如何测量材料中的二氧化硅?
测量和估算散装材料中的晶态二氧化硅(CS)及可吸入晶态二氧化硅(RCS)
简介
《工作健康与安全法规：关于晶态二氧化硅材料修正案（2024）》[1]将晶态二氧化硅材料 (Crystalline Silica Substances，CSS)定义为“含有至少 1%二氧化硅材料，其含量通过质量 浓度（w/w）计算”
法规中的晶态二氧化硅(CS)指的是二氧化硅的结晶同质异形体, 包括以下内容：
- Quartz （石英）
- Cristobalite （方石英）
- Tridymite （鳞石英）
- Tripoli （粉石英）
不同类型的二氧化硅及其同质异形体都有一个唯一的化学文摘系统编号 (Chemical Abstract System number，CAS No.) 和工作场所暴露标准 (Workplace Exposure Standard, WES)。因此了解其中存在的二氧化硅类型并使用成熟的分析技术测量它们的含量异常重要。
化学成分
Silica)
来源 : Safe Work Australia Workplace Exposure Standards
《工作健康与安全法规》第 529(A) & (B)条要求，当工作人员在工作场所中，会有较高风险
暴露于晶态二氧化硅且健康极其可能受到影响时，工作场所必须制定二氧化硅风险控制计划。
二氧化硅材料中的二氧化硅含量与其对健康的威胁，并非一一对应的关系，包含以下多种因素
• 散装二氧化硅材料中的二氧化硅同质异形体的含量
• 散装二氧化硅材料中所能释放到空气中的可吸入晶态二氧化硅的比例
• 工作人员所暴露空气中的可吸入晶态二氧化硅的数量
以上这些都需要通过某种形式的分析来量化其数据。
目的和适用范围
本文提供了量化散装材料或产品中晶态二氧化硅组成的技术参考。本指南的目的是为那些有责 任去准备安全数据表 (SDS）、评估晶态二氧化硅暴露风险或制定晶态二氧化硅风险控制计划 的人员提供帮助。它描述了测量散装材料中二氧化硅百分比的方法，以及在处理或搬运二氧化 硅材料时时可能释放的粉尘中的二氧化硅比例， 同时也是一种估算二氧化硅材料中可吸入粉 尘的方法。
为什么要进行晶态二氧化硅分析？ 根据 WHS 法规，当二氧化硅达到 1%的质量浓度时，就需要提供保护工人健康的控制措施。
在这些法规中，晶态二氧化硅指的是任何二氧化硅的的结晶同素异形体， 其中石英是天然和
人造二氧化硅材料的中最常见的同素异形体。
为什么要进行可吸入晶态二氧化硅分析？
全球化学品分类和标签系统 (Globally Harmonised System, GHS) 是目前在澳大利亚使用的 一种系统化的对工作场所危险化学品进行分类和标识的方法，并在商品标签和安全数据表 (SDS) 中使用。
虽然澳大利亚安全工作协会的危险化学品信息系统 (Hazardous Chemical Information System, HCIS) 没有关于可吸入二氧化硅专门列项，但它将石英 (quartz) 和方石英 (Cristobalite) 的危险等级指定为：
• 一类致癌物
• 针对特定器官在反复接触后的一类毒害物
在此系统下, 可吸入二氧化硅中的石英 (quartz) 和方石英(Cristobalite) 的含量需要在安全数
据表 (SDS) 和商品标签标明如下:
⚫ 如果 RCS >= 0.1% 致癌性 - 类别 1A 和危害声明 H350i
⚫ 如果 RCS >= 1% 且 <10% 急性毒性 - 类别 2 和危害声明 H373
⚫
如果 RCS >= 10% 急性毒性 - 类别 1 和危害声明 H372
AIOH 提供了关于各种常见晶态二氧化硅材料及其可能含有的二氧化硅同质异形体类型和含量 的指南。如果相关的安全数据表 (SDS) 中未声明，则需要通过实验室分析来确认这些信息。
谁可以进行晶态二氧化硅分析？
选择一个有能力且经验丰富的实验室进行化验分析对评估处理二氧化硅材料中风险至关重要。
AIOH 建议选择一个由 AS ISO/IEC 17025 或国家测试机构协会 (National Association of Testing Authorities, NATA) 认证的实验室进行可吸入粉尘和可吸入晶态二氧化硅 (RCS) 的 分析。如需获得这些实验室的相关信息，请登陆 www.nata.com.au。
从哪里开始？
确定产品或材料是否为二氧化硅材料的过程， 需要从与分析实验室讨论材料分析目的和方法 开始。不恰当的分析技术和方法可能导致严重的错误结果和分类。分析目的可能是：
⚫ 确定材料是否符合二氧化硅材料的定义
⚫ 在二氧化硅材料总中量化一种或多种同质异形体
⚫ 根据全球化学品分类和标签系统 (GHS) 的分类，编写合适的关于可吸入晶态二氧化硅的 安全数据表 (SDS)。
如何采集分析所需的样本？
合适的样本应具有代表性。通常来说散装材料需取样 50 克，而要获得代表性颗粒材料样本的 过程则比较复杂。ISO 14488 提供了关于采样颗粒材料样本的方法。如果产品中涉及多种材 料，建议与实验室协商后再进行采样。因为实验室会根据分析方法和目的的不同，对分析所需 样本的数量有特殊要求。工人造石材、瓷器、人造木材*和砖块等产品可能需要在分析前进行 特定的准备。
样品应存放在适合其大小和物理状态的袋子或容器中，并进行详细标识，以便之后的跟进。请
尽量提供有关样品来源的详细信息，如来源、收集方法、可能存在的二氧化硅同质异形体、形 成条件和任何加工历史。这些数据可以帮助识别样品中可能存在的变化和干扰，以便根据需要 使用不同的技术来处理样品。
*从 2024 年 7 月 1 日起，澳大利亚将全面禁止制造、供应、加工和安装由人造石材制作的台面、面板 和厚板。根据《工作健康与安全法规》第 529(D) 条，此禁令不适用于对于人造石材鉴别的取样和分 析。
有哪些分析方法可用于测量晶态二氧化硅的比例？
用于测量散装材料中常见的晶态二氧化硅同质异形体的分析方法已很成熟。
例如：
⚫ ISO 19087:2018 工作场所空气测试 通过傅里叶变换红外光谱法 (FourierTransform Infrared, FTIR) 分析可吸入晶态二氧化硅，其中涵盖石英 (quartz) 和方石英 (Cristobalite)。
⚫ SO/CD 6868 工作场所空气测试 通过 X 射线粉末衍射法 (XDR)测量散装材料中的石 英 (quartz) 和方石英 (Cristobalite)。
对于 X 射线衍射（XRD）或傅里叶变换红外（FTIR）光谱法是否适用于二氧化硅材料的具体 建议，请咨询 NATA 认证机构。选择方法的一个重要考虑因素是判定干扰物质的存在，包括
但不限于高岭石 (Kaolinite)、长石 (Feldspars)、白云母 (muscovite) 和一些其他硅酸盐矿物
（包括无定形二氧化硅）。实验室会根据物质的存在数量，建议合适的分析方法。
如何估算粉尘中的可吸入二氧化硅分子？
可以使用 Pensis 等人发表的的按大小称重判定可吸入分子法 (Size Weighted Respirable Fraction, SWeRF) 来测量粉尘中可吸入二氧化硅的浓度。SWeRF 方法使用斯托克斯沉降定律 (Sokes Law of sedimentation), 按分子大小分离粉尘中的可吸入和不可吸入颗粒。沉降时间
根据石英 (Quartz) 的密度 (约 2.65 g/cm³), 通过斯托克斯定律计算。沉降 (洗脱) 时间可能根 据实际情况有所不同，但需要至少收集 5 厘米厚的可吸入分子。可吸入分子经过过滤后，再 进行分析以确定可吸入二氧化硅中<75µm 分子。在通过 SWeRF 方法计算可吸入晶态二氧化 的比例时， >75µm 的分子质量也需要被考虑进去。如果材料中的 SWeRF 值>0.1% w/w 时，则必须根据安全工作澳大利亚的规定，在安全信息表 (SDS)中标明它的致癌性。
AIOH 建议在咨询 NATA 认证的实验机构和认证职业环境卫生师（COH）®后进行晶态二氧 化硅和可吸入晶态二氧化硅的分析和计算。