環境空氣顆粒物中重金屬元素分布特征及檢測方法

姜峰

（大連市生態環境事務服務中心，遼寧 大連116023）

一直以來，環境監測及空氣污染治理的效果經常會受到污染物種類復雜分布，不規則分布等特征的限制。近年來，受到大規模工業生產和不合理的尾氣排放等原因影響，環境空氣中的顆粒物種類數量和分布濃度也在逐年攀升。散布在大氣環境中的氣溶膠體系內的固狀物是現階段的首要研究對象。這些固體顆粒和液態膠體是大氣環境中組成結構較為復雜且分布無明顯規律的污染物。通過對顆粒物的直徑大小進行劃分，可為環境空氣質量的好壞建立相應的評價標準。如果環境空氣中可吸入顆粒物的直徑小于10μm 且還夾雜著重金屬元素，則會對人體造成長期而巨大的傷害。如果人體長期處于存在空氣污染的環境中，重金屬元素在呼吸系統中的長期積累會直接影響肺等器官，造成其功能性衰竭等嚴重的系統性疾病。為此，通過環境監測的有效手段對空氣中重金屬元素分布特性及規律進行研究有著重要的現實意義。

1 環境空氣顆粒物中重金屬元素的分布特點

1.1 根據時間變化的重金屬元素分布特點

伴隨著制造業規模的逐年擴大和產量升級，其過程中的重金屬元素排放量也呈現出了明顯的遞增趨勢。相關環境數據統計和分析結果表明，環境空氣中的重金屬元素占比及含量的變化會受季節等因素影響而呈現出一定的規律性。夏季由于降水量較大，自然降水能夠有效改善空氣質量并使空氣中顆粒較大的污染物得到沉降。因此，夏季整體顆粒物中重金屬含量較冬季空氣中會明顯更低。而與此同時，北方地區冬季處于采暖期，大量煤炭化石燃料的燃燒也會向空氣中排放廢氣和大顆粒物。這也會一定程度上增加大氣環境中重金屬元素的含量。這些因時間和季節等外部環境周期性變化而呈現出的規律對于分析環境空氣中顆粒物重金屬元素分布具有一定的價值。

1.2 根據區域性分析重金屬元素的分布特點

我國不同地區的核心經濟產業模式有所差異，重工業發達地區的工業規模通常較大，工廠所排放出的廢氣和廢渣大多含有重金屬元素，這些都會對空氣質量造成極大的影響。一般來說，在大氣環境中附著在顆粒物上的重金屬元素包括鈹、銅、鋅、鋁、錳等。而含量最高的三種金屬元素分別是鋁、鈹和鋅。具體的重金屬元素種類會受到工業生產模式及產品類型的影響。工業區內環境空氣顆粒物重金屬的元素還要遠高于城市密集居住區。通過判斷和分析環境空氣中重金屬元素的種類及占比就能大致獲得重金屬元素分布的特征及規律。通過大量的環境監測數據分析經驗可以總結出重金屬元素占比與其顆粒大小的數量關系。通過換算公式可對重金屬元素的質量分數作出客觀評價。一般來說，在獲得某種具體重金屬元素的占比后，可根據與其質量分數相近的其他金屬元素的對應比例而換算出與之關聯的重金屬元素的占比。根據實際測定的結果來看，工業密集區域的環境空氣顆粒物中的重金屬元素含量嚴重超標。而與之對應的非工業區的環境空氣質量卻總體較好。

2 環境空氣顆粒物中重金屬元素的檢測方法

對于大氣環境顆粒物中重金屬元素的類別分析與含量測定需要結合區域特點及重金屬含量分布規律而制定與之匹配的檢測方案。具體的檢測分析方法要根據重金屬元素的種類及在空氣中的含量占比而選擇相應的檢測儀器和設備。

在檢測過程里，首先要根據環境空氣中重金屬元素的分布特征，制定好科學規范，覆蓋全面的樣本采集點網絡。在確定了環境空氣顆粒物的監測點后，選取具有代表性的區域空氣樣本作為重金屬元素分析的素材。以檢測點為中心，在其周圍50 米范圍內作為檢測半徑,分時段分地點完成采集。這些在實驗室中進行的分析和數據統計工作均需要秉持著客觀性和精確性第一的原則。在具體的操作步驟方面，首先需要將采集到的環境空氣樣本經過濾膜過濾，進而收集到大氣空氣樣本中的顆粒物。再將顆粒物樣本放置于馬沸爐中并設定溫度為300℃左右，持續加熱30 至40 分鐘。之后繼續將設備的溫度調高至550°C左右。此時設備內的樣本顆粒已經經過灰化處理。待30 分鐘左右就可觀察到樣本呈現出的明顯顏色變化。當收集到的顆粒物樣本呈現的顏色與土壤顏色接近時即可將其取出在室溫下進行冷卻。經過上述流程處理的樣本，還需要再滴入三至五滴97%以上濃度的酒精溶液。在其與試劑完全混合后，加入0.05-0.2g 氫氧化鈉固體。待反應完全后，需將樣品第二次置入馬沸爐中并重新加熱。調高溫度至500℃，等待5-15 分鐘后，觀察裝置中的樣本試劑是否完全溶解。待其溶解充分后可以取出設備靜置10 分鐘左右。在樣品試劑充分冷卻后，可向其內部加入10 毫升左右的90°熱水。同時，再次進行外部加熱并伴隨持續的攪拌。這一過程中會不斷有晶體析出。將混合液中析出的晶體收集到試管中并與鹽酸溶液進行混合，最后為了保證樣品中的重金屬元素都被提取出來，可以選用少量的濃度在0.1mol/L的HCL 溶液對熔爐的內壁進行沖洗，沖洗后獲得的溶液也需要在燒瓶中與晶體溶液共同稀釋至50ml/cm3。將收集到的混合液進行充分的搖晃，確保其分布均勻。再用滴管在ICP-MS 設備上進行反復多次的金屬元素含量測定。利用不同種金屬元素在該設備上所呈現出的光譜形態的差異來精準的區分和測定各類重金屬元素的含量及其在樣本中的占比。上述流程及方法可以廣泛的應用于包含鈉、鎂、鉀、鈣等常見金屬元素的樣本顆粒檢測過程中。

結束語

本文著重對環境監測領域空氣顆粒物中重金屬元素分布以含量測定的方式進行了分析和探討。根據重金屬元素分布特征及表現出的典型規律，可以按照時間性和區域性對重金屬分布特征進行差異化和體系化的研究。同時，配合專業的金屬含量檢測設備和儀器，探測空氣顆粒物樣本中各類重金屬元素的含量。結合本文對空氣中重金屬元素含量測定方法的闡述，進一步明確了空氣中鈹、鋅等金屬元素含量的測定方式，有助于提升環境監測及空氣污染治理的針對性和預期應用效果。考慮到存在有重金屬元素的不止包含大氣環境，自然水體和土壤等生態體系也都會受到重金屬元素的污染。為了全面地從生態學角度強化環境監測的有效性，還需要政府及相關部門針對其他生態系統中重金屬元素的測定方式及污染治理辦法設立具有針對性的差異化應對措施和解決方案。進而通過各種先進的技術手段和精準的測量方式，為建設可持續發展的生態環保型社會作出貢獻。