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MétroPol Silice cristalline M-158

Sommaire de la fiche

Cette méthode décrit le prélèvement en mode Actif sur cyclone et l'analyse par gravimétrie et diffraction des rayons X de la (des) substance(s) : Quartz ; Cristobalite ; Tridymite ; Silice cristalline.

Données de validation : Validation partielle

Substances

Informations générales

Propriétés physico-chimiques
Nom N° CAS Formule chimique Classification CMR
Cristobalite 14464-46-1

SiO2

Quartz 14808-60-7

SiO2

Silice cristalline

SiO2

Tridymite 15468-32-3

SiO2

Plus d'informations
Nom Masse molaire Densité Synonymes Fiche toxicologique
Cristobalite 60,09

Silice cristalline

Quartz 60,09 Silice cristalline
Silice cristalline 60,09

FT Silice cristaline

Tridymite 60,09 Silice cristalline

Familles de substances

  • SILICE CRISTALLINE

Principe et informations

Cette méthode permet la détermination de la concentration moyenne de la fraction alvéolaire de silice cristalline.

Formule d'additivité

En présence de poussières alvéolaires contenant une ou plusieurs formes de silice cristalline et d'autres poussières non silicogènes, la condition suivante doit être satisfaite :

Cns/Vns + Cq/0,1 + Cc/0,05 + Ct/0,05 ≤ 1

avec     Cns (mg/m3) : concentration en poussières alvéolaires non silicogènes

            Vns : valeur limite d'exposition pour les poussières alvéolaires sans effet spécifique (5 mg/m3)

            Cq, Cc, Ct (mg/m3) : concentrations respectives en quartz, cristobalite et tridymite.

 

Principe de prélèvement et d'analyse

Domaine d'application

Substance Quantité minimum sur le dispositif Quantité maximum sur le dispositif Concentration minimum Concentration maximum Volume maximum
Cristobalite

81.7 µg

50µg/m3

612L

Tridymite

81.7 µg

50µg/m3

612L

Réactifs

  • ECHANTILLON DE SILICE POLYCRISTALINE
  • ETALON CERTIFIE
  • ETALON SECONDAIRE
  • FLUORURE DE CALCIUM
  • ISOPROPANOL

Consignes de sécurité pour les manipulations en laboratoire

Méthode de prélèvement

Utilisation du cyclone pour le prélèvement d’aérosols

Un dispositif de prélèvement :

Dispositif N°1
  • Type dispositif

    CASSETTE 25 mm 2 pièces;SELECTEUR de PARTICULES ALVEOLAIRES (CycloneDORR-OLIVER)
  • Support ou substrat de collecte

    • FILTRE PVC Acrylonitrile
    • TAMPON EN CELLULOSE
  • Préparation du substrat

    Les filtres PVC sont tarés avec repérage des faces.

  • Commentaires, conseils et consignes

               

     


    Ne pas retourner le cyclone tant que le système porte-filtre est solidaire de l'ensemble.

     

Conditions de prélèvement

  • Débit de prélèvement (L/min)

    1,7

Pompe de prélèvement

  • Pompe à débit de 1 à 5 L/min compensant les fortes pertes de charges (sup, à 20 pouces d'eau)


Préparation des dispositifs de prélèvement en vue d’une intervention en entreprise

Méthode d'analyse

Principe général de l'analyse en laboratoire

Préparation d'analyse

  • Nombre d'étapes de préparation

    1
  • Conditions de conservation échantillon préparé avant analyse

    Après la filtration, le filtre peut-être conditionné 12 h en salle de balance et pesé pour estimer les pertes éventuelles lors de la filtration.

Une étape de préparation :
Étape de préparation N°1
  • Autres conditions de préparation

    Détermination gravimétrique des échantillons prélevés

    La détermination gravimétrique de la masse des particules prélevées est réalisée selon la méthode Aérosols en fraction alvéolaire sur cyclone.

    Traitement des filtres issus de prélèvements sur cyclone et cassette porte-filtre

    Les filtres actifs sur lesquels la densité de dépôt est inférieure à 0,6 mg/cm2 sont placés directement sur un porte-échantillon de l'appareil à rayons X.

    Si la densité de dépôt de particules sur le filtre est supérieure à 0,6 mg/cm2, les filtres sont traités comme suit :

    • Placer le filtre dans un bécher approprié, le passer au four à plasma à basse température et calciner selon les recommandations du fabricant.
    • Après calcination verser 10 mL d'isopropanol dans le bécher.
    • Couvrir le bécher avec un verre de montre et passer aux ultrasons pendant au moins 3 minutes. Renouveler l'opération si toutes les particules ne sont pas en suspension.
    • Filtrer la suspension obtenue ainsi que la solution de rinçage (isopropanol) du bécher et du verre de montre sur un filtre en polycarbonate taré.
    • Monter ensuite le filtre dans un porte-échantillon de l'appareil à rayons X.
    • Effectuer une correction des effets de matrice en plaçant le filtre en polycarbonate sur un filtre ou support métallique présentant peu de raies X (par exemple une pastille support en aluminium).

     

    Remarque-

          Traiter les échantillons servant de blancs de laboratoire de la même façon.

     

Une condition analytique :

Condition analytique N°1
  • Technique analytique

    • DIFFRACTION DES RAYONS X
    • GRAVIMETRIE
  • Détecteur

    • DIFFRACTION DES RAYONS X
  • Commentaires, conseils ou condition particulières

    Réglage de l'appareil à rayons X
    et paramètres de fonctionnement
    • Régler l'appareil en fonction de ses caractéristiques et des préconisations du constructeur. Déterminer tous les paramètres nécessaires à la répétition de l'essai dans les mêmes conditions et relever les valeurs adoptées.
    • Une analyse qualitative est réalisée sur un spectre de diffraction enregistré sur un domaine angulaire étendu. L'analyse quantitative est effectuée sur les raies correspondant aux distances inter-réticulaires d du quartz (3,34 Å, 4,26 Å, 1,82 Å et 1,54 Å) ; de la cristobalite (4,04 Å, 2,49 Å, 2,47 Å et 2.84 Å) ; et de la tridymite (4,11 Å , 4,33 Å et 3.82 Å).

    Remarques

    -  La seconde raie du quartz présente une intensité d'environ 20 % de la raie principale.

    -  La présence de quartz est fréquente sur les filtres, la cristobalite et la tridymite sont plus rares (respectivement 10 % et moins de 1 % des cas).

    -  Effectuer l'analyse quantitative sur une raie non interférée.

    Interférences

    Elles sont dues à la présence dans l'échantillon de composés dont certaines raies de diffraction coïncident ou sont très proches de celles du quartz ou de la cristobalite (par exemple : silicate de calcium, kaolin, biotite).

     

Étalonnage et expression des résultats

La méthode d'étalonnage indiquée est celle utilisée lors du développement. Elle n'a cependant pas de caractère obligatoire

  • Principe d'étalonnage

    externe
  • Commentaires

    Préparation des étalons
    Comparaison étalon certifié/étalon secondaire
    • Les étalons sont réalisés à l'aide d'un étalon secondaire raccordé à un étalon de silice certifié. L'intensité des raies augmentant avec la taille des particules, ces étalons doivent être de granulométrie proche pour pouvoir être comparés sinon l'influence de la granulométrie doit être étudiée.
    • Cette étape est réalisée à l'aide du montage ci-dessous dont l'intérêt est de réduire le plus possible la quantité de matière nécessaire, la quantité d'étalon certifié étant toujours très limitée.
    • Les dimensions sont données à titre indicatif.

     

    Mode opératoire

    • Repérer les faces des filtres à l'œil nu ou suivant la méthode décrite dans les données complémentaires.
    • Préparer les filtres (neutralisation de l'électricité statique…) et les peser conformément à la méthode Aérosols en fraction alvéolaire sur cyclone.
    • Placer un dispositif de prélèvement (cyclone et cassette porte-filtre) dans la chambre d'empoussièrement. Relier ce système à une pompe à débit régulé à 1,7 L/min (± 5 %).
    • Générer de la poussière de silice (dans un premier temps l'étalon certifié puis l'étalon secondaire).
    • Attendre l'homogénéisation de la chambre, puis prélever à des temps définis de façon à obtenir des dépôts de silice de masse croissante.
    • Après prélèvement, nettoyer l'extérieur du dispositif de prélèvement, séparer le cyclone de la cassette et boucher la cassette.

    Remarques

    -  Ces manipulations doivent être réalisées en maintenant l'ensemble en position normale de fonctionnement et en évitant les chocs.

    -  Le cyclone devra être nettoyé par aspiration des poussières à l'aide d'un aspirateur contenant "un filtre absolu" ou tout autre système permettant de limiter l'exposition. Cette étape permet d'éviter une accumulation de particules sur les parois du cyclone qui modifierait ces propriétés.

    • Retirer le filtre de la cassette avec précaution, le conditionner et le peser à nouveau pour avoir la masse exacte de poussière déposée.
    • Analyser en diffraction des rayons X les différents filtres, comparer les résultats obtenus et établir la corrélation entre ces deux étalons

     

    Préparation des filtres étalons  (pour filtres actifs peu chargés <0,6 mg/cm2)

    Les filtres étalons sont préparés par génération de l'étalon secondaire selon le montage ci-dessous. Ce montage contrairement au précédent nécessite une quantité d'étalon secondaire supérieure.
    Il permet de mieux contrôler la concentration de poussière et d'effectuer plus de 8 prélèvements au lieu de 4.

    Les dimensions sont données à titre indicatif.

     

     

    Mode opératoire

    Il est similaire à celui utilisé pour raccorder l'étalon secondaire à l'étalon certifié.

    • Repérer les faces des filtres.
    • Préparer et peser les filtres.
    • Placer un dispositif de prélèvement dans la chambre d'empoussièrement. Relier ce système à une pompe à débit régulé à 1,7 L/min (± 5 %).
    • Placer également un cyclone seul et le relier à un compteur de particules (Miniram). L'indication donnée servira :

    -  à repérer l'homogénéité dans la chambre,

    -  à maintenir une concentration constante en modifiant la vitesse d'ascension du piston suivant l'indication du Miniram.

    • Générer de la poussière de silice.
    • Attendre l'homogénéisation de la chambre, puis prélever à des temps définis de façon à obtenir des dépôts de silice de masse croissante de 0 à 1,5 mg, en maintenant la concentration constante dans la chambre.
    • Après prélèvement, nettoyer l'extérieur du dispositif de prélèvement, séparer le cyclone de la cassette et boucher la cassette pour éviter toute pollution avant la seconde pesée.
    • Au laboratoire, retirer le filtre de la cassette avec précaution, le conditionner et le peser à nouveau pour avoir la masse exacte de poussière déposée.

    Ces filtres seront ensuite analysés en diffraction des rayons X.

     

    Préparation des filtres étalons (pour filtres actifs trop chargés > 0,6 mg/cm2)
    • Peser la silice cristalline alvéolaire et ajouter 1,5 mg de fluorure de calcium.
    •  Disposer l’ensemble dans un bécher avec 10 mL d'isopropanol.
    • Couvrir le bécher avec un verre de montre et passer aux ultrasons pendant au moins 3 minutes. Renouveler l'opération si toutes les particules ne sont pas en suspension.
    • Filtrer la suspension obtenue ainsi que la solution de rinçage (isopropanol) du bécher et du verre de montre sur un filtre polycarbonate taré.
    • Conditionner le filtre et le peser. Tenir compte des éventuelles pertes pour déterminer la masse réelle de silice cristalline.
    • Monter ensuite le filtre dans un porte-échantillon de l'appareil à rayons X.
    • Effectuer une correction des effets de matrice en plaçant le filtre en polycarbonate sur un filtre ou support métallique présentant peu de raies X (par exemple une pastille support en aluminium- Cf données de validation - compléments).

    La gamme de chargement à réaliser est de 1 à environ 8 mg sur des filtres en polycarbonate de diamètre de pore 0,4 µm.

     

    Étalonnage

    Analyser au moins 10 filtres étalons et plusieurs blancs de laboratoire. établir la relation entre l'intensité des raies de diffraction et la masse de matière présente sur le filtre.

    Tracer les courbes d'étalonnage.

    Remarque
    L'étalonnage est fait régulièrement (par exemple tous les deux ans) à l'occasion du changement de tube de rayons X. La dérive du tube est corrigée à l'aide d'un échantillon de silicium polycristallin qui est analysé au moment de l'étalonnage et au moment du mesurage.

     

    Dosage

    Mesurer l'intensité des raies des échantillons (nombre de coups enregistrés – bruit de fond). Pour chaque variété de silice, les raies sont explorées dans le sens des intensités relatives décroissantes. Si le nombre de coups comptés sur une raie n'est pas statistiquement différent du bruit de fond, les autres raies ne seront pas examinées.

     

  • Calcul de la quantité de substance sur le dispositif

    La concentration de silice cristalline C (mg/m3) dans l'air échantillonné est donnée par :

    avec :

    : intensité pour la phase j de la raie de diffraction i (principale non interférée), en coups degrés (2θ) par seconde, portée à la puissance

     : coefficients de la régression polynomiale (3e degré maximum) déterminés par étalonnage, pour la puissance a de la phase j de la raie de diffraction i. Seuls les coefficients significativement différents de 0 (≤ 5 %) sont pris en compte

    I0Si : intensité de la raie d'indices de Miller 100 de l'échantillon de silicium, mesurée lors de l'étalonnage, en (coups/seconde)*degrés

    ISi : intensité de la raie d'indices de Miller 100 de l'échantillon de silicium, enregistrée lors du mesurage, en (coups/seconde)*degrés

    VA : volume d'air échantillonné, en m3

     

    Remarque
    - Si des effets de matrice ont été corrigés, multiplier la concentration par le facteur de correction d'adsorption de la matrice.

    - Le comptage du blanc de laboratoire doit toujours être inférieur à la LQ, si non, identifier le problème.

Bibliographie

- NF X 43-296. Juin 1995. - Détermination par rayons X de la fraction conventionnelle alvéolaire de la silice cristalline. Échantillonnage sur membrane. La Plaine Saint-Denis, AFNOR, 1995, 19 p.

- NF X 43-259. Mai 1990. - Prélèvement individuel ou à poste fixe de la fraction alvéolaire de la pollution particulaire. Méthode de séparation par cyclone 10 mm. La Plaine Saint Denis, AFNOR, 1990, 15 p.

- D. LORBERAU, P. CARSEY, J. FISCHBACH, J. MULLIGAN. - Evaluation of direct-on-filter methods for the determination of respirable a-quartz. Applied occupational and environmental hygiene, 1990, 5 (1), pp. 27-35.

- Décret n° 97-331 du 10 avril 1997 relatif à la protection de certains travailleurs exposés à l'inhalation de poussières siliceuses sur les lieux de travail. Journal officiel du 12 avril 1997,p. 5578.

- NF X 43-295. Juin 1995. - Détermination par rayons X de la fraction conventionnelle alvéolaire de la silice cristalline. Échantillonnage par dispositif à coupelle rotative. Paris-La-Défense, AFNOR, 1995, 18 p.

- C.EYPERT-BLAISON, J.C.MOULUT, T.LECAQUE, F.MARC, E.KAUFFER : Validation of analysis of respirable crystalline (quartz) in foams used with .CIP10-R sampler. Ann.Occup.Hyg. Vol55, N°4, pp357-368, 2011.

- NF X 43-262. Mars 2012. - Air des lieux de travail – Prélèvement d’aérosols solides à l’aide d’une coupelle rotative (fractions alvéolaire, thoracique et inhalable) ; La Plaine Saint-Denis, AFNOR, 2012, 19 p.

- NF EN 482. Juillet 2012. – Exigences générales concernant les performances des procédures de mesure des agents chimiques. La Plaine Saint-Denis, AFNOR, 2012, 18 p.

 

Historique

Version

Date

Modification(s) faisant l’objet
de la nouvelle version

Paragraphes
concernés

049

15/04/1999

Création

 

049/V01

 

15/09/2005

 

Nouvelle présentation

Suppression de l'annexe 2 (intercalaire en aluminium
et grille inox)

Annexe 3 devient annexe 2

Historique



Prélèvement
Matériel de prélèvement
 

049/V02.01

2013

Révision de la terminologie

 

Cas des échantillons prélevés par CIP10R :

- Conditions de prélèvement

- Préparation des filtres étalons

- Traitement des échantillons

Ajout de références bibliographiques

Modification de l’annexe 1

Ajout des annexes 3, 4 et 5

Tous

 

Tous

M-158/V01

 

Novembre 2015

 

Mise en ligne

Prélèvement cyclone

Analyse diffraction X

 

 

Date de mise à jour : juillet 2016

Ancien numéro de fiche MétroPol : 049