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布鲁克全新台式D6 PHASER应用报告系列(二)——监测二氧化硅粉尘含量

更新时间:2023-12-14点击次数:601

粉尘有害健康

二氧化硅(SiO2)是一种既存在于天然界又可以人工合成的化学物质,普遍地分布于地球上,既是土壤和岩石的典型成分,也存在于铸造材料或混凝土中。经发现,长期吸入结晶二氧化硅粉尘的职业人群易患肺病或其他呼吸道疾病。因此,二氧化硅粉尘(或称游离二氧化硅)继石棉之后成为易引起职业呼吸病的第二大致病源。而从事矿业、硅藻土、花岗岩、陶器、耐火砖、建筑和铸造等行业的工人较易长时间接触这种带有二氧化硅粉尘的工作环境。在这些行业和工作环境中,应避免接触可吸入二氧化硅,以减小相应的健康风险。几个国家的有影响力机构已经制定了相关的规章和接触二氧化硅粉尘的限值,并依此来监测二氧化硅粉尘的浓度。具体措施是对过滤后的空气颗粒进行采样并用X射线仪器进行测试,相应的程序需按国家标准进行管理,国家标准包括NIOSH 7500、OSHA ID-142、 MSHA P-2等等。

D6 PHASER有效监测粉尘

D6 PHASER型X射线衍射仪可以区分结晶性二氧化硅的多种晶型(比如石英、方石英和磷石英等),并可以使用适当的方法对其晶型、物相含量进行定量分析。D6 PHASER仪器通过使用功率高达1200 W的X射线发生器,结合高通量Sollar狭缝和动态光束优化系统,可将监测和定量极限推到极低的含量(图1)。因此,D6 PHASER衍射仪针对二氧化硅粉尘的监测具有高灵敏度和快速分析等优点。

▲图1. D6 PHASER配备可变发散狭缝(VDS)、动态光束优化系统(DBO)、电动防空气散射屏(MASS)和LYNXEYE XE-T探测器。

DIFFRAC. DQUANT软件用于执行符合标准的漂移校正、评估未知数,并将结果直接报告给实验室的LIMS系统或内部仪器数据库。它支持NIOSH 7500要求的吸光度校正或MSHA要求的分段校准。

在DQUANT  V2版本中,是使用信号峰的积分拟合面积来确定强度(图2)。信号峰的Kα 1和Kα 2信号使用 Split Pseudo-Voigt函数同时精修 (以考虑峰不对称),并使用线性背景。对多次制备并测试同一标准样品来消除校准标准中的异常样品。在这个例子中没有应用吸收校正,因为它会影响较高的浓度的测试,而本研究的目的是探测D6 PHASER对二氧化硅测试可以达到的定量下限(LOQ)。

▲图2. X射线强度随各样品二氧化硅浓度的变化而变化。

图中显示了NIST标准的100、50、20、10和5μg样品(每次石英峰扫描时间1.5分钟)。5μ样品(红色曲线带符号)曲线可以从背景(虚线)中分离出来,说明仪器对二氧化硅的探测限至少高于5μ,优于NIOSH 7500要求检测限20μg。

校准结果(图3)全部符合NIOSH标准的要求。曲线的零点偏移量为0.4μg(允许±5 μg)。本例的定量限(LOQ)约为5μg。理论上来说,可以通过增加测量时间来进一步减小误差。然而,由于沉积在采样过滤器上的材料非常少,抽样误差可能比计数统计数据所显示的要高。

▲图3. DIFFRAC. DQUANT制作的标准曲线显示出高线性。

根据DIN和IUPAC标准估计的定量限约为5μg。(数据采集采用D6 PHASER 的1200kW的Cu靶辐射发生器,不使用K β滤波片,4°高通量Soller狭缝,主可变发散狭缝(恒定照明模式,15mm宽),电动防空气散射屏。在高分辨率模式下,LYNXEYE XE-T检测器在25.741 ~ 27.433°的2Theta的扫描范围内测量了二氧化硅峰,总测试时间为96秒。)

 

-转载于布鲁克X射线部门公众号

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