钠。在酸性环境中，水溶性硅酸钠与钼酸铵作用形成配合物，用还原剂将其还原成钼蓝。在 680 nm 下测定吸光度，用标准曲线法定量。 2NaHCO3Na2CO3 +H2O +C223 +Si2 a2Si3 2Na2SiO3 +8(NH4)2MoO4 +7H2O4 (NH4)2SiO3 8Mo3 +7(NH4)2SO4 +Na2SO4 +8H2O (H4)2i3 3 2S4 Mo25 32 Si3 4H4 2VitC2采样 同粉尘浓度测定的采样方法。3方法说明
