不同煤質(zhì)游離SiO2的含量與塵肺發(fā)病關(guān)系研究

顧飛飛，鄭玉橋，袁曉雨

(1. 華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 101601；2.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局職業(yè)安全衛(wèi)生研究中心，北京 102308)

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不同煤質(zhì)游離SiO2的含量與塵肺發(fā)病關(guān)系研究

顧飛飛1，鄭玉橋2，袁曉雨1

(1. 華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 101601；2.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局職業(yè)安全衛(wèi)生研究中心，北京 102308)

采用紅外分光法測定煤礦粉塵中游離SiO2含量。用回顧性流行病學(xué)方法對不同地區(qū)不同煤質(zhì)的15個(gè)煤礦的塵肺患病率進(jìn)行調(diào)查，探索不同煤質(zhì)煤塵中游離SiO2的含量與相應(yīng)塵肺患病率之間的關(guān)系。結(jié)果顯示無煙煤游離SiO2含量(%)均值為3.54±0.65；煙煤游離SiO2含量(%)均值為3.46±0.31；褐煤游離SiO2含量(%)均值為2.55±0.29。無煙煤、煙煤、褐煤煤礦工人塵肺患病率(%)均值分別為4.46，2.16,0.91。無煙煤煤礦接塵工人塵肺患病率明顯高于煙煤、褐煤煤礦工人(P<0.001)。煤工塵肺患病率以無煙煤礦最高，煙煤礦次之，褐煤礦最低。研究結(jié)果對預(yù)防煤礦塵肺病具有重要意義。在今后修訂煤塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，建議根據(jù)不同的煤質(zhì)制訂相應(yīng)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

紅外分光法；游離SiO2；塵肺病

2.NationalResearchCenterforOccupationalSafetyandHealth，Beijing，102308，China)

0 引言

塵肺病是工人在生產(chǎn)過程中由于長期吸入高濃度的粉塵而導(dǎo)致的以肺組織纖維化為主的一種疾病[1,2]，是我國影響工人健康最嚴(yán)重的職業(yè)病，占職業(yè)病的75%，該病是不可逆的。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)道，至2013年底，全國累計(jì)報(bào)告職業(yè)病833662例，其中累計(jì)報(bào)告塵肺病750300例。2013年新發(fā)職業(yè)病26393例，其中塵肺病23152例[3]。煤炭行業(yè)塵肺病危害尤為嚴(yán)重，占塵肺病病例總數(shù)的49%，而且新發(fā)塵肺病病人以每年1萬多人的速度不斷上升，發(fā)病形勢非常嚴(yán)峻。更為嚴(yán)重的是我國還有近100萬的0+無塵肺人員，構(gòu)成了龐大的塵肺病后備軍。嚴(yán)重的塵肺病危害，不僅給勞動(dòng)者健康造成損害，也給勞動(dòng)者、用人單位和國家造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。減少塵肺病發(fā)生、降低塵肺病危害是一項(xiàng)十分緊迫而艱巨的任務(wù)，對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展具有重要和深遠(yuǎn)的意義。

許多流行病學(xué)研究表明，塵肺發(fā)病率與煤的品位顯著相關(guān)，高品位煤的粉塵引起塵肺的發(fā)病率大大高于低品位煤的粉塵導(dǎo)致的塵肺發(fā)病率[4～6]。一般認(rèn)為礦物粉塵致肺纖維化能力的強(qiáng)弱主要取決于粉塵中游離SiO2的含量、粉塵的濃度及接觸時(shí)間，煤塵中游離SiO2是影響煤塵致病能力和引起煤工塵肺發(fā)生發(fā)展的重要因素[7～9]。目前，世界各國制定的煤塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)均未考慮到煤種的差異，在職業(yè)衛(wèi)生實(shí)際工作中通常使用一個(gè)煤塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)來評價(jià)不同煤種煤塵的危害程度。如我國現(xiàn)行的煤塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)定為10 mg/m3。因此，分析不同煤種游離SiO2的含量及引起煤工塵肺發(fā)病的情況，為加大個(gè)體防護(hù)、煤工塵肺防治和制定粉塵標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù)，是有效實(shí)施粉塵危害程度分級管理的前提和技術(shù)保證，對塵肺病發(fā)病機(jī)理的研究、降塵劑的研制以及預(yù)防和降低塵肺病的發(fā)生具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)室分析

1.1 研究對象

實(shí)驗(yàn)煤塵分別取自陜西省及重慶市的無煙煤礦、煙煤礦與褐煤礦，A1-A5礦所產(chǎn)煤煤種均為無煙煤；B1-B5礦所產(chǎn)煤煤種均為煙煤；C1-C5礦所產(chǎn)煤煤種均為褐煤。并收集采樣煤礦的塵肺病例。塵肺病診斷需是嚴(yán)格按照GBZ70-2009塵肺病診斷標(biāo)準(zhǔn)，具有診斷資質(zhì)醫(yī)院給出的診斷證明。

1.2 研究方法

收集15個(gè)煤礦不同煤種的煤塵樣品，用紅外分光光度法測定煤塵中游離Si02含量。用spss和excel統(tǒng)計(jì)軟件分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較不同煤礦煤種中煤塵的游離Si02含量，分析我國不同煤種游離SiO2含量百分含量分布。綜合分析比較不同煤質(zhì)游離SiO2含量與塵肺發(fā)病率的關(guān)系。用回顧性流行病學(xué)方法對不同地區(qū)不同煤質(zhì)的15個(gè)煤礦的塵肺患病率進(jìn)行調(diào)查，探索不同煤質(zhì)煤塵中游離二氧化硅的含量與相應(yīng)塵肺患病率之間的關(guān)系。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

α-石英在紅外光譜中于12.5 μm(800 cm-1)、12.8 μm(780 cm-1)及14.4 μm(694 cm-1)處出現(xiàn)特異性強(qiáng)的吸收帶，在一定范圍內(nèi)，其吸光度值與α-石英質(zhì)量成線性關(guān)系。通過測吸光度，進(jìn)行定量測定。

儀器試劑：瓷坩堝和坩堝鉗、箱式電阻爐或低溫灰化爐、分析天平，感量為0.01 mg、干燥箱及干燥器、瑪瑙乳缽、壓片機(jī)及錠片模具、紅外分光光度計(jì)。溴化鉀，優(yōu)越純或光譜純，過200目篩后，用濕式法研磨，于150℃干燥后，貯于干燥器中備用。無水乙醇，分析純。標(biāo)準(zhǔn)α-石英塵，純度在99%以上，粒度<5 μm。

根據(jù)測定目的，樣品的采集方法參見GBZ159和GBZ/T192.2或GBZ/T192.1。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

(1) 樣品處理

準(zhǔn)確稱量粉塵的質(zhì)量(m)。放在瓷坩堝內(nèi)，置于低溫灰化爐或電阻爐(小于600℃)內(nèi)灰化，冷卻后，放入干燥器內(nèi)待用。稱取250 mg溴化鉀和灰化后的粉塵樣品一起放入瑪瑙乳缽中研磨均勻后，連同壓片模具一起放入干燥箱(110℃±5℃)中10 min。將干燥后的混合樣品置于壓片模具中，加壓25 MPa，持續(xù)3 min，制備出的錠片作為測定樣品。同時(shí)，取空白濾膜一張，同樣處理，作為空白對照樣品。

(2) 石英標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

精確稱取不同質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)α-石英塵(0.01 mg～1.00 mg),分別加入250 mg溴化鉀，置于瑪瑙乳缽中充分研磨均勻，按上述樣品制備方法做出透明的錠片。將不同質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)石英錠片置于樣品室光路中進(jìn)行掃描，以800 cm-1、780 cm-1及694 cm-1三處的吸光度值為縱坐標(biāo)，以石英質(zhì)量(mg)為橫坐標(biāo)，繪制三條不同波長的α-石英標(biāo)準(zhǔn)曲線，并求出標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程式。在無干擾的情況下，一般選用800 cm-1標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析。

(3) 樣品測定

分別將樣品錠片與空白對照樣品錠片置于樣品室光路中進(jìn)行掃描，記錄800 cm-1(或694 cm-1)處的吸光度值，重復(fù)掃描測定3次，測定樣品的吸光度均值減去空白對照樣品的吸光度均值后，由α-石英標(biāo)準(zhǔn)曲線得樣品中游離二氧化硅的質(zhì)量(m1)。

(4) 計(jì)算

粉塵中游離二氧化硅的含量：

(1)

式中：W——粉塵中游離二氧化硅(α-石英)的含量%；

m1——測得的粉塵中游離二氧化硅的質(zhì)量g；

m——粉塵樣品質(zhì)量g。

2 實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果及分析

在梯度10 ug-50 ug-200 ug-400 ug-600 ug-800 ug-1000 ug之間取20個(gè)點(diǎn)， 根據(jù)選取的梯度，精確稱取不同質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)α-石英塵(采用美國標(biāo)準(zhǔn)石英1%：100 ug里含有1 ug石英),分別加入250 mg溴化鉀混合，置于瑪瑙乳缽中充分研磨均勻，按上述紅外分光法實(shí)驗(yàn)步驟中樣品制備方法做出透明的錠片。并用紅外分光光度計(jì)進(jìn)行掃描，記錄800 cm-1、780 cm-1及694 cm-1三處的吸光度值為縱坐標(biāo)，以石英質(zhì)量(mg)為橫坐標(biāo)，繪制三條不同波長的α-石英標(biāo)準(zhǔn)曲線，并求出標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程式。在無干擾的情況下，一般選用800 cm-1標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析。稱取的標(biāo)準(zhǔn)樣品中石英含量與紅外分光法測定的結(jié)果對應(yīng)峰值如表1所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)品中石英量與對應(yīng)峰值

樣品中含有的石英量(ug)峰值(cm-1)樣品中含有的石英量(ug)峰值(cm-1)22 10 02983280 4544 80 0276334 90 4454 50 0593505 10 692791 50 11945180 7232113 70 1503686 50 9306113 20 1565711 90 9679126 90 1344714 10 9639271 50 3567891 31 1937285 40 3665896 21 2235302 60 3972914 41 2211

R平方值是趨勢線擬合程度的指標(biāo)，它的數(shù)值大小可以反映趨勢線的估計(jì)值與對應(yīng)的實(shí)際數(shù)據(jù)之間的擬合程度，擬合程度越高，趨勢線的可靠性越高。其取值范圍在0～1之間，當(dāng)趨勢線的R平方值等于或接近于1時(shí)，其趨勢線擬合程度較高，可靠性最高，反之，則可靠性較低。紅外分光法標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合如圖1，其中R2=0.999，接近于1，說明趨勢線擬合程度較高，可靠性較高。標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為：y=0.0014x-0.0123。

圖1 紅外分光法標(biāo)準(zhǔn)曲線

按紅外分光法實(shí)驗(yàn)步驟，將采集的不同煤礦的煤塵樣品進(jìn)行分組，共計(jì)3組，每組5個(gè)礦煤塵均為同一煤種，每個(gè)礦樣品做2個(gè)平行樣，不同煤種游離SiO2百分含量結(jié)果如表2所示。

表2 三種不同煤質(zhì)煤礦游離SiO2含量%

煤礦煤種樣本數(shù)紅外分光法法測游離SiO2含量(%)A1-A5無煙煤103 54±0 65B1-B5煙煤103 46±0 31C1-C5褐煤102 55±0 29

對照標(biāo)準(zhǔn)曲線，經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，無煙煤游離SiO2含量最高為4.34%，最低為2.60%，平均3.54%；煙煤游離SiO2含量最高為4.00%，最低為3.12%，平均3.46%；褐煤游離SiO2含量最高為2.87%，最低為2.06%，平均2.55%。A1-A5的無煙煤煤礦游離SiO2含量測定結(jié)果為3.54±0.65，B1-B5的煙煤礦測定結(jié)果為3.46±0.31，C1-C5的褐煤礦測定結(jié)果為2.55±0.29。可見所產(chǎn)煤煤種為無煙煤的煤礦游離SiO2含量測定結(jié)果高于煙煤礦和褐煤礦。游離SiO2含量結(jié)果：無煙煤>煙煤>褐煤。

3 不同煤質(zhì)塵肺患病分析

(1)各煤礦塵肺情況

收集所采樣煤礦具有診斷資質(zhì)醫(yī)院給出的診斷證明的塵肺病例及該礦接塵總?cè)藬?shù)。錄入excel統(tǒng)計(jì)分析其患病率如表3所示。

表3 各個(gè)煤礦塵肺患病情況

煤礦煤種接塵人數(shù)塵肺人數(shù)塵肺患病率(%)A1無煙煤16584 85A2無煙煤356174 78A3無煙煤1334544 05A4無煙煤317185 68A5無煙煤20794 35B1煙煤38430 78B2煙煤397164 03B3煙煤256124 69B4煙煤1174282 39B5煙煤71140 56C1褐煤36071 94C2褐煤20910 48C3褐煤18310 55C4褐煤27910 36C5褐煤39030 77

圖2 不同煤種煤礦塵肺患病率

所采煤樣煤礦有小煤窯也有比較大的煤礦，其接塵人數(shù)、塵肺人數(shù)及塵肺患病率差異顯著。從上圖明顯看出無煙煤礦患病率普遍高于煙煤礦高于褐煤礦，塵肺患病率最高煤礦為A4無煙煤，患病率為5.68%，塵肺患病率最低煤礦為C4褐煤，患病率為0.36%。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比可得，游離SiO2含量高的煤種患病率大于游離SiO2含量低的煤種，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果及前人研究結(jié)果一致。

(2)不同煤種塵肺情況

三種不同類型煤種煤礦塵肺患病率如表4所示，經(jīng)卡方檢驗(yàn)，卡方值為26.237，P<0．001，三種不同煤質(zhì)煤礦塵肺患病率相互比較差異有高度顯著性。

表4顯示，無煙煤礦平均患病率最高，為4.46%，煙煤礦次之，為2.16%，褐煤礦患病率最低，為0.91%。即無煙煤礦的塵肺患病率最高，其次是煙煤礦，褐煤礦最低。對比上述結(jié)論得，游離SiO2含量高的煤種患病率大于游離SiO2含量低的煤種。經(jīng)卡方檢驗(yàn)，三種不同煤質(zhì)煤礦塵肺患病率相互比較差異有高度顯著性(P<0.001)。煤塵中游離SiO2含量高低，與其塵肺患病率的高低成正比，是影響塵肺病發(fā)病的一個(gè)重要因素。

表4 三種不同煤質(zhì)煤礦塵肺患病情況

煤種接塵人數(shù)塵肺人數(shù)塵肺患病率(%)褐煤1421130 91煙煤2922632 16無煙煤23791064 46

注3)：χ2=26.237，P<0.001。

4 結(jié)論

紅外分光法測定的無煙煤游離SiO2含量(%)均值為3.54±0.65；煙煤游離SiO2含量(%)均值為3.46±0.31；褐煤游離SiO2含量(%)均值為2.55±0.29。對應(yīng)無煙煤、煙煤、褐煤煤礦工人塵肺患病率(%)均值分別為4.46，2.16,0.91。無煙煤礦接塵工人塵肺患病率明顯高于煙煤、褐煤煤礦工人(P<0.001)，即游離SiO2含量高的煤種塵肺病患病率大于游離SiO2含量低的煤種。三種不同煤質(zhì)煤礦中，無煙煤礦作業(yè)場所游離SiO2濃度最高，其塵肺患病率也高于煙煤、褐煤約2～5倍，有顯著性差異(P<0.001)。不同煤種塵肺患病率的這種差異與文獻(xiàn)報(bào)道的基本一致。

塵肺病目前尚無有效治愈方法，降低塵肺病發(fā)病最根本的方法在于預(yù)防，從工人接觸最多最密切的工作場所來說，控制工作場所中煤塵量，即控制游離SiO2百分含量，是塵肺預(yù)防最根本方法。而這一方法如何實(shí)施，就需考慮不能煤礦煤種存在的差異，其煤塵中游離SiO2百分含量存在差異，就可能需要制定針對不同煤種的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步降低塵肺病的發(fā)病率。

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Research on the relation between pneumoconiosis incidence and the content of free silica in different coal qualities

GU Fei-fei1，ZHENG Yu-qiao2, YUAN Xiao-yu1

((1.SafetyEngineeringCollege,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Yanjiao, 101601,China;

Infrared spectrophotometric method is used to determinate the free silica content in coal dust. By means of retrospective epidemiological methods, the pneumoconiosis prevalence rate in different parts of 15 different coal mines is investigated, in order to explore the causal relationship between the free silica content in different coal dust of different coal quality and the corresponding pneumoconiosis prevalence rate. The results show that firstly anthracite free silica content (% ) is average for 3.54±0.65, bituminous coal free silica content (%) for 3.46±0.31, lignite free silica content (%) for 2.55±0.29. Secondly, the pneumoconiosis prevalence rates (%) of anthracite, bituminous and lignite coal mine workers are respectively 4.46, 2.16 and 0.91. Thirdly, anthracite coal mine workers are exposed to dust pneumoconiosis prevalence rate significantly higher than bituminous and lignite coal mine workers(P<0.001), the pneumoconiosis prevalence rate of anthracite coal mine workers is the highest, followed by bituminous coal mine workers and lignite coal mine workers. The result has great significance to prevent the occurrence of pneumoconiosis. In the next revision of coal dust hygiene standard, corresponding health standard is suggested to formulate according to different coal qualities.

infrared spectrometry; free silica; pneumoconiosis

2016-03-01

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助(3142015060)

顧飛飛(1991-)，女，安徽宿州人，華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：安全工程。E-mail：2315731867@qq.com

R135.2

A

1672-7169(2016)02-0056-05