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拉曼光谱在粉尘检验测试领域的应用研究
来源:雷火竞技app官网入口   上传时间:2024-04-03 22:32:42

  工作场所空气中含有大于10%游离二氧化硅的粉尘俗称矽尘,长期接触矽尘会导致矽肺,这是我国最为严重的职业病,职业性吸入结晶二氧化硅对人类具有致癌作用[1-4]。目前我国工作场所空气中粉尘游离二氧化硅含量测定方法有三种[1]:焦磷酸法(重量法)、红外分光光度法、X射线衍射法。焦磷酸质量法是现行使用的首选方法,因使用设备简单,易于操作而普遍采用,但该方法存在操作步骤繁琐、耗时长和误差不易控制等问题。红外分光光度法经过测量其吸光度做测量,只能应用于结晶型二氧化硅的含量,而且因仪器昂贵、操作要求高等原因,在基层很少应用。

  拉曼光谱是分子振动的指纹谱,不同的物质分子具有不一样的振动频率,因此常作为物质识别的重要依据,具有无需样品制备、灵敏度较高、重复性好等优势。便携式拉曼光谱技术的商品化也大幅度的降低了工作成本,使其在一线工作生产中作为粉尘定性、定量的快速检测分析手段成为可能。本文通过拉曼光谱仪定量分析二氧化硅粉尘样品,通过实验证明其在粉尘领域应用的可行性。

  游离二氧化硅按晶体结构分为结晶型(crystalline)、隐晶型(crypto crystalline)和无定型(amorphous)三种,晶体结构不同,致纤维化能力各异,依次为结晶型>隐晶型>无定型,职业卫生领域所称的“游离二氧化硅”是专指结晶二氧化硅。通常煤尘大小在5um以下时,这些煤尘的90%都将沉积于呼吸功能组织上,诸如气管、肺泡等,导致肺泡等部位形成充血反应,最终形成尘肺病。尘肺病较为严重时,会逐步恶化成为肺心病,极易导致死亡。因此,矿井煤尘已经对煤矿工人的健康构成巨大的威胁,是煤矿工人的主要职业病之一,也是危害中国工人健康最严重的职业病之一,累计确定诊出的病例总量居全国各行业首位,尘肺病年死亡人数远高于同期生产事故人数[4]。

  粉尘中游离二氧化硅的含量与尘肺癌的发生发展有着密切的关系,所以全面掌握并做好游离二氧化硅的含量监测,对于有效预防控制职业病的发生特别的重要。本文通过拉曼光谱仪定量分析二氧化硅粉尘样品,为粉尘检测提供新的检测技术与思路。

  实验设备:“FinderOne”微区激光拉曼光谱仪(北京卓立汉光仪器有限公司);激光光源为532nm,激光功率为10mw;采用点扫描方式,光栅为600g/mm,分辨率2cm-1;采用100倍显微物镜采集信号,积分时间为5s,累计次数3次。仪器如图1所示:

  样品:根据不同质量比配置的二氧化硅粉末、刚玉混合组分共5份,A1-A5二样化硅粉末含量依次为20%,40%,60%,80%,99%,刚玉样品1份作为对照样品。

  经试验验证发现,能够最终靠二氧化硅特征峰(465cm-1),与刚玉样品拉曼特征峰(415cm-1)采取峰面积比法进行定量分析二氧化硅样品的含量,A1-A5样品的拉曼光谱如图4所示:

  呈线性增加,因此,通过建立标准曲线,可以准确、高效的获得粉尘中二氧化硅含量。

  在各类施工场所中,粉尘中游离二氧化硅的含量如果超标,则可能给接触人员带来不利的影响。拉曼光谱技术能定量分析二氧化硅含量,便携式拉曼光谱技术的商品化也大幅度的降低了工作成本,使其在一线工作生产中作为粉尘定性、定量的快速检测分析手段成为可能,通过拉曼光谱技术实时、现场监控粉尘中游离二氧化硅含量的测定也就有了重要意义。

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