CC BY
40
УДК 543.552
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СПОСОБА ПРОБОПОДГОТОВКИ НА РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ПРОБ СВАРОЧНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ, СОБРАННЫХ НА ФИЛЬТР
О. В. Кузнецова
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, [email protected]
Сварка является опасным процессом, связанным с риском воздействия на здоровье работника твердой составляющей сварочного аэрозоля, содержащей токсичные соединения. Методики анализа фильтров, экспонированных сварочными аэрозолями, включают стадию разложения материала проб, которая может вносить существенные погрешности в результаты анализа. Установлено, что потери элемента при термическом озолении являются причиной занижения результатов определения Mn в сварочных аэрозолях. Табл. 1. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: сварочные аэрозоли; твердая составляющая сварочного аэрозоля; вольтамперо-метрический анализ; термическое озоление; погрешности результатов анализа.
STUDY THE EFFECT OF METHOD OF SAMPLE PREPARATION ON ANALYSIS RESULTS OF WELDING FUMES, COLLECTED ON THE FILTERS
О-V. Kuznetsova
Irkutsk state technical university,
664074, Russia, Irkutsk, Lermontov st., 83, [email protected]
Welding is a dangerous process associated with the risk of impact on the health of the worker solid component of welding fumes containing toxic compounds. Methods of analysis filters, exposed welding fumes, comprising the step of decomposition of the material sample, which could cause significant errors in the analysis results. It was found that the loss of an element in the thermal ashing cause underestimation of the results of determination of Mn in welding fumes. 1 table. 6 sourses
Key words: welding fumes; solid component of welding fumes; voltammetric analysis; thermal digestion; error of analysis results.
ВВЕДЕНИЕ
Сварочные работы сопряжены с множеством производственных факторов, негативно влияющих на здоровье персонала, наиболее существенным из которых является неизбежное образование сварочных аэрозолей и выделение их в воздух рабочей зоны [1].
Наибольший риск для возникновения нарушений здоровья представляет твердая составляющая сварочного аэрозоля (ТССА), которая содержит тяжелые металлы. Медицинские исследования указывают, что ТССА является одной из основных причин развития профессиональных заболеваний, таких как пнев-мокониоз сварщика, а также ряда других опасных поражений организма, сокращающих продолжительность жизни [3]. Наиболее токсичными являются марганец и его соединения, которые действуют на центральную нервную систему, вызывая тяжелые органичес-кие изменения [6]. Поэтому соединения 1№п, содержание которых в ТССА достигает в отдельных случаях 20% [2], являются одними из основных контролируемых компонентов при оценке загрязненности воздуха при ведении сварочных работ.
Отбор проб для контроля состава ТССА в соответствии с рекомендациями отечественного нормативного документа МУ 4945-88 [5] осуществляется путем прокачивания определенно-
го объема воздуха через аспирационный фильтр.
В отечественной аналитической практике для контроля состава сварочных аэрозолей рекомендуются методики анализа, основанные на использовании методов атомно-абсорбцион-ного (ААА), фотометрического (ФМА) и электрохимического (ЭХМА) анализа [5]. Для стандартизированных методик ААА, ФМА и ЭХМА погрешность определения элементов согласно нормативному документу [5] не превышает ± 20% отн. Следует отметить, что эти методики включают стадию предварительной обработки материала проб для удаления органической матрицы и переведения определяемых элементов в раствор. Стадия разложения исследуемых образцов делает анализ с помощью указанных методик длительным, трудоемким, и нередко наблюдаются потери определяемых элементов на этапе подготовки проб к анализу.
Целью данной работы является оценка вклада погрешностей этапа разложения проб в результаты анализа ТССА на примере определения марганца.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Для анализа растворов, полученных после разложения проб ТССА, выбрали метод инвер-
сионной вольтамперометрии. Выбор метода обусловлен простым приборным решением и использованием малых количеств минимального набора реактивов. Анализ растворов проб проводили на вольтамперометрическом анализаторе ТА-07. Концентрацию определяли методом добавок.
Подготовка проб для электрохимического анализа согласно нормативному документу [5] включает озоление экспонированных фильтров в муфельной печи при температуре 750-800 °С в течение 40-60 мин. Зольные остатки сплавляются в течение 30 мин с плавнем (2 части Na2CO3 и 1 часть KNO3) при 850 °С с последующим выщелачиванием твердого остатка 10% -ой H2SO4 объемом 25 см3.
Исследования проводили с помощью синтетических пленочных образцов, имитирующих реальные пробы ТССА, собранные на фильтр. Эти образцы были приготовлены по технологии [4] и представляли собой тонкую
органическую пленку, содержащую
тонкоизмельченный порошок из соединений Мп ^п^, MnF2, MnO2) и Fe ^е^, FeO). Вид соединения элементов и их содержание в пленке соответствовало литературным данным о реальных пробах ТССА. Для исследований готовили партию образцов с различными содержаниями элементов и разлагали их согласно методике, приведенной выше.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Сравнение результатов анализа синтетических образцов сварочных аэрозолей (найденные значения Сн) с действительными содержаниями (Сд) марганца в пробах показало (таблица), что наблюдается занижение результатов анализа по сравнению с Сд, при этом наибольшее занижение наблюдается, когда Mn представлен фторидом MnF2 (образцы 5, 6, 13, 14). Фтористые соединения марганца являются летучими, поэтому предположили, что причиной
Результаты анализа проб ТССА
№ п/п Метод Содержание Mn, мкг
Разложение сплавлением с Na2CO3 и KNO3 Разложение кислотами: HCl, HNO3, HClO4
1 Сн Сд 145 ± 29 175 ± 12 169 ± 34 175 ± 12
2 Сн Сд со со ю см +1 +1 т- со ст> со см со 322 ± 64 333 ± 23
3 Сн Сд 247 ± 49 291 ± 20 286 ± 57 291 ± 20
4 Сн Сд 128 ± 26 156 ± 11 146 ± 30 156 ± 11
5 Сн Сд 219 ± 44 347 ± 24 328 ± 66 347 ± 24
6 Сн Сд 81 ± 16 126 ± 9 132 ± 26 126 ± 9
7 Сн Сд 317 ± 63 366 ± 26 363 ± 74 366 ± 26
8 Сн Сд 133 ± 27 162 ± 12 154 ± 31 162 ± 12
9 Сн Сд 193 ± 39 247 ± 17 231 ± 47 247 ± 17
10 Сн Сд 271 ± 54 298 ± 21 289 ± 58 298 ± 21
11 Сн Сд 108 ± 22 128 ± 9 126 ± 26 128 ± 9
12 Сн Сд 251 ± 50 301 ± 21 290 ± 58 301 ± 21
13 Сн Сд 92 ± 18 148 ± 11 146 ± 29 148 ± 11
14 Сн Сд 143 ± 29 227 ± 16 217 ± 44 227 ± 16
занижения результатов ФМА может быть потеря компонента при «сухом» озолении материала. Для подтверждения данного предположения приготовили партию синтетических образцов состава ТССА, аналогичную рассмотренным выше, и разложили их, используя методику пробоподготовки из нормативного документа [5] для атомно-абсорбционного анализа. Данная методика исключает стадию термического озо-ления и заключается в разложении проб с помощью минеральных кислот: экспонированный фильтр обрабатывают 1 см3 концентрированной HCl и 0,5 см3 концентрированной HNO3, затем к раствору добавляют 1 см3 HClO4 и упаривают до влажных солей, остаток растворяют в 10 см3 воды.
Сравнение результатов анализа образцов, которые разложили по методике пробоподго-товки для ААА, с действительными содержа-
ниями Мп в пробах показало (таблица), что данные удовлетворительно согласуются. Это подтверждает высказанное выше предположение о причине занижения результатов анализа при термическом озолении проб ТССА.
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показали, что стандартизированная методика электрохимического определения Мп в ТССА не всегда обеспечивает удовлетворительные результаты из-за погрешностей, возникающих на этапе подготовки проб к анализу. Установлено, что причиной занижения результатов определения Мп в сварочных аэрозолях являются потери элемента при термическом озолении, при этом погрешность результатов анализа может достигать 35-40 отн. %.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Артамонова В.Г. Актуальные проблемы диагностики и профилактики профессиональных заболеваний // Медицина труда и промышленная экология. 1996. № 5. С. 4-6.
2. Войткевич В.Г. Методы исследования сварочных аэрозолей (обзор) // Автоматическая сварка. 1982. № 3. С. 51-54.
3. Игнатова А.М., Игнатов М.Н. Оценка морфологии, дисперсности, структуры и химического состава твердой составляющей сварочных аэрозолей посредством современных методов исследований // Научно-технический вестник Поволжья. 2012. № 3. С. 133-138.
4. Патент РФ № 2239170 от 27.10.04. Спо-
соб изготовления стандартных образцов атмосферных аэрозолей, нагруженных на фильтр / Е.Н. Коржова, А.Н. Смагунова, О.В. Кузнецова, В.А. Козлов.
5. МУ № 4945-88. Методические указания по определению вредных веществ в сварочном аэрозоле (твердая фаза и газы). М.: МП «Ра-рог», 1992. 112 с.
6. Park R.M., Bowler R.M., Eggerth D.E., Diamond E., Spencer K.J., Smith D., Gwiazda R. Issues in neurological risk assessment for occupational exposures: the Bay Bridge welders // Neurotoxicology. 2006. № 27. Р. 373-384.
1. Artamonova V.G. Actual problems of diagnosis and prevention of occupational diseases [Aktual'nye problemy diagnostiki i profilaktiki professional'nyh zabolevanij]. Medicina truda i promyshlennaja jekologija. 1996. no 5. pp. 4-6.
2. Vojtkevich V.G. Research methods of welding fumes (review) [Metody issledovanija svarochnyh ajerozolej (obzor)]. Avtomaticheskaja svarka, Kiev, 1982, no 3, pp. 51-54.
3. Ignatova A.M., Ignatov M.N. Evaluation morphology, dispersion, structure and chemical composition of the solid component of welding fumes by modern research methods [Ocenka morfologii, dispersnosti, struktury i himicheskogo sostava tverdoj sostavljajushhej svarochnyh ajerozolej posredstvom sovremennyh metodov issledovanij]. Nauchno-tehnicheskij vestnik Povolzh'ja. 2012. no 3. pp. 133-138.
4. Korzhova E.N., Smagunova A.N., Kuznetsova O.V., Kozlov V.A. A method of manufacturing standard samples of atmospheric aerosols, loaded onto the filter [Sposob izgotovlenija standartnyh obrazcov atmosfernyh ajerozolej, nagruzhennyh na fil'tr]. Patent RF 2239170 ot 27.10.04.
5. MU 4945-88. Methodological guidelines for the definition of hazardous substances in welding fumes (solids and gases) [Metodicheskie ukazanija po opredeleniju vrednyh veshhestv v svarochnom ajerozole (tverdaja faza i gazy)]. M.: «Rarog», 1992, 112 p.
6. Park R.M., Bowler R.M., Eggerth D.E., Diamond E., Spencer K.J., Smith D., Gwiazda R. Issues in neurological risk assessment for occupational exposures: the Bay Bridge welders. Neurotoxicology, 2006. № 27. P. 373-384.
Поступило в редакцию 21 ноября 2014 г.
