粉尘检测中拉曼光谱检测方案(激光拉曼光谱)

AID-application note 拉曼在粉尘检测领域的应用 引言 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三：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。红外分光光度法通过测量其吸光度进行测量，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同的振动频率，因此常作为物质识别的重要依据，具有无需样品制备、灵敏度高、重复性好等优势。便携式拉曼光谱技术的商品化也大大降低了工作成本，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，累计确诊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数。 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尤为重要。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 实验设备：“Finder One”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°；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。 图1 Finder One 微区激光曼曼光谱仪 结果分析 二氧化硅粉末样品拉曼特征峰位于129 cm，209 cm1， 265 cm°，393 cm1， 456 cm等。600-800cm°有2个强度较弱的窄带，属 Si-O-Si对称伸缩振动，100-600cm²属 Si-O弯曲振动5.6. A5样品99%以上为二氧化硅，其拉曼光谱图如图2所示 刚玉样品的拉曼光谱如图3所示 图2A5样品的拉曼光谱图如图 图3刚玉样品的拉曼光谱图如图 覆盖全国的销售服务网络为客户提供及时的技术支持和周到的服务： http：//www.zolix.com.cn 经试验验证发现，可以通过二氧化硅特征峰(465cm)，与刚玉样品拉曼特征峰(415cm)采取峰面积比法进行定量分析二氧化硅样样的含量，A1-A5样品的拉曼光谱如图4所示： 图4A5样品-空白样品的拉曼光谱对比图 采用峰面积比 A415/A465法处理数据，其拟合曲线如图4所示。 图4峰面积比法拟合曲线 从图中可以发现，随着二氧化硅含量的增加，峰面积比A415/A465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。 结论 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不的影响。拉曼光谱技术可以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大降低了工作成本，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。 ( [1]赵淑岚.二氧化硅粉尘检测与评价中的问题探讨[J].中国工业 杂 质，2016，29(5)：391-392. ) ( [2]陈和生，孙振亚，邵景昌，八种不同来源二氧化硅的红外光谱特征研究[].硅酸盐通报，2011，30(4)：934-937. ) ( [3]桑圣凯，周文正，刘兴鲁等.粉尘中游离二氧化硅的几点思考[J].中国卫生产业，2017，184-186. ) ( [4]吴玮涛，郑迪，王馨等.红外分光光度法测定矿尘中游离二氧化硅的含量方法探究[].安全论坛，2018，119：22-25. ) ( [5]李继红，林劲畅，董鹃等.“石林彩玉”的识别 与 鉴定[].山东农业大学学报，2017，48(6)：849-852. ) ( [6]陈木子.利用拉曼光谱快速无损鉴定翡翠[J].光谱实验室，2013，30(3)：1234-1237. ) 卓立现在 着眼未来上海：圳：都： 西安： 卓立汉光WWW.ZOiix.com.cn卓立现在 着 目眼未来北京总公司：北京市金桥产业基地联东U谷中试区( 电话：海：圳：都：西安： 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。红外分光光度法通过测量其吸光度进行测量，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同的振动频率，因此常作为物质识别的重要依据，具有无需样品制备、灵敏度高、重复性好等优势。便携式拉曼光谱技术的商品化也大大降低了工作成本，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。