環境空氣顆粒物中重金屬元素分布特征及檢測方法

袁慧敏，郭芳茹，王偉娜

（山東鼎安檢測技術有限公司，山東 濟南 250032）

環境空氣中的顆粒物是指在大氣環境下，均勻分散在氣溶膠體系內中的非氣體形式的固狀物，通常情況下以固狀顆?；蛞簯B膠體形式存在，氣溶膠體系是大氣環境中結構較復雜分布相對不均勻的體系。TSP是對懸浮在空氣中顆粒物的總稱，其顆粒物直徑大約在100μm之內，直徑的大小是評價環境空氣質量好壞的關鍵指標。環境空氣中可吸入的顆粒物直徑通常小于10μm，這些顆粒物中重金屬元素的危害最大，相關調查數據表明，若人體長期處于重金屬元素超標的大氣環境中，顆粒物在人體呼吸系統中長期積累，會造成肺器官的功能衰竭等一系列呼吸系統疾病，尤其對于兒童、老人或自身免疫力系統功能較低的人來說，患病幾率更高，必須予以重視并嚴密監控。通過研究環境空氣中重金屬元素的分布特性，發現其存在規律，為有針對性治理提供依據。

1 環境空氣顆粒物中重金屬元素分布特征

1.1 依照時間變化分析重金屬元素在大氣中的分布特征

隨著工業技術的發展，重金屬元素的排放量呈現逐年遞增的趨勢。根據相關調查數據顯示，季節變化是環境空氣顆粒物中重金屬元素的含量高低的關鍵影響因素，由于夏季為雨水多發季節，降雨量是改善環境空氣質量的重要因素，因此顆粒物中的重金屬元素含量明顯比冬季環境空氣顆粒物中的重金屬元素含量低，對應的空氣質量要高[1]。相應的，由于冬季為采暖期，大量煤礦的燃燒會釋放廢氣廢渣，推高了金屬元素在大氣環境中的含量。

1.2 依照區域性分析重金屬元素在大氣中的分布特征

隨著經濟市場的工業化發展，工廠所排放的大量含有重金屬元素的廢渣也對環境空氣質量造成很大的影響，大氣顆粒物中所含的重金屬元素主要有鈹、銅、鋅、鋁、錳等，在諸多的重金屬元素中，Al、Pb、Zn三種金屬元素含量最高；Mg、U、Ti金屬元素含量最低。其中工業區域內環境空氣顆粒物中重金屬元素的含量要高于城市居民區域，主要含Al、Cu、Zn、Mn等工業金屬，根據環境空氣中具體重金屬元素所占比例的大小與顆粒物在空氣中的濃度可得出環境空氣顆粒物中所含重金屬元素的質量分數，質量分數是衡量環境空氣中重金屬分布特征的最直接的體現，具體計算如下公式所示。

如上述公式所示，T為環境空氣中具體重金屬元素所占比例的大小，D為顆粒物在空氣中的所占濃度，根據上述公式可計算出具體某一重金屬元素B在環境空氣中的質量分數w，依照鈹、銅、鋅、鋁、錳等金屬元素在環境空氣中的分布情況，對其金屬元素的質量分數進行相應的計算，結果如下表1所示。

表1 環境空氣顆粒物中重金屬元素質量分數

分析表1的數據，環境空氣顆粒物中所含重金屬元素對應的質量分數，重金屬元素Zn在環境空氣中的分布最高，對環境造成的污染程度最高，依次為鈹、銅、錳等，因此工業密集區域環境空氣顆粒物重金屬元素超標嚴重，非工業區環境空氣質量較好。

2 環境空氣顆粒物中重金屬元素檢測方法

根據上述對環境空氣顆粒物中重金屬元素的分布特征分析，針對環境空氣中重金屬含量高區域，采用如圖1所示的重金屬元素檢測方法分析。

根據環境空氣重金屬元素檢測流程，首先選取合理的環境空氣顆粒物監測點，監測點需具有較強的代表性，以檢測點為中心，50m之內為檢測半徑，圈定待檢測的區域，提取環境空氣樣本。其次使用“全消解”的方法進行樣本顆粒物中重金屬元素的檢測[2]。第一步將提取的樣本進行濾膜過濾，收集大氣中的顆粒物，將顆粒物樣本放置于馬沸爐設備內，將設備升溫至300oC，保持此溫度30min～40min，將設備溫度持續升高至525℃～555℃，對設備內樣本進行灰化處理，經30min～40min后，觀察設備內樣本直到顏色與土壤顏色相近時，將設備內樣品取出放置室溫下進行冷卻處理。在處理后的樣本中滴入3～5滴97%濃度以上的酒精溶液，樣品與溶液完全混合后，根據樣本質量，加入0.05g～0.25gNaOH固體試劑。

圖1 重金屬元素檢測流程

將樣品二次放入馬沸爐設備中，將設備升溫至500oC，大約需要5min～15min后，待放置的樣本試劑完全溶解。最后取出設備熔爐放置10min～15min，在樣本中加入5ml～10ml約90℃的熱水，在加熱設備上不斷攪拌并提純，同時準備2ml～5ml的HCl溶液放置在透明試管中，將混合液析出的晶體放入試管中與鹽酸溶液進行混合，使用少量的0.1moL/L-1HCL進行設備熔爐的沖洗，將沖洗后的溶液放在燒瓶中與晶體溶液一同稀釋至50ml/cm3，將混合液搖勻，使用滴管在ICP-MS設備上進行少量多次的檢測，依照不同金屬在設備中呈現的光譜形態不同，分析對應金屬元素的含量。上述方法對于鈉、鎂、鐵、鉀、鈣等常用金屬元素均適用。

3 結論

文章對環境空氣顆粒物中重金屬元素分布特征展開了分析，依照時間性及區域性進行重金屬分布特征的研究，結合金屬檢測設備進行環境空氣顆粒物中重金屬元素的檢測方法研究。結合文章上述的分析，空氣中Zn、Pb金屬元素的含量較高，重金屬元素帶來的不僅僅是對大氣環境的污染，同時受到影響的還有水質、土壤等相關的生態化問題，政府應當加大對環境空氣顆粒物中重金屬元素的監督管理問題，為建設可持續發展的生態化城市提供技術指導。