对个体呼吸性粉尘监测技术的认识与探讨
作者：煤矿安全生产网
2006-01-24 18:51
来源：煤矿安全生产网
对个体呼吸性粉尘监测技术的认识与探讨
目前我国各类矿山企业已达26万多家，从业人数达2000万人，到1995年止，全国矿产开采总量已达54亿吨之巨，为建国初期的90多倍。党和国家一直十分重视矿山的安全卫生工作，制定和颁布了一系列的法规和标准，但也应看到，我国矿山在安全和职业危害防治方面较发达国家还有不小的差距。其中，粉尘危害已成为困扰并阻碍我国矿业发展的一个最主要的工业卫生问题。全国近50万尘肺病患者，有三分之二分布在矿山。近年来，矿山新发生的尘肺病人数呈持续上升趋势，对广大矿工健康造成巨大威胁，每年给企业造成的经济损失已居整个矿山安全卫生危害之首。
进入九十年代以来，开展了一项测尘技术改革。在这项技术改革中，化学矿山行业一直率先参与了其试点和扩大试点、呼尘危害程度分级试点以及呼尘监测和危害程度分级的推广工作。通过化学矿山多年的努力和实践，使全系统已初步形成了监测网络，对监测，采样全过程有了一个较为科学、合理的工作流程和模式。笔者为一名从事化学矿山工业卫生管理人员，自始至终参与了这项测尘技术改革工作，现将我在这项工作中的心得和疑问，提请各位同行研究和讨论。
1对呼尘监测和危害程度分级工作的认识
尘肺病致病主要原因是人体吸入了能进入肺部的游离二氧化硅微粒。把凡能进入人体肺部的粉尘微粒，即粒径小于5μm的尘粒，称之为呼吸性粉尘；把不能进入人体肺部的其它尘粒，称为非呼吸性粉尘。60年代后期发达国家研制了把呼尘和非呼尘分开的两级粉尘采样器，从而发展成为控制呼尘浓度的粉尘防治技术，并相应地制定了呼尘浓度标准和呼尘监测方法。
我国现行的粉尘监测方法和粉尘浓度标准，没有把所采集的粉尘进行分级，故可称之为“常规全尘监测”及“常规全尘浓度”，其特点是利用空气过滤粉尘滤膜计重法采集全粉尘样品，以它代表作业空间环境的全粉尘浓度。其采样空气流量，现场一般是20~25L/min，采样时间要求大于10min。这种全尘监测体系是由矿山自己建站，自己监测，受行业主管部门领导检查，受同级或上级卫生行政部门指导监督。
个体呼尘监测则与常规全尘监测有着本质的不同，首先，它是进行个体监测采样，即：由作业场所的工人在上班进入产尘作业场所前佩戴好采样器，开机采样，采样时间为一个工班，因此所采得的样品，是代表作业场所作业工人接触呼尘的水平，这种随工人劳动而进行的跟踪监测，连续采样必然能比较客观地反映作业现场粉尘的实际情况和矿工的实际接尘水平。技术原理是用空气过滤阻尘滤膜计重法分级采集呼尘和非呼尘；监测体系是采用“矿山采样，集中分析”，即矿山采集的有效样品，必须由经过计量认证，并得到有关上级单位资格认可和授权的粉尘监测单位进行呼尘浓度和游离二氧化硅等项目的测定。改变了自己监测的方式，这必然使其真实性更高、更准确。另外，矿山个体呼尘监测是由专职人员负责技术，管理人员负责组织，生产工人具体实施。这样监测的每一个环节能够有机配合，使其更科学严谨。
个体呼尘监测与常规全尘监测有着本质的不同，根据化学矿山的具体实践，我们认为；呼尘监测是监测致病粉尘，因此，它比全尘监测更科学更可靠，更有利于对工人接尘量测算，从而对作业工人进行有效的健康监护。
在实施个体呼尘监测之后，为加强呼尘危害的控制及针对呼尘危害程度有重点地进行粉尘危害防治，劳动部又开展了矿山粉尘危害程度分级管理试点。这一试点是在建立新的矿山呼吸粉尘控制控制管理新标准的基础，对不同矿山按其危害程度实行分级管理和分级监督检查，集中力量、重点治理那些接尘人数多，粉尘浓度高、尘肺发病严重的作业场所，利用技术和管理等手段预防尘肺病的发生，从而使矿山的粉尘危害控制管理工作逐步走向科学化、系统化的轨道。
2对呼尘监测工作中一些技术问题的探讨
2.1个体呼尘采样器的有关技术要求一个体呼尘采样器必须具备以下基本特性：
2.1.1 能够根据我们规定的呼吸性粉尘标准曲线，分离出呼吸性粉尘并将其单独采集。我们将这部分粉尘的收集效率与粉尘的粒子大小制定了一种对应关系曲线，即“呼吸性粉尘标准曲线”。我国暂采用英国医学研究委员会（BMIC）所制定的标准曲线，简称“B”曲线。为了使采样器达到合乎要求的分离性能，采样器必须具有合理的吸尘分离装置并按规定的标准曲线分离出呼尘。
2.1.2有足够可靠的采样流量及容尘量，并能避免呼尘与非呼尘的交混，在收集滤膜上粉尘逐渐增加所引起抽气阻力增加时，其流量亦不发生明显变化。
2.1.3充电简便可靠，能保证仪器稳定连续运行一个工班以上。仪器的尺寸要小，重量要轻，以便于作业工人佩戴。在恶劣的工作环境下，能防潮、防震、防腐蚀及防爆，坚固耐用。仪器的维修要简便，各主要部件能够换修。
当前，国产个体采样器的性能和质量已较过去有了明显提高，但是仍存在不少问题，其中包括分离效率和容尘量、稳定的采样流量、充电电池的性能和采样器维修等等。如果这些问题得不到较满意的解决，必然影响准确地评价作业环境中总的浮尘状态和个体采样方法的推广使用。
2.2粉尘中游离二氧化硅的测定方法问题
过去我国在常规全尘监测中对粉尘中游离二氧化硅含量的测定是采用焦磷酸重量法。1991年，劳动部在开展呼尘监测试点中选用了两种物理方法来测定呼吸性粉尘中游离二氧化硅的含量，即X线衍射法和红外分光法。经过几年的试点工作，我们认为，对于呼尘质量浓度检测，一般比较容易达到要求，而对呼尘中游离二氧化硅会计师的分析，由于新的物理方法在国内开展的时间较短，各实验室使用的规程又有一些差异，在我国还没有制定统一的分析质量控制考核标准，因此还存在许多问题。
焦磷酸重量法的精确度（相对标准偏差）是±6%，灵敏度为10μg，它不适用于对呼尘和存在某些稳定的二氧化硅氧化物的分析，也不能用于三种游离二氧化硅多晶形物和石英玻璃分析测定。
X线衍射法，其精确度为±10%，灵敏度为5μg，云母，长石等若干矿物对这种方法有干扰，其衍射峰取决于受测微粒的粒度，因此，分析前必须预先除去有干扰的矿物。
红外分光光度法，其精确度和灵敏度相同于X线衍射法，这种方法也受若干矿物如云母、长石（不包括闪石）的干扰，吸收频率的强度亦取决于微粒的粒度，因此，也必须预先除去有干扰的矿物。
以上这三种方法，都是世界卫生组织（WHO）所推荐的方法。其中X线衍射法和红外分光光度法的灵敏度和精确度差不多，都易受干扰，X线衍射法价格昂贵，一般实验室不可能也不必要装备这种仪器。但在非煤矿山中却规定使用 X线衍射法来分析呼尘，这种规定不利于呼尘监测网络的形成及发挥地区监测站的作用；二是势必造成样品长途邮寄，给监测工作带来困难；三是非煤矿矿山就是指除煤矿以外的所有矿山，包含矿物及矿物周围的围岩，在开采过程中所产生的粉尘组份千差万别，规定只能使用一种方法来检测未免偏颇。另外，X线衍射分析的准确性主要依赖于克服质量吸收的影响，目前已有许多质量校正的方法，如在样品和标样中同时加入氧化钙内标剂，有的以各种金属衬底标准等种种校正方法，使用这些方法都能使样品中基质物对X线的衰减得到校正。但是若不进行质量吸收校正，其定量的范围很窄，特别是在粉尘样品中含有较多重金属元素时（如多金属硫铁矿的样品），对定量分析将产生很大影响。因此，使用X线衍射法分析二氧化硅必须进行质量校正。
石英标准样是影响X线衍射法分析游离二氧化硅的另一关键。有的资料说明。在同一种滤膜上，用相同量的两种石英标准样来测定现场样品，其所得的结果误差竟可达300%以上，这是由于石英标准粒度分布不同，所产生的X线衍射也必然有显著的差异。理想的石英标准是其粒度分布基本合乎呼尘粒度分布，并具有良好的结晶性能。因此，有关单位必须对这一问题予以重视，使各试验室应该使用统一的石英标准，以减少因此而造成的分析结果的差异。
2.3关于滤膜问题呼尘是沉积在滤膜上面的，在采用X线衍射法进行粉尘分析时，无论是进行系列标样衍射峰积分强度测定，或是对试样中游离二氧化硅的定量测定，样品滤膜对分析的准确性都有重大影响。目前，国内外所使用的滤膜品种很多，按制造滤膜的材质区分，有银滤膜、各类聚氯乙烯或聚脂类滤膜、下班纤维滤膜。其中从分析粉尘中游离二氧化硅的角度看，银滤膜最理想。这是因为银滤膜具备两种特性，一是作为粉尘样品的载体；二是由于银滤膜的背景很低，基线平滑，从而成为分析粉尘中游离二氧化硅（石英）的最理想材料。但是，这种滤膜价格昂贵，且目前在国内还不易买到，因此，在实际工作中未能采用。目前，常用的是有机纤维滤膜，这类滤膜的缺点是普遍存在背景较高、基线噪声较大等不足，这就必然会影响分析的准确性。
对于滤膜的认识，有的资料中提到：对于矿山呼尘试样而言，其样品重量往往很小，因而“其分布在滤膜上可以近似地看作粉尘颗粒既微细又互不叠加或尘层极薄”。其实这种观点是值得商榷的，原因是除因滤膜的材质直接影响背景的高低和基线和基线的平滑而造成分析误差较大外，滤膜的表面物理特性也会对衍射分析产生重大影响。国内一些研究单位的试验表明，用同一种标准石英沉积在不同种类滤膜上，所测得的单位质量石英的X线衍射强度值可相差两倍以上。这是由于，有的滤膜其表面比较粗糙，这种粗糙的表面往往有很多、很大的孔穴（有的孔穴直径可达100μm），这样就会使得游离二氧化硅粒子有可能深陷到这种大孔穴中，造成二氧化硅在滤膜上的分布不一致，重叠严重（而不是想象中的粉尘颗粒既细微又互不叠加！），由于二氧化硅粒子隐入滤膜表面的孔穴之中，滤膜必然会对石英粒子产生屏蔽作用。目前，我国使用的聚氯乙烯滤膜表面非常粗糙，这种滤膜的优点是载尘量大，粗粉尘在滤膜上容易附着，适于采样。由于粗糙表面的滤膜在进行X线衍射时存在上述问题，因此在分析前，需要把粉尘重新沉积在表面较为光滑的微孔滤膜上，以尽量使分析结果准确。
3结语
个体呼吸性粉尘监测及危害程度分级，是一项正在我国推行的测尘改革，通过几年来在化学矿山的各类试点和推广，证明它比全尘监测更科学、可靠，能对接尘作业工人进行有效的健康监护。但是，在试点和推广工作中，也发现有许多关键技术总是需要突破，其中最主要的有国产个体呼尘采样器的性能问题；游离二氧化硅的测定方法问题；滤膜的材质及性能问题等等。对于这些问题至今还没有一个肯定的统一的认识，只有迅速地解决这些问题，才能使新的个体呼尘监测取代常规全尘监测，才能利用对呼尘监测确定各个矿山以及矿山内部各各车间、工作面的危害程度，从而达到对不同危害程度的地段、不同程度的接兰人员进行有针对性的管理和监督，达到分级管理、重点治理，利用技术和管理手段减少和预防尘肺病的发生，确保劳动者的健康。
目前我国各类矿山企业已达26万多家，从业人数达2000万人，到1995年止，全国矿产开采总量已达54亿吨之巨，为建国初期的90多倍。党和国家一直十分重视矿山的安全卫生工作，制定和颁布了一系列的法规和标准，但也应看到，我国矿山在安全和职业危害防治方面较发达国家还有不小的差距。其中，粉尘危害已成为困扰并阻碍我国矿业发展的一个最主要的工业卫生问题。全国近50万尘肺病患者，有三分之二分布在矿山。近年来，矿山新发生的尘肺病人数呈持续上升趋势，对广大矿工健康造成巨大威胁，每年给企业造成的经济损失已居整个矿山安全卫生危害之首。
进入九十年代以来，开展了一项测尘技术改革。在这项技术改革中，化学矿山行业一直率先参与了其试点和扩大试点、呼尘危害程度分级试点以及呼尘监测和危害程度分级的推广工作。通过化学矿山多年的努力和实践，使全系统已初步形成了监测网络，对监测，采样全过程有了一个较为科学、合理的工作流程和模式。笔者为一名从事化学矿山工业卫生管理人员，自始至终参与了这项测尘技术改革工作，现将我在这项工作中的心得和疑问，提请各位同行研究和讨论。
1对呼尘监测和危害程度分级工作的认识
尘肺病致病主要原因是人体吸入了能进入肺部的游离二氧化硅微粒。把凡能进入人体肺部的粉尘微粒，即粒径小于5μm的尘粒，称之为呼吸性粉尘；把不能进入人体肺部的其它尘粒，称为非呼吸性粉尘。60年代后期发达国家研制了把呼尘和非呼尘分开的两级粉尘采样器，从而发展成为控制呼尘浓度的粉尘防治技术，并相应地制定了呼尘浓度标准和呼尘监测方法。
我国现行的粉尘监测方法和粉尘浓度标准，没有把所采集的粉尘进行分级，故可称之为“常规全尘监测”及“常规全尘浓度”，其特点是利用空气过滤粉尘滤膜计重法采集全粉尘样品，以它代表作业空间环境的全粉尘浓度。其采样空气流量，现场一般是20~25L/min，采样时间要求大于10min。这种全尘监测体系是由矿山自己建站，自己监测，受行业主管部门领导检查，受同级或上级卫生行政部门指导监督。
个体呼尘监测则与常规全尘监测有着本质的不同，首先，它是进行个体监测采样，即：由作业场所的工人在上班进入产尘作业场所前佩戴好采样器，开机采样，采样时间为一个工班，因此所采得的样品，是代表作业场所作业工人接触呼尘的水平，这种随工人劳动而进行的跟踪监测，连续采样必然能比较客观地反映作业现场粉尘的实际情况和矿工的实际接尘水平。技术原理是用空气过滤阻尘滤膜计重法分级采集呼尘和非呼尘；监测体系是采用“矿山采样，集中分析”，即矿山采集的有效样品，必须由经过计量认证，并得到有关上级单位资格认可和授权的粉尘监测单位进行呼尘浓度和游离二氧化硅等项目的测定。改变了自己监测的方式，这必然使其真实性更高、更准确。另外，矿山个体呼尘监测是由专职人员负责技术，管理人员负责组织，生产工人具体实施。这样监测的每一个环节能够有机配合，使其更科学严谨。
个体呼尘监测与常规全尘监测有着本质的不同，根据化学矿山的具体实践，我们认为；呼尘监测是监测致病粉尘，因此，它比全尘监测更科学更可靠，更有利于对工人接尘量测算，从而对作业工人进行有效的健康监护。
在实施个体呼尘监测之后，为加强呼尘危害的控制及针对呼尘危害程度有重点地进行粉尘危害防治，劳动部又开展了矿山粉尘危害程度分级管理试点。这一试点是在建立新的矿山呼吸粉尘控制控制管理新标准的基础，对不同矿山按其危害程度实行分级管理和分级监督检查，集中力量、重点治理那些接尘人数多，粉尘浓度高、尘肺发病严重的作业场所，利用技术和管理等手段预防尘肺病的发生，从而使矿山的粉尘危害控制管理工作逐步走向科学化、系统化的轨道。
2对呼尘监测工作中一些技术问题的探讨
2.1个体呼尘采样器的有关技术要求一个体呼尘采样器必须具备以下基本特性：
2.1.1 能够根据我们规定的呼吸性粉尘标准曲线，分离出呼吸性粉尘并将其单独采集。我们将这部分粉尘的收集效率与粉尘的粒子大小制定了一种对应关系曲线，即“呼吸性粉尘标准曲线”。我国暂采用英国医学研究委员会（BMIC）所制定的标准曲线，简称“B”曲线。为了使采样器达到合乎要求的分离性能，采样器必须具有合理的吸尘分离装置并按规定的标准曲线分离出呼尘。
2.1.2有足够可靠的采样流量及容尘量，并能避免呼尘与非呼尘的交混，在收集滤膜上粉尘逐渐增加所引起抽气阻力增加时，其流量亦不发生明显变化。
2.1.3充电简便可靠，能保证仪器稳定连续运行一个工班以上。仪器的尺寸要小，重量要轻，以便于作业工人佩戴。在恶劣的工作环境下，能防潮、防震、防腐蚀及防爆，坚固耐用。仪器的维修要简便，各主要部件能够换修。
当前，国产个体采样器的性能和质量已较过去有了明显提高，但是仍存在不少问题，其中包括分离效率和容尘量、稳定的采样流量、充电电池的性能和采样器维修等等。如果这些问题得不到较满意的解决，必然影响准确地评价作业环境中总的浮尘状态和个体采样方法的推广使用。
2.2粉尘中游离二氧化硅的测定方法问题
过去我国在常规全尘监测中对粉尘中游离二氧化硅含量的测定是采用焦磷酸重量法。1991年，劳动部在开展呼尘监测试点中选用了两种物理方法来测定呼吸性粉尘中游离二氧化硅的含量，即X线衍射法和红外分光法。经过几年的试点工作，我们认为，对于呼尘质量浓度检测，一般比较容易达到要求，而对呼尘中游离二氧化硅会计师的分析，由于新的物理方法在国内开展的时间较短，各实验室使用的规程又有一些差异，在我国还没有制定统一的分析质量控制考核标准，因此还存在许多问题。
焦磷酸重量法的精确度（相对标准偏差）是±6%，灵敏度为10μg，它不适用于对呼尘和存在某些稳定的二氧化硅氧化物的分析，也不能用于三种游离二氧化硅多晶形物和石英玻璃分析测定。
X线衍射法，其精确度为±10%，灵敏度为5μg，云母，长石等若干矿物对这种方法有干扰，其衍射峰取决于受测微粒的粒度，因此，分析前必须预先除去有干扰的矿物。
红外分光光度法，其精确度和灵敏度相同于X线衍射法，这种方法也受若干矿物如云母、长石（不包括闪石）的干扰，吸收频率的强度亦取决于微粒的粒度，因此，也必须预先除去有干扰的矿物。
以上这三种方法，都是世界卫生组织（WHO）所推荐的方法。其中X线衍射法和红外分光光度法的灵敏度和精确度差不多，都易受干扰，X线衍射法价格昂贵，一般实验室不可能也不必要装备这种仪器。但在非煤矿山中却规定使用 X线衍射法来分析呼尘，这种规定不利于呼尘监测网络的形成及发挥地区监测站的作用；二是势必造成样品长途邮寄，给监测工作带来困难；三是非煤矿矿山就是指除煤矿以外的所有矿山，包含矿物及矿物周围的围岩，在开采过程中所产生的粉尘组份千差万别，规定只能使用一种方法来检测未免偏颇。另外，X线衍射分析的准确性主要依赖于克服质量吸收的影响，目前已有许多质量校正的方法，如在样品和标样中同时加入氧化钙内标剂，有的以各种金属衬底标准等种种校正方法，使用这些方法都能使样品中基质物对X线的衰减得到校正。但是若不进行质量吸收校正，其定量的范围很窄，特别是在粉尘样品中含有较多重金属元素时（如多金属硫铁矿的样品），对定量分析将产生很大影响。因此，使用X线衍射法分析二氧化硅必须进行质量校正。
石英标准样是影响X线衍射法分析游离二氧化硅的另一关键。有的资料说明。在同一种滤膜上，用相同量的两种石英标准样来测定现场样品，其所得的结果误差竟可达300%以上，这是由于石英标准粒度分布不同，所产生的X线衍射也必然有显著的差异。理想的石英标准是其粒度分布基本合乎呼尘粒度分布，并具有良好的结晶性能。因此，有关单位必须对这一问题予以重视，使各试验室应该使用统一的石英标准，以减少因此而造成的分析结果的差异。
2.3关于滤膜问题呼尘是沉积在滤膜上面的，在采用X线衍射法进行粉尘分析时，无论是进行系列标样衍射峰积分强度测定，或是对试样中游离二氧化硅的定量测定，样品滤膜对分析的准确性都有重大影响。目前，国内外所使用的滤膜品种很多，按制造滤膜的材质区分，有银滤膜、各类聚氯乙烯或聚脂类滤膜、下班纤维滤膜。其中从分析粉尘中游离二氧化硅的角度看，银滤膜最理想。这是因为银滤膜具备两种特性，一是作为粉尘样品的载体；二是由于银滤膜的背景很低，基线平滑，从而成为分析粉尘中游离二氧化硅（石英）的最理想材料。但是，这种滤膜价格昂贵，且目前在国内还不易买到，因此，在实际工作中未能采用。目前，常用的是有机纤维滤膜，这类滤膜的缺点是普遍存在背景较高、基线噪声较大等不足，这就必然会影响分析的准确性。
对于滤膜的认识，有的资料中提到：对于矿山呼尘试样而言，其样品重量往往很小，因而“其分布在滤膜上可以近似地看作粉尘颗粒既微细又互不叠加或尘层极薄”。其实这种观点是值得商榷的，原因是除因滤膜的材质直接影响背景的高低和基线和基线的平滑而造成分析误差较大外，滤膜的表面物理特性也会对衍射分析产生重大影响。国内一些研究单位的试验表明，用同一种标准石英沉积在不同种类滤膜上，所测得的单位质量石英的X线衍射强度值可相差两倍以上。这是由于，有的滤膜其表面比较粗糙，这种粗糙的表面往往有很多、很大的孔穴（有的孔穴直径可达100μm），这样就会使得游离二氧化硅粒子有可能深陷到这种大孔穴中，造成二氧化硅在滤膜上的分布不一致，重叠严重（而不是想象中的粉尘颗粒既细微又互不叠加！），由于二氧化硅粒子隐入滤膜表面的孔穴之中，滤膜必然会对石英粒子产生屏蔽作用。目前，我国使用的聚氯乙烯滤膜表面非常粗糙，这种滤膜的优点是载尘量大，粗粉尘在滤膜上容易附着，适于采样。由于粗糙表面的滤膜在进行X线衍射时存在上述问题，因此在分析前，需要把粉尘重新沉积在表面较为光滑的微孔滤膜上，以尽量使分析结果准确。
3结语
个体呼吸性粉尘监测及危害程度分级，是一项正在我国推行的测尘改革，通过几年来在化学矿山的各类试点和推广，证明它比全尘监测更科学、可靠，能对接尘作业工人进行有效的健康监护。但是，在试点和推广工作中，也发现有许多关键技术总是需要突破，其中最主要的有国产个体呼尘采样器的性能问题；游离二氧化硅的测定方法问题；滤膜的材质及性能问题等等。对于这些问题至今还没有一个肯定的统一的认识，只有迅速地解决这些问题，才能使新的个体呼尘监测取代常规全尘监测，才能利用对呼尘监测确定各个矿山以及矿山内部各各车间、工作面的危害程度，从而达到对不同危害程度的地段、不同程度的接兰人员进行有针对性的管理和监督，达到分级管理、重点治理，利用技术和管理手段减少和预防尘肺病的发生，确保劳动者的健康。
