🌿 Tlenki żelaza w powietrzu na stanowiskach pracy — płomieniowa AAS

Środowisko PN-Z-04469

Przegląd

Tlenki żelaza — hematyt (Fe₂O₃), magnetyt (Fe₃O₄), tlenek żelaza(II) — występują w powietrzu kopalń rud, w procesach hutniczych i przede wszystkim przy spawaniu. Wdychanie ich działa drażniąco; przy ciągłym narażeniu osadzają się w płucach, wywołując pylicę żelazową (syderozę) — najstarszą znaną łagodną pylicę, a duże stężenia (ponad 10 mg Fe/m³) mogą uszkadzać drogi oddechowe („płuco spawacza”). W rozporządzeniu w sprawie NDS i NDN tlenki żelaza — w przeliczeniu na Fe — mają ustalone wartości dopuszczalne dla frakcji wdychalnej (5 mg/m³) i respirabilnej (2,5 mg/m³).

Metoda z zastosowaniem płomieniowej absorpcyjnej spektrometrii atomowej została opracowana w CIOP-PIB jako nowelizacja normy PN-79/Z-04066.02, która nie spełniała wymagań PN-EN 482 (oznaczalność na poziomie 1/10 NDS) ani zasad dozymetrii indywidualnej z PN-Z-04008-7; procedura ta stała się podstawą normy PN-Z-04469:2015-10 (kolejne wydanie 2025-02). Oznaczalność metody wynosi 0,35 mg/m³ przy objętości powietrza 720 l, a zakres pomiarowy 0,35–10,4 mg/m³ odpowiada 0,07–2,1 wartości NDS; przy innych związkach żelaza w powietrzu oznacza się sumę żelaza. Nowsza procedura CIOP-PIB (2021) oznacza w jednym toku analitycznym mangan, nikiel i żelazo w obu frakcjach aerozolu.

Zasada metody

Znaną objętość powietrza (do 720 l) przepuszcza się przez filtr membranowy z estrów celulozy o średnicy porów 0,85 µm umieszczony w głowicy cyklonu lub innym separatorze frakcji respirabilnej (dla frakcji wdychalnej — w odpowiednim próbniku). Filtr mineralizuje się w zlewce 2 ml stężonego HNO₃ (65 %) na płycie grzejnej w temperaturze około 140 °C do odparowania prawie do sucha (operację powtarza się dwukrotnie), dodaje 4 ml HNO₃ 1 mol/l, po 30 min przenosi ilościowo 0,1 mol/l HNO₃ do kolby 50 ml, a 1 ml tego roztworu rozcieńcza w kolbie 10 ml z dodatkiem 0,5 ml roztworu chlorku lantanu (ok. 10 % La) jako bufora spektralnego. Żelazo oznacza się w płomieniu powietrze–acetylen (ubogim) przy długości fali 248,3 nm, z krzywą wzorcową 0,50–15,0 µg/ml sporządzaną w dniu analizy, odejmując ślepą próbę z czystego filtra. Stężenie w powietrzu: X = (c − c0)·V1·k/V [mg/m³], gdzie V1 = 50 ml, k = 10, V — objętość powietrza w litrach. Obecność Mn, Ni, Cr i Cu (50–200 µg/ml) nie wpływa na wynik.

Zastosowania

• Ocena narażenia zawodowego na dymy spawalnicze i pyły zawierające tlenki żelaza — spawalnie, szlifiernie, hutnictwo, kopalnie rud, odlewnie
• Pomiary wymagane rozporządzeniem Ministra Zdrowia w sprawie badań i pomiarów czynników szkodliwych — porównanie z NDS frakcji wdychalnej (5 mg/m³) i respirabilnej (2,5 mg/m³)
• Dozymetria indywidualna w strefie oddychania z rozdziałem na frakcje aerozolu
• Oznaczanie sumy żelaza w aerozolu przy współwystępowaniu innych związków żelaza
• Równoległe oznaczanie Mn, Ni i Fe z jednej próbki w procedurze CIOP-PIB (2021)

Kluczowe parametry

Norma

Numer normy

PN-Z-04469:2025-02 (zastąpiła PN-Z-04469:2015-10)

Tytuł (PL)

Ochrona czystości powietrza — Oznaczanie tlenków żelaza na stanowiskach pracy metodą płomieniowej absorpcyjnej spektrometrii atomowej

Title (EN)

Air purity protection — Determination of iron oxides at workplaces by flame atomic absorption spectrometry

Procedura krok po kroku

1. Pobieranie próbki

   Skalibruj układ do pobierania frakcji respirabilnej kalibratorem przepływu dla strumienia wymaganego przez producenta cyklonu. W strefie oddychania pracownika (zasady PN-Z-04008-7) przepuść przez filtr umieszczony w głowicy cyklonu do 720 l powietrza. Przy oznaczaniu frakcji wdychalnej pobierz równolegle próbkę w próbniku tej frakcji.

2. Mineralizacja

   Filtr umieść w zlewce 50 ml, dodaj 2 ml stężonego HNO₃ i ogrzewaj na płycie grzejnej (ok. 140 °C) do odparowania prawie do sucha; powtórz dwukrotnie z 2 ml kwasu. Po wystudzeniu dodaj 4 ml HNO₃ 1 mol/l i pozostaw na ok. 30 min. Przenieś ilościowo 5–6 porcjami HNO₃ 0,1 mol/l do kolby 50 ml i uzupełnij do kreski. Równolegle zmineralizuj czysty filtr (ślepa próba).

3. Roztwór do badania

   Do kolby 10 ml przenieś 1 ml roztworu po mineralizacji, dodaj 0,5 ml roztworu chlorku lantanu i uzupełnij HNO₃ 0,1 mol/l. Przy stężeniach poza zakresem zmień krotność rozcieńczenia, zachowując dodatek lantanu.

4. Krzywa wzorcowa

   W dniu analizy przygotuj roztwory robocze 0,50; 1,50; 5,00; 10,0 i 15,0 µg/ml Fe (po 0,5 ml chlorku lantanu na 10 ml) oraz próbkę zerową. Zmierz trzykrotnie absorbancję każdego roztworu przy 248,3 nm w płomieniu powietrze–acetylen ubogim, zerując spektrometr HNO₃ 0,1 mol/l; sporządź krzywą lub użyj automatycznego wzorcowania aparatu.

5. Pomiar i obliczenie

   Zmierz absorbancję roztworu do badania i ślepej próby w tych samych warunkach, odczytaj stężenia c i c0 z krzywej. Oblicz X = (c − c0)·V1·k/V w mg/m³ (V1 = 50 ml, k = 10, V — objętość powietrza w l).

6. Sprawdzenie wydajności mineralizacji

   Na sześć filtrów nanieś po 600 µl roztworu Fe 10 mg/ml, wysusz do następnego dnia, zmineralizuj jak próbki i porównaj z roztworami porównawczymi przygotowanymi bez mineralizacji; współczynnik wm = (Cd − Co)/Cp powinien wynosić 1,00 ± 0,05 — w przeciwnym razie zmień sposób mineralizacji.

7. Ocena narażenia

   Wyznacz wskaźnik narażenia dla zmiany roboczej i porównaj z NDS właściwym dla frakcji (5 mg/m³ wdychalna, 2,5 mg/m³ respirabilna).

Wymagany sprzęt i aparatura

Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne

Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)

• Wszystkie czynności ze stężonym kwasem azotowym wykonuj w odzieży ochronnej, okularach i pod sprawnie działającym wyciągiem — mineralizacja na gorąco wydziela tlenki azotu
• Acetylen: instalacja gazowa i palnik zgodnie z instrukcją spektrometru; kontrola szczelności, zabezpieczenie przed cofnięciem płomienia
• Pozostałości roztworów odczynników i wzorców gromadź w oznakowanych pojemnikach i przekazuj uprawnionym firmom do unieszkodliwienia

Najczęstsze pytania