ISO 68682026 工作场所空气 - 通过 X 射线粉末衍射方法定量测定散装材料中的石英和方石英标准立项发展报告

ISO6868:2026《工作场所空气—通过X射线粉末衍射方法定量测定散装材料中的石英和方石英》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:WorkplaceAir—QuantitativeDeterminationofQuartzandCristobaliteinBulkMaterialsbyX-rayPowderDiffractionMethods摘要职业暴露于结晶二氧化硅（石英和方石英）粉尘是矽肺、肺癌及慢性阻塞性肺疾病等严重职业病的确定致病因素，其精准定量检测是职业健康风险防控的关键前置环节。本报告系统梳理了ISO6868:2026《工作场所空气—通过X射线粉末衍射方法定量测定散装材料中的石英和方石英》标准的立项背景、技术内容与行业价值。该标准由国际标准化组织（ISO）发布，规定了采用X射线粉末衍射（XRPD）法定量测定散装材料中石英和方石英含量的通用技术框架，涵盖样品制备、仪器校准、衍射峰选择、校准曲线建立及结果计算等关键技术环节。与现行采用红外光谱法或传统湿化学法的行业惯例相比，XRPD法凭借其高特异性、多物相同时分析能力和优异的样品适用性，在矿物学干扰严重的复杂基质样品分析中展现出显著技术优势。本报告认为，该标准的发布实施将有效解决现阶段不同实验室间检测结果可比性不足的问题，为国际职业病危害监测、矿物原料质量控制及职业暴露限值合规性评价提供统一、可靠的技术依据，对推动全球职业健康防护体系能力建设具有重要的基础性支撑作用。关键词：工作场所空气；石英；方石英；X射线粉末衍射；职业健康；标准化检测；散装材料Keywords:Workplaceair;Quartz;Cristobalite;X-raypowderdiffraction;Occupationalhealth;Standardizedtesting;Bulkmaterials一、引言结晶二氧化硅是地壳中分布最为广泛的矿物之一，广泛存在于采矿、建筑、陶瓷、玻璃、铸造及石材加工等众多工业生产领域。在矿石破碎、物料研磨、砂石筛分及表面喷砂等作业过程中，含有石英和方石英的粉尘易于逸散至工作场所空气中，形成职业性呼吸性粉尘暴露。长期吸入高浓度结晶二氧化硅粉尘可导致肺组织进行性纤维化病变——矽肺，该疾病目前仍为全球范围内患病人数最多的职业病之一。国际癌症研究机构（IARC）早在1997年即将呼吸性结晶二氧化硅列为人类致癌物（第1类），世界卫生组织和国际劳工组织亦将其列为重点防控的职业危害因素。据国际劳工组织估算，全球每年有数千名劳动者因矽肺等尘肺病致死，由此产生的社会经济负担极为沉重。对散装材料中石英和方石英含量进行准确、可靠的定量测定，是实施职业暴露风险评估、制定工程控制措施及验证防护效果的科学基础。然而，由于石英和方石英在天然矿物中常与多种硅酸盐矿物共生伴存，传统检测方法在特异性、准确性和可比性方面存在不同程度的技术局限。其核心矛盾在于：散装材料作为复杂多相体系，其矿物组成、结晶程度及粒径分布差异显著，不同物相对检测信号的干扰机制各异，要从复杂矿物基质中实现石英和方石英两相的同时准确定量，本质上需要一种兼具高特异性、可标准化操作且适用于异质固体样品的通用技术方法。X射线粉末衍射（XRPD）技术基于晶体材料对X射线的布拉格衍射原理，能够对多晶混合物中各物相进行定性和定量分析，具有样品无损、多物相同时测定、受化学组成影响小等突出优点，已被国际矿物学和分析化学界公认为物相定量分析的首选方法。然而，由于仪器配置差异、样品制备方式不同及数据处理方法不统一等因素，不同实验室间基于XRPD法的石英和方石英定量结果存在显著离散性，亟需通过国际标准予以规范和统一。正是在上述背景下，国际标准化组织（ISO）制定并发布了ISO6868:2026《工作场所空气—通过X射线粉末衍射方法定量测定散装材料中的石英和方石英》标准，旨在为全球从事职业卫生检测、矿物分析及材料质量控制的实验室提供一套科学、统一、可操作的技术规范。本报告对该标准的技术要点、应用价值及推广前景进行系统分析，以期为相关领域的标准应用和实验室能力建设提供参考。二、标准制定的必要性与背景2.1职业健康危害的严峻形势矽肺是最古老且最为严重的职业病之一，至今仍在全球范围内构成重大公共卫生挑战。据国际职业卫生协会（IOHA）统计，全球每年新发矽肺病例数以万计，尤其在发展中国家，由于职业卫生防护措施不到位，尘肺病发病率仍维持在较高水平。近年来，随着人造石英石等新型含硅建筑材料的广泛使用，一种以快速进展为特征的"加速性矽肺"在多个国家和地区呈明显抬头趋势，引发了国际职业卫生领域的高度关注。例如，澳大利亚、西班牙、以色列及中国等地均有关于人造石加工工人罹患重症矽肺的集中报道，部分患者从初次暴露到确诊仅需数年时间，病情进展极为迅速。对方石英（二氧化硅的高温变体）而言，其在陶瓷烧制、铸造用砂、耐火材料生产及硅藻土焙烧等高温工业过程中的职业暴露亦不可忽视。方石英的生物活性通常被认为高于石英，其致纤维化能力更强，因此准确测定方石英含量对于评估特定行业工作场所的健康风险具有重要意义。2.2现有检测方法的技术局限目前，国内外用于测定散装材料中石英和方石英含量的方法主要包括红外光谱法（FT-IR）、X射线粉末衍射法和传统湿化学法。各方法均有其适用范围和技术边界：红外光谱法（FT-IR）：利用石英和方石英在红外区（典型吸收峰位分别为800cm⁻¹和790cm⁻¹附近）的特征吸收进行定量。该方法样品制备较为简便、分析速度快、仪器普及度高，在滤膜粉尘样品的快速筛查中应用广泛。然而，其在复杂矿物基质中的适用性面临根本性制约：石英吸收峰附近常受高岭土、长石等层状硅酸盐矿物吸收带的严重重叠干扰，在对大量实际散装材料进行定量时，往往需要通过灰化、酸处理等繁琐步骤进行预分离，不仅增加了分析误差来源，也延长了分析周期。X射线粉末衍射法：基于晶体物相特有的衍射图谱进行定性和定量，能够直接区分同质多象变体（如石英与方石英、鳞石英）且不受化学组成相似性的干扰，样品制备相对简单，可实现多物相的同时测定。但XRPD法定量结果的准确度高度依赖于样品制备的均匀性、仪器状态的稳定性和定量方法的合理性，不同实验室间的结果可比性亟需标准化规范。其关键挑战在于：定量精度受择优取向、微吸收效应及非晶相含量等因素制约，需要标准化的样品处理流程和严格的质量控制程序才能保证数据的可靠性。湿化学法：传统上采用酸消解-重量法或钼蓝比色法测定总二氧化硅含量，但该方法无法区分结晶态与非晶态二氧化硅，更无法分别定量石英和方石英，仅适用于特定条件下的总量测定。综上所述，现有方法在特异性、准确性及标准化程度方面各有不足，无法完全满足当前职业健康检测对精确定量和结果可比性的迫切需求。ISO6868:2026标准的制定正是弥补上述技术空白的系统性解决方案。2.3国际标准化需求随着经济全球化进程的深入推进，矿物原料和含硅工业产品的跨国贸易日益频繁。不同国家和地区在石英、方石英检测方法上存在的显著差异，不仅影响了国际贸易中产品质量评价的一致性和公平性，也对跨国企业的职业健康合规管理构成了现实障碍。例如，同一批矿物原料中石英含量的测定结果，若因采用不同检测方法而产生显著差异，将直接影响其按照进口国职业暴露法规进行合规评价的结论。国际劳工组织在《作业场所安全使用化学品公约》（第170号公约）及《职业安全卫生公约》（第155号公约）中均强调了成员国应建立统一的职业危害检测与评价体系。ISO作为全球最大的非政府标准化组织，有责任和义务制定统一的石英和方石英检测方法标准，为各国法规制定和实验室检测提供共同的"技术语言"，从而支撑国际贸易中的质量互认和职业健康领域的国际合作。三、标准主要内容与技术解析3.1标准适用范围与基本框架ISO6868:2026规定了采用X射线粉末衍射方法对散装材料中石英和方石英进行定量测定的通用技术要求。所称"散装材料"涵盖了矿石、矿物原料、工业粉尘、建筑材料、陶瓷原料、铸造用砂、耐火材料及除尘器收集粉尘等多种固态样品类型，但不包括气溶胶形态的空气悬浮颗粒物样品（该类样品的测定方法由ISO16258系列标准另行规定）。这一清晰的边界划分有助于避免方法适用范围的混淆，使用户能够基于样品形态选择合适的检测标准。3.2方法原理该标准所依据的核心原理为X射线粉末衍射的物相定量分析理论。当一束单色X射线照射到细粉末样品上时，各晶面依照布拉格方程产生特征衍射。每一种结晶物相均有其独特的衍射图谱，衍射峰的峰位（2θ角）对应物相的晶面间距（d值），而衍射峰强度与该物相在样品中的含量呈正相关关系。通过测量石英和方石英的特征衍射峰强度，并利用已知含量系列标准样品建立的校准曲线，即可计算出待测样品中石英和方石英的百分含量。标准推荐石英的最强衍射峰（d=3.34Å，2θ≈26.6°CuKα）和方石英的最强衍射峰（d=4.05Å，2θ≈21.9°CuKα）作为首选定量分析线，同时规定了备选峰位以应对可能存在的峰位重叠干扰。标准对衍射峰强度的测量方式（峰高法或积分面积法）、背景扣除方法及重叠峰分离程序均给出了明确的技术指导，旨在最大程度减小数据处理环节引入的主观误差。3.3关键技术要点样品制备要求：标准详细规定了样品研磨细度（推荐中位粒径D50小于10μm）、研磨方式（推荐采用玛瑙研钵或振动盘式研磨机，避免使用可能引入铁质污染的碳化钨研磨装置）、样品装填方式（背装法或侧装法以减小择优取向效应）及称量精度要求。样品制备是XRPD定量分析中误差贡献最大的环节之一，标准对此给予充分的重视和详细的技术规定。校准与验证：标准要求采用至少5个不同浓度级别的标准样品建立校准曲线，浓度范围应覆盖实际样品的预期含量区间。校准样品的基质应与待测样品相近或采用标准添加法消除基质效应。标准还规定了仪器稳定性验证的周期和方法，建议使用标准参考物质（如NISTSRM1878a石英标准品）定期验证校准曲线的有效性。干扰处理：针对实际样品中可能存在的其他矿物物相干扰，标准提供了系统的干扰评估与处理方法，包括选择替代衍射峰、数学剥离重叠峰及采用Rietveld全谱拟合法等高级数据处理策略。结果计算与不确定度评定：标准引用了ISO/IEC98-3《测量不确定度表示指南》（GUM）的基本原则，对石英和方石英定量结果的测量不确定度评估给出了具体指导，要求检测报告应包含含量测定结果、测量不确定度及检测限等信息，以确保检测数据的完整性和可靠性。四、主要起草单位及技术贡献4.1标准制定组织概述ISO6868:2026由国际标准化组织ISO/TC146"空气质量"技术委员会（Airquality）下属的SC2"工作场所大气"分技术委员会（Workplaceatmospheres）负责制定。该分技术委员会秘书处由美国国家标准学会（ANSI）承担，成员包括来自全球30余个国家的标准化机构和相关国际组织的专家代表。WG7"散装材料表征"工作组具体承担了本标准的起草工作，工作组召集人由来自英国健康安全执行局（HSE）的X射线衍射分析领域资深专家担任。4.2主要起草单位——英国健康安全执行局（HSE）英国健康安全执行局（HealthandSafetyExecutive,HSE）是本标准制定的核心技术支撑单位，也是X射线粉末衍射法测定结晶二氧化硅领域最早开展系统性研究的机构之一。HSE是英国负责工作场所健康、安全和福利事务的国家级监管机构，隶属于英国工作与养老金部，总部位于利物浦。其下设的科学部（ScienceDivision）拥有英国规模最大的职业卫生检测专业实验室群，配备有包括高分辨率X射线粉末衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）等在内的一批先进分析仪器设备。在结晶二氧化硅检测领域，HSE科学部的研究团队自20世纪80年代起便持续开展基于XRPD法的石英和方石英定量分析方法研究，积累了逾四十年的方法开发和实际样品分析经验。其标志性技术成果包括：建立了以英国标准BSEN481规定的呼吸性粉尘粒径定义为基础的散装材料分级制样方法，降低了粒径效应对衍射强度的影响；开发了基于内标法（以氧化铝或萤石为内标物）的定量流程，有效补偿了仪器漂移和基质吸收效应；参与了多项国际实验室间比对研究（如EUBCR计划），为评估不同实验室间XRPD定量结果的再现性提供了关键实验数据。这些成果为ISO6868:2026标准中样品制备程序、定量策略及质量控制要求等核心技术条款的制定提供了重要的方法学基础和实验依据。此外，HSE还承担了该标准中部分关键试验的验证工作，包括组织国际多实验室协同试验，对标准规定的分析流程进行了系统的精密度和准确度评价，为该标准技术指标的科学合理性提供了翔实的实验支撑。五、标准推广应用前景与建议5.1应用前景分析ISO6868:2026作为国际上首个专门针对散装材料中石英和方石英XRPD定量测定的通用性标准，预计将在以下领域发挥重要的技术支撑作用：职业病危害监测与评价领域：该标准为职业卫生技术服务机构和用人单位开展矽尘危害风险评估提供了与国际接轨的检测方法。在采矿业、陶瓷制造业、铸造业及建筑材料等行业，该标准可用于对原料、中间产品及除尘系统收集粉尘中石英和方石英含量进行准确测定，为工作场所空气中粉尘危害程度的评价提供基础数据支撑。尤其值得注意的是，近年来各国对人造石英石板材加工行业矽肺疫情的关注日益上升，国际劳工组织已于2022年将"消除矽肺"列为全球职业安全健康重大战略目标，ISO6868:2026的发布为各国落实该目标提供了急需的标准化检测工具。标准中针对高含量结晶二氧化硅材料（如人造石英石）的特殊制样要求和方法验证条款，为该类高风险材料的风险筛查提供了切实可行的解决方案。矿物原料贸易与质量控制领域：在石英砂、高岭土、长石等矿物原料的国际贸易中，结晶二氧化硅含量是重要的质量评价指标之一。ISO标准的发布有助于消除因检测方法不统一导致的贸易争端，促进检测结果在各国间的互认。环境监测与建筑材料安全评价领域：该标准可为建筑砂石骨料、装饰石材及保温材料中结晶二氧化硅含量的测定提供标准化方法，服务于建筑材料安全管理及相关产品的合规性评价。5.2推广建议为促进ISO6868:2026标准在行业内的广泛应用，提出以下建议：加强标准宣贯与技术培训：各相关检测实验室应组织技术人员系统学习该标准的技术内容和操作要点，重点加强对样品制备环节和数据处理方法的规范化培训。可通过举办技术研讨会、操作培训班及实验室间比对活动等方式，提高检测人员对该标准技术要求的理解和执行能力。建议行业协会和标准化技术机构牵头编制配套的标准操作指导手册或应用指南。推进标准国际化对接：建议各国标准化管理机构及其技术归口单位积极跟踪ISO6868:2026的技术动态，适时将其纳入国家标准或行业标准的采信范围，实现国内检测方法与最新国际标准的技术对接。对于已经发布同类国家标准（如我国GBZ/T192系列）的，建议对照本标准的适用范围、方法原理、样品制备及结果计算要求进行差异分析，条件成熟时应加快启动国家标准修订程序，推动国内标准与国际标准接轨。在采用国际标准的过程中，应确保国内标准的术语体系和操作