分析化學方法在大氣顆粒物分析中的應用

王茜彤

湖南科技大學

分析化學方法在大氣顆粒物分析中的應用

王茜彤

湖南科技大學

隨著近些年北京、天津等城市霧霾天氣的加重，PM2.5進入了大眾的視野，人們也越來越關注大氣顆粒物給生活帶來的威脅，因此，分析化學作為可以分析研究大氣顆粒成分的有效手段，也得到了長足的應用，本文通過對大量文獻的閱讀，總結了在大氣顆粒物分析中分析化學方法的應用。

分析化學；大氣顆粒物；應用

前言

2013年10月份，在我國中東部分的城市，如北京、天津、江蘇、河南等城市，都出現了導致空氣質量下降、能見度降低、天氣污染情況嚴重的霧霾天氣；并且在2014年的春節期間，我們國家的首都北京，更為嚴重，在整個春節期間，長達十多天由于霧霾的原因無法看見陽光[1]，出門也必須佩戴口罩，因此霧霾對我國來說仍處于一種嚴峻的狀態。與此同時，分析化學近幾年的快速發展與技術進步，也可對于大氣顆粒物進行詳細的分析，以作為決策實施的依據，使措施的實施更具有合理性。

1.大氣顆粒物概述

1.1 大氣顆粒物概念及組成分類。大氣顆粒物即大氣中各種固態或者液態顆粒在空氣中均勻的分散著，因此形成了既龐大又穩定的懸浮大氣氣溶膠體系。這些顆粒的成分包括有機物、無機物還有一些與生命相關的物質。其按照顆粒物的大小進行分類時，可以分為：總顆粒物、可吸入顆粒物、細顆粒物三種，而我們今天所重點研究的就是細顆粒物，即PM2.5，由于這些顆粒可進入人體的肺泡造成傷害，因此更受到大眾的關注，而有效的分析大氣中各種成分的含量分析方法，則有助于對大氣中的成分進行監測。

1.2 PM2.5的產生原因。就PM2.5的產生，有許多原因，此處我們列出集中常見的，首先，是汽車尾氣的排放；其次，是工業廢氣的排放；接著，煤炭等取暖燃料的燃燒氣體的排放；此外，還有道路上汽車路過以及建筑工地在作業時的揚塵；最后是以農作物秸稈或是生活垃圾燃燒產生的廢氣[2]。

2.氣相色譜質譜聯用法測大氣顆粒物中的有機物

2.1 氣相色譜質譜聯用法原理。通過大氣顆粒物智能采樣儀采樣，采樣后再經過超聲提取、旋轉蒸發儀和高純氮氣的濃縮，經過過濾膜過濾，準備打入GC-MS聯用儀檢測分析，經過已有試驗表明，在儀器內的分析時間定為35 min即可以達到試驗分析的要求；在氣相色譜柱的選擇方面，由于大氣顆粒物成分復雜的原因，因此選擇80m的SE-54色譜柱；在儀器進樣口的溫度選擇方面，由于溫度過低會影響反應的進行，溫度過高又會導致樣品中某種成分的揮發，因此，最后將進樣品口的溫度定在300℃即可滿足試驗需要，具體的試驗的參數設置如表2-1所示。

表2-1 GC-MS分析儀器的實驗參數設置表[3]

2.96 1600 100參數（GC）載氣色譜柱手動/自動進樣進樣量進樣口溫度設置值高純氦氣SE-54 100位自動進樣器0.4μL，無分流300℃設置值EI 70eV 230℃15℃Scan柱流量50-550升溫程序1.0ml/min，恒流模式，60℃，2min以6℃/min速度升至300℃持續30min參數（MS）電離方式離子源電壓離子源溫度四極桿溫度Scan/SJM掃描掃描質量范圍掃描頻率倍增器電壓閾值

2.2 結果分析。大氣顆粒物中的有機成分，主要以烷烴和烯烴這兩大類物質為主，此外還包括一些酮類、酯類、醇類物質，并且通過此試驗發現，大氣中顆粒物的成分在春夏兩個季節時有機成分基本相似，而在冬天的時候，雖然仍是以烷烴和烯烴為主，但和春夏季節的種類區別極大。

3.堿熔-電感耦合等離子體發射光譜法測大氣顆粒物中的無機元素

3.1 堿熔-電感耦合等離子體發射光譜法原理。在大氣顆粒物的無機物分析上有許多方法，如活化分析法、X射線熒光光譜法等等，而本文著重強調的是堿熔-電感耦合等離子體發射光譜法的應用，大氣顆粒物采樣儀器采樣，采樣后的樣品濾膜放置于鎳坩堝中，經過升溫繼而持續的恒溫灰化后，加入無水乙醇潤濕，然后再加入固體的NAOH進行熔融，最后加入熱水煮沸提取，提取液置于裝有HCL的試管中稀釋待用。

為了保證灰化后物質的不損失，因此最后的灰化溫度選擇為（550±25）℃為最佳；其次，在灰化時間的選擇上，既要保證灰化達到試驗效果，也要防止過度灰化，所以最終灰化時間定在60min為宜。具體的儀器參數設置和無機元素光譜選擇分別如下表3-1和表3-2所示：

表3 -1等離子體發射光譜儀參數設定[4]

表3 -2無機元素光譜波長選擇設定[4]

3.2 結果分析。通過上述的試驗可以總結出，在應用堿熔-電感耦合等離子體發射光譜法測定大氣顆粒中的無機元素，可以在只進行一次的熔樣里一次性的測出大氣顆粒物中Si、Al、Ca、Mg、Fe等無機元素的測定，并且在原有的測定大氣顆粒物無機元素的試驗基礎上，保證了Si元素的溶解完全，即保證了Si元素的測定的準確性。

結論

本文通過以介紹大氣顆粒物的相關組成成分和分類作為出發點，在眾多的大氣顆粒物成分分析的方法中，選擇了兩種對目前來說相對更為完善的檢測分析大氣顆粒物中有機和無機成分的方法，因此從分析化學方法在大氣顆粒物成分分析中的應用還具有一定的局限性，成分的檢測也未包含生命相關物質，因此還有待在日后的研究中得到改進。但是相信隨著科學的快速發展，分析化學應用的日益廣泛，必將為我國大氣污染物，尤其是霧霾的治理中起到至關重要的作用。

[1]劉曉月.我國霧霾天氣現狀與綜合治理分析[J].科技風,2014（13）：275-275.

[2]楊復沫,馬永亮.細微大氣顆粒物PM2.5及其研究概況[J].世界環境,2000（4）：32-34.

[3]瞿德業,周圍.氣相色譜質譜聯用分析蘭州市大氣顆粒物中的有機成分[C].西北地區色譜年會.2012：3142-3147.

[4]付愛瑞,陳慶芝,羅治定,等.堿熔-電感耦合等離子體發射光譜法測定大氣顆粒物樣品中無機元素[J].巖礦測試,2011,30（6）：751-755.

王茜彤（1994-），女，漢族，河北保定人，本科，研究方向：分析化學。