拉曼光譜在粉塵檢測領(lǐng)域的應(yīng)用

引言

工作場所空氣中含有大于10%游離二氧化硅的粉塵俗稱矽塵，長期接觸矽塵會導致矽肺,，這是我國為嚴重的職業(yè)病,，職業(yè)性吸入結(jié)晶二氧化硅對人類具有致癌作用^[1-4]。目前我國工作場所空氣中粉塵游離二氧化硅含量測定方法有三種^[1]：焦磷酸法（重量法）,、紅外分光光度法,、X射線衍射法。焦磷酸質(zhì)量法是現(xiàn)行使用的shou選方法,，因使用設(shè)備簡單,，易于操作而普遍采用，但該方法存在操作步驟繁瑣,、耗時長和誤差不易控制等問題,。紅外分光光度法通過測量其吸光度進行測量，只能應(yīng)用于結(jié)晶型二氧化硅的含量,，而且因儀器昂貴,、操作要求高等原因，在基層很少應(yīng)用,。

拉曼光譜是分子振動的指紋譜,，不同的物質(zhì)分子具有不同的振動頻率，因此常作為物質(zhì)識別的重要依據(jù),，具有無需樣品制備,、靈敏度高、重復(fù)性好等優(yōu)勢,。便攜式拉曼光譜技術(shù)的商品化也大大降低了工作成本,，使其在一線工作生產(chǎn)中作為粉塵定性,、定量的快速檢測分析手段成為可能。本文通過拉曼光譜儀定量分析二氧化硅粉塵樣品,，通過實驗證明其在粉塵領(lǐng)域應(yīng)用的可行性,。

分析

游離二氧化硅按晶體結(jié)構(gòu)分為結(jié)晶型（crystalline）、隱晶型（crypto crystalline）和無定型（amorphous）三種,，晶體結(jié)構(gòu)不同,，致纖維化能力各異，依次為結(jié)晶型＞隱晶型＞無定型,，職業(yè)衛(wèi)生領(lǐng)域所稱的“游離二氧化硅”是專指結(jié)晶二氧化硅,。通常煤塵大小在5um以下時，這些煤塵的90％都將沉積于呼吸功能組織上,，諸如氣管,、肺泡等，導致肺泡等部位形成充血反應(yīng),，終形成塵肺病,。塵肺病較為嚴重時，會逐步惡化成為肺心病,，易導致死亡,。因此，礦井煤塵已經(jīng)對煤礦工人的健康構(gòu)成巨大的威脅,，是煤礦工人的主要職業(yè)病之一，也是危害中國工人健康嚴重的職業(yè)病之一,，累計確診病例總量居全國各行業(yè)*,，塵肺病年死亡人數(shù)遠高于同期生產(chǎn)事故人數(shù)^[4]。

粉塵中游離二氧化硅的含量與塵肺癌的發(fā)生發(fā)展有著密切的關(guān)系,，所以全面掌握并做好游離二氧化硅的含量監(jiān)測,，對于有效預(yù)防控制職業(yè)病的發(fā)生尤為重要。本文通過拉曼光譜儀定量分析二氧化硅粉塵樣品,，為粉塵檢測提供新的檢測技術(shù)與思路,。

實驗

實驗設(shè)備：“Finder One”微區(qū)激光拉曼光譜儀（北京卓立漢光儀器有限公司）；激光光源為532nm,，激光功率為10mw,；采用點掃描方式，光柵為600g/mm,，分辨率2cm^-1,；采用100倍顯微物鏡采集信號，積分時間為5s,，累計次數(shù)3次,。儀器如圖1所示：

圖1  Finder One微區(qū)激光拉曼光譜儀

樣品：根據(jù)不同質(zhì)量比配置的二氧化硅粉末,、剛玉混合組分共5份，A1-A5二樣化硅粉末含量依次為20%,，40%,，60%，80%,，99%,，剛玉樣品1份作為對照樣品。

結(jié)果分析

二氧化硅粉末樣品拉曼特征峰位于129 cm^-1,，209 cm^-1,，265 cm^-1，393 cm^-1,，456 cm^-1等,。600-800cm^-1有2個強度較弱的窄帶，屬Si-O-Si對稱伸縮振動,，100-600cm^-1屬Si-O彎曲振動^{[5, 6]},。

A5樣品99%以上為二氧化硅，其拉曼光譜圖如圖2所示

圖2  A5樣品的拉曼光譜圖如圖

剛玉樣品的拉曼光譜如圖3所示

圖3  剛玉樣品的拉曼光譜圖如圖

經(jīng)試驗驗證發(fā)現(xiàn),，可以通過二氧化硅特征峰（465cm^-1）,，與剛玉樣品拉曼特征峰（415cm^-1）采取峰面積比法進行定量分析二氧化硅樣品的含量，A1-A5樣品的拉曼光譜如圖4所示：

圖4  A5樣品-樣品的拉曼光譜對比圖

采用峰面積比法處理數(shù)據(jù),，其擬合曲線如圖4所示,。

圖5  峰面積比法擬合曲線

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著二氧化硅含量的增加,，峰面積比呈線性增加,，因此，通過建立標準曲線,，可以準確,、的獲得粉塵中二氧化硅含量。

結(jié)論

在各類施工場所中,，粉塵中游離二氧化硅的含量如果超標,，則可能給接觸人員帶來不利的影響。拉曼光譜技術(shù)可以定量分析二氧化硅含量,，便攜式拉曼光譜技術(shù)的商品化也大大降低了工作成本,，使其在一線工作生產(chǎn)中作為粉塵定性、定量的快速檢測分析手段成為可能,，通過拉曼光譜技術(shù)實時,、現(xiàn)場監(jiān)控粉塵中游離二氧化硅含量的測定也就有了重要意義。

參考文獻

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