职业卫生与职业医学实验

**部分 验证性实验 实验一 生产环境空气中有害物质的监测 项目一 生产环境空气中有害物质测定的采样方法与设计 案例1-1 某制鞋厂位于某市工业园区，主要生产大底、中底、包跟等半成品，有十余年生产历史。该工厂的工人主要分布在大底产、叠包跟生产、跟底组合生产、中底生产和包跟包中底生产五个生产车间，经调查，甲苯为主要职业危害因素。甲苯接触机会主要集中在去渍、刷胶、喷漆、贴海绵、贴无帆布、涂硬化剂、涂面油、打蜡等生产环节，图1-1为跟底组合工艺流程，图1-2为叠包跟工艺流程。五个车间近期人员变动不大，岗位设置和生产制度基本稳定无重大变化。该厂直接生产工人人数110人，分别在五个生产车间作业，一共存在17个直接接触甲苯的岗位，接触人数28人。 图1-1 跟底组合工艺流程及主要接触甲苯岗位 图1-2 叠包跟工艺流程及主要接触甲苯岗位问题： （1）在监测制鞋厂职业有害因素暴露情况时，通过现场调查和询问等方法收集需要哪些资料？ （2）根据上述资料，进行作业环境甲苯的监测，应该采用何种采样方法，其依据是什么？ （3）根据上述资料，设计该鞋厂甲苯监测的采样方案。 作业环境空气中有害物质监测的采样方法和设计十分重要，它决定检测结果的真实性和可靠性。而空气样品的采集过程中受影响因素较多，尤其是环境因素和人为因素的影响比较大，采样现场情况复杂，控制起来比较困难，需要掌握规范的作业环境空气中有害物质样品的采集方法与采样设计；熟悉采样的仪器及其应用。 1. 空气中有害物质的存在状态 各种毒物由于其物理和化学性质不同，以及职业活动条件的不同，在工作场所空气中的存在状态是不一样的，一类以气体或蒸气状态存在，另一类以液体或固体颗粒状态（气溶胶状态）分散于空气中。了解掌握毒物在空气中的存在状态，是正确选择采样方法、确保采样检测准确的重要保障。 （1）气态和蒸气态：以分子形式分散在大气中的有害物质称气态或蒸气态物质。进入大气的气态或蒸气态物质，通常均以单分子状态存在，并同空气分子随意混合，随大气流动而流动。但它们在大气中的扩散情况，在一定程度上还取决于比重。比重较大气小的物质（如CH4）向上飘浮；反之（如Hg）则向下沉降。①有的物质在常温下就是气体，如CO、SO2、NOx和Cl2等；②有的在常温下是液体，但可蒸发或挥发到大气中，如Hg、C6H6等；③有的是固体，但由于熔点低，挥发性大，也易进入大气，如C6H5OH、酚类等。 以气态或蒸气态存在于空气中的毒物，基本上不受重力的影响。分子状态的毒物能随气流以相等速度流动，在采样时，能随空气进入收集器，不受采样流量大小的影响；在收集器内，能迅速扩散入收集剂中被采集（吸收或吸附）。 （2）气溶胶：有害物质以固体微粒或液体微粒分散于空气中的分散系称气溶胶。气溶胶按存在形式又可分为雾、烟、尘三类。①雾为液态，由气体蒸发至空气后遇冷凝聚而成；②烟为固态，由固态物质受热蒸发到空气后遇冷凝聚而成，如铅烟、铜烟等，粒径比雾小，在1μm以下；③尘是固态物质因机械粉碎或爆破时产生的微粒，能长期悬浮于空气中，如铅尘等，粒径较大，从1μm到数十微米。 由于气溶胶颗粒有重力的影响，特别是比重大、粒径大的颗粒，在采样时，需要一定的采样流量，才能克服重力的影响，有效地采入收集器内。 2. 大气中有害物质浓度的表示方法 空气中有害物质浓度表示方法基本上有如下两种。 （1）重量浓度：指每立方米容积空气中有害物质的质量，以毫克／立方米（mg／m3）或微克/升（μg／L）表示，适用于各种状态（气态和气溶胶态）。它与气温、气压的变动无关，且与我国大气中有害物质*高容许浓度所规定的单位一致，因而使用较普遍。 （2）体积浓度：指每立方米大气中有害物质的毫升数，即ml／m3。因为1m3等于1×106ml，故通常将ml/m3这个单位用百万分数（ppm）表示。它仅适用于气态物质。体积浓度受气温、气压的影响。因此，ppm浓度必须遵循规定的气温和气压条件。 另外，还有ppb和ppt。这也是体积浓度表示方法的一种，它们之间的关系是1ppm=1000ppb，1ppb=1000ppt；也有用体积百分数（%）表示，它和ppm的关系是１% =10 000ppm。 当有害物质为气态或蒸气态时，质量浓度和体积浓度可以互相换算。ppm和mg/m3之间的互换公式如下 1mg/m3=M×1ppm/22.4 L/mol 1ppm=1mg/m3×22.4L/mol÷M 式中，M为被测物质的分子量（g/mol）。 大气中有害物质浓度以单位体积大气中所含的有害物质的量表示。由于空气的体积随温度、气压变化而变化，因此，需按下式换算成标准状况下的空气体积。 式中，V0为标准状态下的空气体积；Vt为在温度为t℃、大气压力为Pt下所采集的空气体积。 3. 空气样品的采集 空气样品的采集，直接关系到分析结果的可靠性。因此，正确的采样方法是保证做好空气监测、分析工作的重要组成部分。采样方法和采样仪器的选择，决定于被测物质在空气中的存在状态、浓度和分析方法的*低检出限等多种因素。 （1）采样方法 1）直接采样法（集气法）：当空气中有害物质浓度较高，而测定该物质所用方法的*低检出限甚微［采集少量空气（１L以下）已足够分析方法所需］时，则可直接采取少量空气供分析用。 A. 塑料袋采集样品：用塑料或铝箔袋连接一个特制的带活塞的橡皮球，在现场采集空气样品于袋中，并用乳胶帽堵住口。本法仅适用于采集不活泼的气体如CO等，且采样后应尽快分析（图1-3）。 图1-3 集气袋 图1-4 注射器 　　B. 注射器采集样品：即用注射器取空气样后，用乳胶帽堵住口。本法操作简单，适用于采取有机溶剂如苯等，采样体积一般不大于100ml（图1-4）。 C. 用真空袋或真空容器采集，可用于部分无机气体、非活性气体的采样。 2）浓集采样法（浓缩法）：空气中有害物质的浓度一般都很低，用直接采样法所得的样品进行分析，往往不易检出，因而常采用能采取大量气体的浓集采样法。 A. 溶液吸收法：主要用于吸收以气态和蒸气态，以及部分气溶胶状态存在的有害物质。 a. 目的：当空气通过装有吸收液的吸收管时，有害物质分子被阻留在吸收液中，因而能同时达到采集空气和浓集有害物质的目的。 b. 吸收原理：当空气通过适当的吸收液时，在气泡和吸收液的界面上，有害物质分子由于溶解作用或化学反应能很快地进入吸收液中；同时，处于气泡中间的气体分子，由于运动速度很大，也能迅速地扩散到气液界面上而被吸收。因而整个吸收过程能很好地完成。各种气体吸收管就是根据上述原理设计的。 c. 常用的吸收液：水、水溶液和有机溶剂等。例如，氟化氢、氯化氢易溶于水，可用水作吸收液。吸收液的选择是溶液吸收法获得高采样效率的关键，必需根据待测物的理化性质及所用测定方法来选择。理想的吸收液应是理化性质稳定，在空气中和采样过程中自身不会发生变化；挥发性小，能够在较高气温下经受较长时间采样，没有显著的挥发损失；具有专一性吸收，仅仅吸收或主要吸收待测物，不吸收或很少吸收共存物；吸收效率高，能迅速溶解待测物或与待测物起化学反应，或两种作用兼有；适合于采样后的测定操作，*好是吸收液本身就是显色剂，边采样边显色。例如，用盐酸萘乙二胺作吸收液测定氧化氮、硝酸银吸收液测定硫化氢等。 d. 选择吸收液时应考虑到以下几点：被测物质在吸收液中的溶解度大，且具有足够的稳定时间；吸收液价廉易得；有利于进一步分析测定。 B. 滤纸和滤膜阻留法：对烟和粉尘状固体气溶胶的采集方法，是使空气通过装有滤纸滤膜的采样夹，此时颗粒被阻留在滤料表面。该法主要用以采取尘粒状气溶胶，如烟和总悬浮颗粒物。当空气通过滤纸或滤膜时，尘粒即被阻留。因而也能同时达到采集空气和浓集尘粒的目的。常用的滤纸和滤膜有一般定量滤纸、玻璃纤维滤膜和有机的化学纤维滤膜等。膜的选择，要求不含待测物质，或待测物质含量低而分布均匀；阻留效率高；同时在采样过程中阻力小，不致产生堵塞现象。为此，在采样前，应常根据目的和要求对滤膜进行预处理。 C. 固体吸附剂阻留法：空气通过装有固体吸附剂的采样管时，有害物质被固体吸附剂吸附而被浓集。固体吸附剂有颗粒状吸附剂和纤维状吸附剂两种。 常用的颗粒状吸附剂有硅胶、活性炭、素陶瓷和分子筛等。它们是多孔性物质，具有较大的比表面积，对气体和蒸气有极强的吸附作用。同时尘粒在多孔性气路中因惯性碰撞而被阻留。因此，用固体颗粒状吸附剂采样，在气体和尘粒共存时，有时是个较好的采样方法。采样完后，再选择适当的溶剂，将被测物质洗脱下来；如为有机蒸气，也可用加热吹气法解析，然后进行分析测定。 3）被动采集：有扩散和渗透两种原理类型。被动采集方法不需抽气泵和流量计，依靠被测气体分子扩散采集到样品，有徽章式和笔式两种（图1-5）。体积小，重量仅几克至30g，可戴于作业人员领口或胸前，适合于个体采样，可以采集一个工作日的样品。 4）直读式检测仪：应用化学和物理学原理制成的各种测定仪器和检测器，可在作业场所直接显示空气中被测化学物浓度，有的还有自动记录浓度变化和报警装置。根据测试原理可分为以下几种：①光学气体检测仪，如CO检测仪；②热化学气体检测仪，如可燃气体甲烷、乙炔、汽油等测爆仪；③电化学气体检测仪，如SO2检测仪；④检气管和比色试纸，利用空气中被测物与某种化学试剂反应产生颜色的原理制作而成。 目前，直读式检测仪应用日益广泛。实时测量可以迅速了解作业现场，如狭窄性空间，是否存在可疑的有害物，以便立即采取措施。一些直读式检测仪比较小，携带非常方便，但往往只能检测一种有害气体，如CO或H2S。一些直读式检测仪比较复杂，可以同时检测几种有害气体。通常，这些仪器的检测灵敏度低于实验室检测，但已经足够识别能引起任何急性危害的水平，在预防急性中毒方面非常有效。 （2）采样仪器：空气收集器和采样器的性能和规格，应符合GB/T17061和JJG956、JJG520等检定规程的要求。下面介绍浓集采样法采样仪器结构组成。该空气采样用的仪器由收集器、流量计和抽气动力三部分组成。 1）收集器：根据有害物质在空气中存在的状态，选择适当的收集器。常用的有液体吸收管、固体采样管、滤膜及采样头等。这里重点介绍以下几种收集器。 A. 气泡吸收管：分大小两种形式（图1-6），可装2～10ml吸收液，以0.2～2（0.5）L/min流量采样。外管下部缩小，使吸收液的液柱增高，以增加采样空气与吸收液的接触面积和接触时间，使化学性有害物质被吸收完全。为了获得良好的吸收效果，一般将两支吸收管串联采样。 图1-6 气泡吸收管 B. 多孔玻板吸收管（玻砂吸收管）：分为普通和U形两种（图1-7），普通多孔玻板吸收管可盛5～10ml吸收液，以0.2～2L/min流量采样；U形多孔玻板吸收管可盛5ml吸收液，以0.1～1L／min流量采样。两者均可用以吸收气态、蒸气态和雾态物质。粗管底部有一片用玻砂烧结的滤板。空气自细管进入吸收管，自下向上通过玻砂滤板时，在吸收液中形成大量细小的气泡，增加了空气与吸收液的接触面积，使吸收完全（采样时，空气通过吸收液的阻力应符合以下要求：当装入5ml水，并以0.5L/min流量抽气时，压差应为30～50mmHg①）。 C.冲击式吸收管（图1-8）：内装5～10ml吸收液，以3L/min流量采样，主要用于采集粉尘和烟。它的采样效率主要取决于尖嘴大小及其与瓶底的距离。 图1-7 多孔玻板吸收管 图1-8 冲击式吸收管 D. KC-8301B可吸入颗粒采样器：在可吸入颗粒采样头上按操作步骤依次装上圆环和图片玻纤