萧达辉1李涵1李波平1宋武元1钟志光1肖前1

摘要 本文采用偏光显微镜法鉴别空气粉尘中的微量石棉纤维。经滤膜收集的粉尘样品通过高温灰化及酸洗过程去除大部分干扰物质，经乙醇分散后均匀沉积在玻璃片上，滴加具有固定折射率的浸油制成试片。在正交偏光系统下观察到粉体中存在纤维状颗粒，且纤维呈现四次平行消光特性，比对6种常见石棉的偏光显微镜图，综合分析试样粉尘的光学性质，推断样品中含有温石棉。

关键词 偏光显微；空气；石棉纤维

Application of Polarizing Microscopy Method for Identification of Asbestos Fiber in Air Dust

XIAO Da-Hui1LI Han1LI Bo-Ping1SONG Wu-Yuan1ZHONG Zhi-Guang1XIAO Qian1

Abstract In this paper, the micro asbestos fibers in air dust were identified by polarizing microscope. The dust samples collected by the filter membrane were treated by high-temperature ashing followed by acid washing to remove most interference substances. After being dispersed by ethanol, the dust samples was uniformly deposited on glass sheet to prepare test piece by dripping impregnation liquid with certain refractive index． The fibrous particles were observed in powder under orthogonal polarization system． Moreover，the fibers exhibited the characters of quartic parallel extinction. Compared with the polarizing microscope spectra of six kinds of common asbestos, the optical properties of sample dust were analyzed comprehensively, and it was shown that the sample contained chrysotile asbestos.

Keywords Polarizing light microscope(PLM)；air；asbestos fibers

引言

石棉是一种变形岩，是纤维状硅质矿物质的总称。由于石棉独特的耐高温、耐腐蚀及绝缘等特性，自19世纪70年代起就被广泛使用。常用的石棉分为温石棉和角闪石棉两大类，温石棉是石棉中产量最多的一种，约占消费量的95%，被广泛用于建筑和工业防火、保温、隔音；角闪石棉主要包括铁石棉、透闪石、阳起石、青石棉、直闪石等[1]。一般工业上使用的石棉纤维直径约为8～50 μm。

但随着应用范围的不断扩大，人们意识到长期接触石棉纤维会给人体健康带来严重伤害。直径为0.5～5 μm、长径比大于3的石棉纤维可进入肺泡，导致石棉肺、肺癌和胸膜间皮瘤等严重疾患[1-3]。石棉是国际公认的致癌物，因此发达国家都已建立相应的法规、标准和管理制度，全面禁止使用这种危险性物质[4-5]。由于石棉纤维状粉尘的危害，在我国职业卫生强制性标准GBZ 2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素》[6]中，将工作场所的石棉列为G1（明确致癌物），对其含量提出了严格要求：石棉粉尘浓度时间加权平均浓度≤0.8 mg/m3，石棉纤维≤0.8 f/ml[6]。

温石棉(Mg6[(OH)4Si2O5]2)与角闪石石棉（青石棉(Na2Fe5[Si4O11]2(OH)2)、铁石棉((MgFe)7[Si4O11]2(OH)2)、直闪石((MgFe)7[Si8O22](OH)2)、透闪石(Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2)和阳起石(Ca2（MgFe)5[Si4O11]2(OH)2)，化学成分主要为硅、氧、氢、钠、镁、钙和铁等元素，与常见硅酸盐相似[4,7]，给石棉准确鉴别造成一定困难。测试石棉的方法很多，主要采用的技术路线有相差显微镜法（PCM）、偏光显微镜法（PLM）、扫描电镜能谱仪分析法（SEM-EDS）、电子探针法（TEM）、X射线衍射法（XRD）等，而由于石棉的危害主要在于石棉纤维，PLM的分析优势是针对各向异性有矿物纤维鉴别，且操作简便，对石棉的判别直观，设备价格及使用成本较低，便于推广，被英国、澳大利亚、荷兰、美国等作为主要的石棉检测设备[7-10]。

目前，PLM是检测制品/材料中石棉的主流方法，但对空气粉尘中石棉检测鲜有采用PLM，而是以PCM为主，如ASTM D7200、ASTM D7201、NIOSH 7400、GBZ/T 192.5等[11-14]。以我国GBZ/T 192.5-2007为例，采用的方法原理是用滤膜采集空气中石棉纤维粉尘，滤膜经透明固定后在相差显微镜下计数石棉纤维数[14]。相差显微镜通常是在黑白背景下观察纤维形貌的存在，以纤维的数量确定石棉的数量浓度数值，单位为根每立方厘米（f/cm3）。因方法的限制，相差显微镜无法准确确定该纤维属于哪种石棉，也无法排除假阳性的干扰。而偏光显微镜法是根据晶体的均一性和异向性，利用光的偏振效应和晶体的光学性质制定的一种鉴定、研究矿物的方法，利用偏光显微镜观察并测定矿物晶体形态、解理和各项光学特征（折光率、干涉色、双折射、色散、延性、颜色、多色性、反射率、轮廓、突起、糙面、贝克线、消光角等），可快速鉴定矿物纤维的类别。偏光显微镜法用于石棉鉴定，有灵敏度高、方法简便、测试快速、结果直观可靠、投入少等优点[15]。本文拟采用偏光显微镜法，用滤膜采集空气中的石棉纤维粉尘，滤膜经处理后，加入特定的石棉纤维对应的折射率浸油，扫描载片，利用形态学的光学特性进行粉尘中石棉类别的鉴定。

1  实验部分

1.1 设备及耗材

偏光显微镜，DM2700P，德国 Leica；粉尘采样器，IFC-2防爆型，北京市劳动保护科学研究所；测尘滤膜，中国盐城银河科技；有证折射率浸油，折射率（25 ℃）1.5500、1.6050、1.6300、1.6400、1.6800、1.700，美国CARGILLE；石棉参考物质，HSL031，英国HEALTH  SAFETY LABORATORY。

1.2采样

对于偏光显微镜法鉴定固体中石棉，通常只需几毫克的样品即可满足要求，但考虑到材料的均匀性，以及测试样品的代表性，取样会增加至几百毫克。对于空气中石棉检测而言，需要选择石棉风险较高的区域进行采样。尽管通常情况下可以认为待测场所的空气中石棉含量是均匀的，但在实际操作中有部分区域的粉尘较高。在有天花板吊顶或带防火、隔热材料的场所，由于吊顶、隔热材料存在石棉的风险较高，若这类材料因维修、重建等原因，材料以及所包含的石棉纤维暴露于空气中的风险剧增；若在有覆盖包装/包裹材料的情况下，部分包装件破损面积明显大于其他包装件的局部区域应作为重点采样区域。

在石棉含量风险较高的区域布点，采用8 h定点连续采样，采用流量2 L/min进行空气采样。当工作场所石棉纤维浓度不高时，可选择多张滤膜采样后合并滤膜；当工作场所石棉纤维浓度高时，可缩短每张滤膜的采样时间或及时更换滤膜。采样结束后，小心取下采样头，取出滤膜，使受尘面向上放入滤膜盒中。

1.3 样品处理

为达到实用的目的，商业材料中有意加入石棉的质量分数一般高于0.1%，然而在空气中其含量进一步稀释后，采用偏光显微镜法进行检测有一定难度，所以要将采集后的滤膜进行处理，将滤膜中的石棉粉尘进行富集。

通常测尘滤膜的成分为聚偏氯乙烯，由于石棉的耐热温度高，热处理不会影响任何石棉品种组成，采用高温灰化的方式去除有机材料，实现收集到的粉尘纤维富集是最为常用的做法。采用高温灰化方式富集粉尘在去除滤膜基体的同时，可将滤膜中连同潜在石棉粉尘一并采集到的有机纤维，如蜘蛛网和羊毛等光学性质与石棉类似的其他纤维干扰物进行去除。考虑到测尘滤膜的成分，选择带粉尘的滤膜的灰化温度为485 ℃，时间为3 h，去除有机成分。

在某些情况下，滤膜中还收集到重量占比较高的其他矿物纤维，如石灰石、方解石等，由于矿物纤维多是各向异性，若残留于样品中会干扰石棉测定而造成假阳性。滤膜经高温灰化去除有机物质后，滤膜收集到的石灰石、方解石等矿物纤维依然存在。为去除此类矿物纤维对后续测定的干扰，将灰化处理后的样品置于2 mol/L盐酸中约15 min，稍微搅拌去除基质成分，以提高识别和量化石棉的能力。由于酸处理石棉的折射率略有降低，为避免影响后续的PLM测试，对酸洗后的样品不要在温度超过60 ℃的情况下进行烘干，或置于载波片上风干。

2  结果与讨论

2.1 石棉标准样品的偏光显微镜图

选择石棉参考物质（HSL031）进行测试，用偏光显微镜观测标准样品的消光和多色性，依据不同石棉的外貌形态及光学性质（延性、多色性、吸收性、分散色、消光性、双折色折射率及消光角）的差异进行石棉判别。为突出不同双折射物质的差异，选择插入530 nm延迟板，使相互垂直的偏振光产生附加的光程差，把不同波长的光分开，使各种色差更为明显，如表1所示。

2.2 实际样品分析

取约5 mg处理好的粉末样品，置于10 mL比色管中,加入约3 mL无水乙醇，超声分布均匀，将洁净的载玻片置于80 ℃电热板上，吸取0.5～1.0 mL混有试样粉末的乙醇混浊试液，涂布在载玻片上，待乙醇完全挥发后取下载玻片，自然冷却。在样品表面小心地滴加浸油，盖上盖玻片，操作时尽量保证粉末试样在盖玻片下分布均匀、厚度适中，避免出现颗粒重叠、堆积以及产生气泡。

将处理后的样品放在显微镜载片上，盖上载玻片，结合不同种类石棉匹配已知折射率的浸油。由于温石棉的使用概率远高于其他石棉，可首选折射率为1.550 浸油作为折射率油准备载片。在单偏光的状态下（单独插入起偏器或检偏器），检查镜像中是否有纤维状物质的存在，如果未发现纤维状物质，扫描移动载物台观察其他镜像，若在任何镜像中都没有发现纤维，证明样本不含石棉。

如果发现纤维，旋转移动载物台观察镜像中纤维状物质是否有消光现象。若所有纤维是各向同性的，如玻璃纤维、矿棉等纤维常见的导致假阳性干扰物质，因材料各向同性，转动移动载物台并未出现如石棉等各向异性纤维特有的消光现象，证明镜像样品中不含石棉。随后，扫描移动载物台观察其他镜像，如果在任何镜像中都没有发现存在消光行为的纤维，证明样本不含石棉。若镜像存在消光行为的纤维，说明样品中含有各向异性的矿物纤维，如石棉。

若发现存在消光行为的纤维，下一步就是确证石棉的存在以及分析石棉种类。选择正交偏光的状态下（同时插入起偏器及检偏器），在显微镜下的旋转样品转台旋转样品，观察颜色和颜色变化，与石棉参考物质的PLM行为进行比对，确认是何种石棉纤维。显微镜载物台旋转360 °，样品纤维出现4次消光现象，消光位置与上、下偏光镜的振动方向接近平行，初步确定该纤维为各向异性的矿物纤维。随着载物台的转动，镜像中纤维在1.550浸油中呈蓝紫色与黄色交替变换（见图23），比对温石棉参考物质PLM图（图1～2），样品形貌及光学特征较符合温石棉特征。为进一步确认，插入530 nm延迟板，转动样品台，镜像中纤维在1.550浸油中呈亮紫色与亮黄橙色交替变换（见图24），与温石棉参考物质PLM图（图3～4）相符，判断样品中检出温石棉，推断空气粉尘中含有温石棉。

3  结语

采用偏光显微镜法（PLM）测定空气中的石棉，分析石棉的光学性质主要从延性、多色性、吸收性、分散色、消光性、双折色折射率及不同石棉的消光角，结合石棉纤维特征进行综合判定[15]。此方法克服了过去无法准确确定石棉成分的缺陷，避免了假阳性的判断，快速、准确地测定空气中的石棉及其种类，且操作方法简便、设备及测试成本低廉，适合在工作场所推广应用。

基金项目：国家重点研发计划课题(2016YFF0203705)

第一作者 ：萧达辉(1979-)，男，理学学士，高级工程师，主要研究方向为矿产检测， E-mail：xiaodahui@custom.gov.cn

1.广州海关技术中心 广州 510623

1. Technology Center of Guangzhou Customs,Guangzhou 510623

表1 6种石棉光学特性

Table 1 Optical properties of six kinds of common asbestos

图1 温石棉PLM图

Fig.1 PLM spectra of chrysotile

图2 温石棉PLM图

Fig.2 PLM spectra of chrysotile

图3 温石棉PLM图（插入530 nm延迟板）

Fig.3 PLM spectra of chrysotile with a 530 nm retardation plate inserted

图4 温石棉PLM图（插入530 nm延迟板）

Fig.4 PLM spectra of chrysotile with a 530 nm retardation plate inserted

图6 青石棉PLM图

Fig.6 PLM spectra of crocidolite

图5 青石棉PLM图

Fig.5 PLM spectra of crocidolite

图7 青石棉PLM图（插入530 nm延迟板）

Fig.7 PLM spectra of crocidolite with a 530 nm retardation plate inserted

图8 铁石棉PLM图

Fig.8 PLM spectra of crocidolite with a 530 nm retardation plate inserted

图9 铁石棉PLM图

Fig.9 PLM spectra of amosite

图10 铁石棉PLM图（插入530 nm延迟板）

Fig.10 PLM spectra of amosite with a 530 nm retardation plate inserted

图11 铁石棉PLM图（插入530 nm延迟板）

Fig.11 PLM spectra of amosite with a 530 nm retardation plate inserted

图12 直闪石PLM图

Fig.12 PLM spectra of anthophyllite

图13 直闪石PLM图

Fig.13 PLM spectra of anthophyllite

图14 直闪石PLM图（插入530 nm延迟板）

Fig.14 PLM spectra of anthophyllite with a 530 nm retardation plate inserted

图15 直闪石PLM图（插入530 nm延迟板）

Fig.15 PLM spectra of anthophyllite with a 530 nm retardation plate inserted

图16 透闪石PLM图

Fig.16 PLM spectra of tremolite

图18 透闪石PLM图（插入530 nm延迟板）

Fig.18 PLM spectra of tremolite with a 530 nm retardation plate inserted

图17 透闪石PLM图

Fig.17 PLM spectra of tremolite

图19 透闪石PLM图（插入530 nm延迟板）

Fig.19 PLM spectra of tremolite with a 530 nm retardation plate inserted

图20 阳起石PLM图

Fig.20 PLM spectra of actinolite

图21 阳起石PLM图

Fig.21 PLM spectra of actinolite

图22 阳起石PLM图（插入530 nm延迟板）

Fig.22 PLM spectra of actinolite with a 530 nm retardation plate inserted

图23 样品PLM图（RI1.550浸油）

Fig.23 PLM spectra of sample immersing in liquid(RI 1.550)

图24 样品PLM图(RI1.550浸油，插入530 nm延迟板)

Fig.24 PLM spectra of sample immersing in liquid(RI 1.550) with a 530 nm retardation plate inserted

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