冶煉廠周邊空氣懸浮顆粒中的重金屬成分分析

胡仲怡

（湖南省交通科學研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

大氣樣品中的元素分析方法中，電感耦合等離子體質譜法是最廣泛使用的，具有高靈敏度，低檢測限和寬線性范圍。特別是對于多元素可同時測定。用于測定大氣中TSP的重金屬元素具有明顯的優(yōu)勢。在冶煉廠周邊存在污染空氣中進行抽樣，以此對其中的重金屬元素進行研究。對收集到的顆粒物使用ICP-MS進行測定，并采用富集法對重金屬元素特征進行分析。

1 實驗部分

1.1 采樣

主要儀器設備：大氣采樣設備使用青島嶗應2030型中流量智能TSP采樣器，采樣流量參數設定：100L/min，采樣期間每日20小時連續(xù)采樣，因為采樣區(qū)域受冶煉廠排放廢棄物污染較為嚴重，為了預防濾膜完全堵塞，采樣過程中每10h更換一次濾膜。

采樣膜使用規(guī)格為φ90 mm石英纖濾膜，將膜置于恒溫恒濕室中至少24小時進行平衡，然后稱重至恒重（兩次稱量誤差小于0.0002g）。

在采樣過程中記錄標準條件下的采樣體積V和相關的氣象參數。實驗室用水使用超純水，電阻率大于18MΩ·cm。

收集樣品后，將灰塵表面向內折疊兩次并放入樣品盒中，同時以保護其免受光照。將樣品保存在15℃～20℃的恒溫恒濕環(huán)境中。待樣品恒重后，記錄其重量。

元素分析儀器為電感耦合等離子體質譜儀采用安捷倫7500a型，其工作參數如下，功率（kW）1.5；采樣深度（mm）：7.0；樣品提升速度（r/s）：0.1；霧化室溫度（℃）：2；重復次數（次）：3；載氣流量（L/min）：1.14；單個元素積分時間（s）：0.5；分辨率（μm）：100。

1.2 樣品分析

樣品制備：用陶瓷剪刀將過濾膜剪切成小塊并置于燒杯中。

加入10.0ml硝酸-鹽酸的混合溶液，使濾膜浸沒其中，用表面皿蓋住，在100℃回流加熱2.0小時，然后冷卻。用超純水沖洗燒杯內壁，加入約10ml超純水，將混合物靜置半小時進行浸出，并將體積定容至50.0ml。離心后，取上清液進行測定。

1.3 測定與結果

為檢驗儀器設備的檢驗檢測精度，每份樣品連續(xù)測量3次。

同時，為了確保檢測的準確性，同時檢測了國家標準物質中的銅，鉛，鐵，錳，鉻的含量。測定結果如下：銅：0.495μg/ml（不確定度：0.497±0.007）； 鉛 ：0.697μg/ml（不確定度 ：0.699±0.004）；鐵 ：1.599μg/ml（不確定度 ：1.598±0.004）；錳 ：0.503μg/ml（ 不確定度：0.501±0.003）；鉻：0.494μg/ml（不確定度：0.499±0.006）。

以上測定結果均滿足標準物質不確定度區(qū)間值范圍，可以認為樣品的測定結果準確性有效。

確定總懸浮顆粒物質量濃度的方法根據《GBT15432-1995環(huán)境空氣總懸浮顆粒重量法》進行轉換，采樣體積轉換為采樣體積轉換為標準狀態(tài)（101.325 kPa），273 K）。

經計算，冶煉廠周邊空氣中總懸浮顆粒物重金屬含量值結果如下。

表1 樣品測定結果（ng/m3）

2 數據處理與分析

2.1 空氣質量AQI值

2017年12月5日與12月23日、2018年11月30日與12月1日空氣質量（AQI）為 ：222、202、211、319。

2.2 元素富集因子

元素富集因子是指示大氣顆粒中元素富集程度的方法，以及用于判斷和評估顆粒中元素來源（天然來源和人為來源）的方法。一般來說，當該值超過10，既可以判斷該元素的富集是由于冶煉廠的生產造成的污染。相關“背景”中的元素濃度選自中國土壤背景值。富集因子結果如下：銅：11.2；鉛：17.5；鐵：1.8；錳：6.5；鉻：61.7。

由富集因子可知，冶煉廠周邊空氣中的重金屬元素銅、鉛、鉻元素的富集因子均大于10，其中鉻元素受人工活動影響最大。鐵元素與錳元素相對受人工活動影響較小。

3 結論

通過對某冶煉廠近兩年周邊空氣中總懸浮顆粒物的收集采樣，采用電感耦合等離子體質譜法檢測可知，2017年與2018年重金屬含量濃度排名前五的是：鐵＞鉛＞錳＞銅＞鉻；其中鉻、鉛、銅的富集因子高于10，這三種元素受人工活動影響較為明顯。

這三類重金屬元素污染與冶煉廠生產排放有一定關系，這可能與鉻高富集因子有關，需進一步探索其中的內在關系。