大氣顆粒物中重金屬監測技術與方法的探討

摘要：隨著工業現代化發展，人類生活和工作產生了大量廢氣，對大氣環境構成了嚴重的污染。其中最為突出的就是重金屬污染，污染物能夠通過降水、沉淀到地表土壤，被植物吸收后不會被分解，當人類、動物食用后沉積在人體當中，構成了長久性危害。加強對大氣顆粒物中重金屬的監測，能夠及時發現重金屬在大氣顆粒物中的比例，并采取相應措施加以治理。文章分析大氣顆粒物中重金屬污染來源與特征，深入探討大氣顆粒物中重金屬監測技術與方法，旨在進一步豐富監測方法。

關鍵詞：大氣顆粒物；重金屬；監測技術；方法

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）04-0194-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.093

Abstract： With the development of industrial modernization， human life and work have produced a lot of waste gas， which has caused serious pollution to the atmospheric environment. One of the most prominent is the heavy metal pollution， pollutants can be precipitation， precipitation to the surface soil， the plant will not be absorbed after the absorption， when humans， animals， after eating in the human body which constitutes a long-term hazards. Strengthen the monitoring of heavy metals in atmospheric particles， can be found in heavy metals in the proportion of atmospheric particles， and take appropriate measures to be treated. This paper analyzes the sources and characteristics of heavy metal pollution in atmospheric particulate matter， and discusses the technology and method of heavy metal monitoring in atmospheric particles， and aims to further enrich the monitoring method.

Key words： Atmosphericparticulatematter； Heavy metal； Monitoring technology； Method

近年來，社會經濟得到了長足發展，但空氣污染狀況也愈發嚴峻，呈現出區域性、復合性等特點，尤其是重金屬污染，源于工業生產、汽車尾氣等，懸浮于大氣當中，對人體健康構成了極大的危害。其中鉛、砷等重金屬在體內潛伏，對人體呼吸系統、心血管構成極大危害，加強對重金屬的監測成為一項重要工作。當前，我國大氣顆粒物重金屬測定技術不夠完善，且質量管理體系有待進一步優化。

1 大氣顆粒物中重金屬污染來源與特征

我國大氣重金屬污染主要源于多個方面，如煤炭燃燒、汽車尾氣、焚燒垃圾秸稈等，上述活動產生的細微顆粒物會懸浮于空氣當中，其中一些重金屬包括Cd、Zn、Ph等，任何一種重金屬都會威脅到人體健康。如鉛污染源于廢舊電池、冶金行業等，鎘污染則出現在采礦、化工等行業。

污染源產生的重金屬會隨著氣象條件，進行遷移和轉換，控制難度較大。這些重金屬污染，一般無法得到有效降解，具有生物富集、毒性持續等特點，如果進入到生態環境當中，會成為潛在污染物質，并在自然環境當中進行不同價態轉換，無法被現有生物鏈分解。甚至一些重金屬攝入過多，會誘發各類疾病。各類重金屬污染物都具有獨特性，能夠進行催化和協同。在大氣中，重金屬會在降水、氧化等作用下催生出其他污染物，進入到植物和動物體內，持續爆發毒性。我國南北方城市生活方式有所差別，導致污染程度也受到了影響，且隨著季節的變化，重金屬污染物分布變化也會受到一定影響。如北方冬季寒冷，群眾取暖時燃燒大量煤炭，導致重金屬含量也隨之增加。在研究中發現，大氣污染物粒徑越小，含有的重金屬成分也越高，對人體的危害也隨之增加。加之重金屬處于不同環境狀態當中，毒性也有所差別[1]。可見，大氣中的重金屬污染物對人類社會未來發展的影響非常大，在環保理念下，加強對大氣顆粒物重金屬的監測和治理迫在眉睫。

2 大氣顆粒物中重金屬監測技術與方法

2.1 樣品采集

按照采樣標準，在樣品采集中可以選擇不同粒徑的采樣器，并參考具體規范，在采集器入口與地面之間保持1.5m。一般來說，我們不適用玻璃纖維濾膜，主要是其自身含有硅鋁酸鹽、雜質金屬，且不適用于硝酸濕法。因此可以選擇聚氯乙烯、醋酸纖維等作為濾膜。目前，采樣主要由兩類樣品，具體來說：

一方面，無組織排放樣品，依據HJ/T55-2000方法設置監測點，判斷氣象條件，以此來計算監測結果。在設置監測點時，要設置在污染源的下風向，并確定達到最高濃度時進行采樣。其中濃度主要是監控點與對照點之間的差別。

另一方面，環境空氣樣品，針對采樣點的設置，要堅持代表性、可比性等原則，通過對環境空氣質量評價城市點、路邊交通點等進行監測，以此來獲取更加客觀的樣品，為后續監測奠定基礎。

2.2 樣品前處理

①酸浸提法

通常來說，是利用HNO3、H2SO4等酸體低溫加熱、或者通過震蕩進行提取。該方法與全分解法不同的地方在于，不需要加熱，且不需要HF，能夠有效提高處理有效性。國外對于該方法的應用較為普遍，而在我國并不常見。能夠分解硅酸鹽的酸只有HF，顆粒物中的金屬元素難以快速溶解出來，相對容易溶出的有Zn、Cu等元素，因此可以應用該方法，能夠提高操作便利性，溶出更多大部分金屬元素，為后續重金屬監測提供支持。如一些學者利用5%的硝酸對采樣濾膜進行超聲浸提，并配合原子吸收法測定大氣顆粒物當中含有Pb、Cd，結果證明，兩種元素的濃度，與全消解液非常接近，回收率高達98%，可見該方法快速、準確。但現有理論研究中針對前處理方法的成果較少，處于空白階段。

②全消解法

常見的消解法有Na（OH）、KHSO4等，在消解過程中，從樣品中取出一半放到鎳坩堝中，同時將馬沸爐低溫加熱到300℃，保持40分鐘后，當溫度達到550℃時，樣品開始出現灰化現象，再保持一段時間恒溫，然后進行冷卻處理，加入無水乙醇等繼續加熱，十分鐘后將樣品從中取出。然后放入到2mL鹽酸試管中，運用少量的鹽酸對坩堝進行沖洗處理，洗液倒入到容量瓶中稀釋。該方法對于K、Fe、Na等重金屬的稀釋較為適用，能夠提高稀釋效率。

消解技術發展到今天，微波消解已經充分展現它獨有的優勢，與電熱板消解方式相比，適用范圍廣，即便是針對泡沫樣品，也不會影響樣品制備。加上現代技術的支持，壓力、溫度控制系統的輔助下，能夠有效存儲制樣。

③酸溶法

作為前處理方法之一的酸溶法，是當前普及度較高的方法，無論是精密度、還是便利性都符合現實要求。經過大量實踐，其中HNO3等消解法操作較為便利，且金屬溶出率更高，最高能夠達到90%，消解完全，且具有較好的重現性特點。通常情況下，消解方法有微波與電熱板兩種消解方法。隨著現代技術不斷發展，先進技術的應用，前者優勢更加明顯，并成為顆粒物前處理的重要方法，相比之下，微波消解能夠縮短時間90%，且適用范圍較廣，在自動化技術控制下，能夠確保壓力、溫度保持在合理范圍，以此來優化制樣質量。

2.3 測定方法

當前，對于顆粒物中地重金屬，可以利用無機測定方法，如分光光度法、中子活化法等。分光光度法由于檢出限高，操作相對繁瑣，應用較少。原子吸收光譜法，準確度等較高，且投入成本較少，但其缺陷表現在勞動強度大、效率低等[2]。X射線熒光光譜法無損、反應速度快，前處理要求不高，是一種全新的測量方法，應用前景較為廣闊。原子熒光光度法檢出較原子吸收法較低，且譜線更為清晰，干擾少，但缺點是金屬種類有限。上述方法的共同特點是能夠對單元素進行監測，無法實現對多元素的監測，我們要積極研發具有普適性特點的大氣顆粒物重金屬監測方法非常重要。

2.4 質量保證與控制

針對顆粒物重金屬監測，可以通過布點至監測結束全過程，根據影像分析準確度因素構建與監測方法同步的質量監控體系。具體來說：

首先，布點。針對不同顆粒物樣品，制定相應的布點方式，按照HJ664-2013標準，在代表性、可比性等原則指導下，設置背景點、評價點等不同性質的監測點。無組織排放顆粒物、固定污染源排放顆粒物要按照對應的規范設置監測點，從而提高監測全面性。

其次，空白試驗。監測方法采用的空白主要有校準、試劑及樣品三種。其中第一種要與稀釋標準品運用的空白一致，且濃度測定值要在檢出限以內。第二種測定值誤差要在50%以內，且至少保證兩個試劑空白[3]。除此之外，濾膜材質等后續處理工作也要給予足夠的重視。采樣選擇的玻璃纖維等濾膜對粒徑大于0.3μm顆粒物阻留效率不能夠超過99%。

采樣設備在使用一段時間后，要進行檢定校準，采樣前，要通過流量、氣密性檢查。在采樣過程中，要盡可能從中選擇10%～20%的樣品，進行平行樣測定，以657-2013為參考依據。在現場采樣后，要及時記錄數據信息備份并送至實驗室。

最后，實驗室分析。作為最后環節，為了確保樣品運送、保存等過程免受影響，分析樣品時，要同時測定現場空白。一般情況下，應保持每批樣品空白樣在2個以上，如果遇到空白值不穩定情況，要反復測量。對于前處理過程中選用的酸，要確保其能夠達到優級純，以免對監測產生過多影響。除此之外，還要采用標準曲線法，確保足夠標準系列點數，繪制相應的回歸方程[4]。濾膜稱量要在恒溫恒濕實驗室中開展，使得采樣前后稱量保持一致性。儀器設備是監測工作有序開展的基礎，要使其保持在正常狀態下，如微波消解設備功率等都需要進行針對性校正。涉及一些大型設備，要確保其能夠定期進行檢驗，使其靈敏度、檢出限等都能夠在合理范圍之內。

3 結論

根據上文所述，隨著我國環保工作不斷推進，針對大氣顆粒物中重金屬的監測也將持續深化。目前，現有測定方法主要集中在單元素分析方法，如原子吸收、原子熒光等方法，但由于前處理方法難度較大，通過電熱板方式進行制備，無形中增加了試劑消耗量，且消解時間過長。隨著近年來，來源解析等工作不斷發展，微波等快速便捷前處理方法得到了廣泛關注，且優勢愈發明顯，為重金屬監測工作進一步開展提供了極大的支持。未來，科學技術不斷發展，針對重金屬監測技術我們要投入更多時間和精力，不斷創新監測方法，能夠及時發現大氣顆粒物中含有的重金屬種類、含量等要素，并制定針對性治理對策，從而為人們創建和諧的生存環境。

參考文獻

[1]方哲，陳吉文，胡少成，等.基于X射線熒光光譜的大氣重金屬在線分析方法的評估及應用[J].冶金分析，2015，（03）：1-6.

[2]張霖琳，薛荔棟，滕恩江，等.中國大氣顆粒物中重金屬監測技術與方法綜述[J].生態環境學報，2015，（03）：533-538.

[3]龐博，吉東生，劉子銳，等.大氣細顆粒物中有機碳和元素碳監測方法對比[J].環境科學，2016，（04）：1230-1239.

[4]朱奕，葛飛，許雄飛.微波消解ICP-OES法同時測定總懸浮顆粒物中多種重金屬[J].環境科學導刊，2013，（02）：112-115.

作者簡介：龔偉能（1989-），男，福建安溪泉州市洛江區環境監測站助理工程師，本科，研究方向為環境監測。