布鲁克 ALPHA II FT-IR光谱仪对煤矿粉尘的分析
2024-08-12
布鲁克 ALPHA II FT-IR光谱仪可检测并定量分析煤矿粉尘中的有害二氧化硅。这种方法可实现粉尘的快速分析，从而长期改善矿工的工作环境。
一、煤矿粉尘 – 潜在健康风险
矿工在工作中暴露于不同的呼吸危害中。硅尘是主要呼吸危害因素之一。粉尘中含有可吸入的结晶二氧化硅，会引发癌症或硅肺病等肺部疾病。
二、煤尘的FTIR分析
当前煤矿粉尘的样品采集和制备过程冗长而繁琐，不利于对过量暴露作出快速反应。
因此，需要开发一种更快更简单的方法。它可以使用红外光谱法直接测量来自于滤膜基质的样品。二氧化硅的临界值为每立方米吸入空气100ug。这意味着仪器必须能够测定极低浓度的二氧化硅含量，并且该方法必须能够区分样品与容纳样品的PVC滤膜。
三、安全生产需要卓越的分析能力
带透射模块的ALPHA II FT-IR光谱仪
布鲁克 ALPHA II FT-IR光谱仪非常适合这一目的。在一项使用ALPHA II进行的研究中，在PVC滤膜上分析了15个样品。二氧化硅含量为3-231 µg，碳尘含量为0.1-0.4 mg。碳尘样品的谱图以4 cm-1的光谱分辨率进行记录。
纯PVC滤膜（红色）以及带有1.299 mg煤炭/70 mg二氧化硅（蓝色）和3.982 mg煤炭/230 mg二氧化硅（黑色）的PVC滤膜的谱图。
图中所示为带有二氧化硅和碳尘的PVC滤膜的谱图。830 ~ 760 cm-1波段的谱带属于二氧化硅和碳尘谱带。它们不与PVC滤膜的谱带重叠。但1036、543和473 cm-1处的碳和二氧化硅谱带与PVC谱带重叠。
因此，使用偏最小二乘（PLS）模型对二氧化硅和碳含量进行初始化标定。利用布鲁克OPUS Quant 2软件包进行PLS分析。该软件包允许自动优化模型。经确定，1485-405 cm-1波段的一阶导数加矢量归一化，对于处理特定数据集是最佳的方法。
二氧化硅的交叉验证预测值vs.实际值（左）；煤炭的交叉验证预测值vs.实际值（右）
上图所示为煤碳与二氧化硅的交叉验证结果。即使如此小的样本集也实现了精确的校准，煤炭的测定系数（R2）为95.61，二氧化硅的测定系数为97.13。这一有限的样本数据集表明，布鲁克ALPHA II-T仪器可对煤尘样品进行透射光谱分析。参考资料[3,4]中描述了利用更大数据集进行的详细分析。
四、结论
布鲁克ALPHA II-T FTIR光谱仪可以用于PVC滤膜上的煤尘中碳和二氧化硅的定量分析。由于该方法灵敏度高，他可以对低于规定的吸入限值的二氧化硅进行快速定量。
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