環(huán)境空氣中汞的直接測定方法研究與應用

梁柱，吳福全，陸家騮，吳光英

(蘇州市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 蘇州 215004)

汞是環(huán)境中一種主要以氣相形式存在的生物毒性極強的重金屬污染物，具有持久性、易遷移性、高度生物累積性和生物放大性的特點，它進入生物體后很難被排出，嚴重威脅人類健康[1-2]。

環(huán)境空氣中汞的測定方法很多，如巰基棉富集-冷原子熒光分光光度法測定環(huán)境空氣中的汞，金汞齊富集-原子吸收法測定居住區(qū)大氣中的汞，冷原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、雙硫腙分光光度法測定工作場所中汞及其化合物等[3-5]。以上方法均需要在現(xiàn)場進行樣品采集、實驗室分析，且其中巰基棉富集-冷原子熒光分光光度法巰基棉的制備、試樣的制備、雙硫腙分光光度法試樣的制備操作繁瑣、重現(xiàn)性差、需用有毒的化學試劑；冷原子吸收法和氫化物發(fā)生-原子熒光法靈敏度、重現(xiàn)性和準確度都很好，但操作較繁瑣[6]。筆者采用金汞齊富集-便攜式測汞儀法，對環(huán)境空氣中的汞進行了直接測定。相較于上述方法，該方法具有簡便、快捷、不使用化學試劑、不使用采樣管、直接測定的優(yōu)點。

1 實驗部分

1.1 原理

根據(jù)汞原子在常溫下會被純金吸附形成金汞齊，在高溫下汞原子重新被釋放并形成汞蒸氣的原理，將待測氣體通過已充填金絲的石英管，氣體中的汞被金絲捕集，然后將石英管加熱至汞被釋放，汞蒸氣進入儀器的吸收池，在低壓汞燈253.7 nm銳線光源的照射激發(fā)下產(chǎn)生熒光，熒光經(jīng)光電倍増管被轉(zhuǎn)換為電信號，信號經(jīng)放大后顯示測量結(jié)果。在一定條件下，熒光強度與汞原子濃度呈正比關系，由此確定被測樣品中汞的濃度。該方法氣路原理見圖1。

圖1 便攜式測汞儀氣路原理

根據(jù)方法測定原理及儀器結(jié)構，該方法適用于測定空氣中氣態(tài)單質(zhì)汞。國內(nèi)外研究表明，大氣中汞的形態(tài)分布以氣態(tài)單質(zhì)汞為主，其含量約占氣態(tài)總汞的95%以上[7]，測定氣態(tài)單質(zhì)汞的濃度對于空氣中汞的濃度具有足夠的代表性。

1.2 主要儀器設備

QM 201 G便攜式測汞儀(蘇州市青安儀器有限公司)；汞蒸氣氣源(內(nèi)含飽和汞蒸氣)；LDY 20型便攜式交直流電源；微量注射器(200 μL)。

1.3 零點校準

為了避免空氣中的汞對零點測定的影響，該方法采用雙富集管設計，利用三通閥控制氣體流向，在測定零點時先將空氣導入前置富集管，去除空氣中的汞后再導入后置富集管進行零點測定。

1.4 標準曲線的制備

測汞儀經(jīng)預熱并用清潔空氣校零后，用微量注射器從飽和汞蒸氣氣源中抽取不同體積的飽和汞蒸氣，在便攜式測汞儀處于取樣階段時，將汞蒸氣自取樣孔注射入測汞儀，測量后讀取信號值。同時記錄環(huán)境溫度，查出該溫度下飽和汞蒸氣濃度，計算出汞蒸氣的進樣量，利用進樣量與儀器信號值繪制標準曲線。

1.5 采樣與分析

利用便攜式交直流電源供電，用便攜式測汞儀在監(jiān)測現(xiàn)場直接對環(huán)境空氣中的汞進行采樣分析。按照“清洗→取樣→測量”的順序依次進行測定。同時記錄監(jiān)測點環(huán)境溫度及大氣壓，換算出標準采樣體積。經(jīng)試驗確定采樣參數(shù)見表1。

表1 測汞儀測量參數(shù)

1.6 結(jié)果計算

標態(tài)采樣體積換算公式：

V0=V×273 /(273+t)×P/1 013

式中：V0——標態(tài)體積，L；V——采樣體積，L；t——環(huán)境溫度，℃；P——大氣壓力，hPa。

空氣中汞的濃度計算公式：

C=X/a/V0

式中：C——空氣中汞的質(zhì)量濃度，μg/m3；X——測汞儀響應值；a——標準曲線斜率；V0——樣品標態(tài)體積，L。

2 結(jié)果與討論

2.1 標準曲線

標準曲線取樣體積、取樣量及測汞儀響應值見表2。

表2 標準曲線數(shù)據(jù)

2.2 檢出限和最低檢出濃度

取10 μL汞蒸氣連續(xù)測定7次，根據(jù)氣溫、氣壓查出汞的質(zhì)量，以測試結(jié)果標準偏差的3.143倍確定其檢出限，4倍檢出限為最低檢出濃度[8]。該方法的檢出限為0.06 ng，最低檢出濃度為0.24 ng。當采氣體積為12 L時，則空氣中汞的檢出限為5 ng/m3。

2.3 精密度試驗

分別取20和100 μL汞蒸氣連續(xù)測定6次，計算其測定結(jié)果的相對標準偏差分別為8.0%和8.4%。

2.4 實際樣品測量結(jié)果

用該方法對蘇州市區(qū)環(huán)境空氣中的汞進行測定，采用8 km×8 km網(wǎng)格布點，監(jiān)測結(jié)果顯示蘇州市區(qū)汞質(zhì)量濃度范圍為0～19 ng/m3，根據(jù)測量結(jié)果繪制出蘇州市區(qū)汞分布圖(圖2)，可以看出，蘇州市區(qū)各主要燃煤電廠及垃圾發(fā)電廠周邊環(huán)境空氣中的汞略高于其他區(qū)域。該研究測定結(jié)果與蘇州市環(huán)境空氣自動監(jiān)測站的監(jiān)測結(jié)果相吻合，與中國其他城市空氣中汞的濃度均處于同一數(shù)量級別。

應用該方法測定蘇州某燃煤電廠周邊環(huán)境空氣中的汞，測定結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，在監(jiān)測日靜風狀態(tài)下，電廠周邊測點至排氣筒的距離由近及遠，汞的濃度逐漸降低。

圖2 蘇州市區(qū)空氣中汞分布

圖3 某電廠周邊汞分布

2.5 注意事項

(1)取樣時注意環(huán)境溫度的變化，必要時記錄每次取樣測定時的環(huán)境溫度。

(2)測定標準曲線時，精確測量汞蒸氣氣源溫度，應將汞蒸氣氣源放置在測試環(huán)境中60 min以

上，保證氣源溫度與環(huán)境溫度相同。取樣時，不要用手長時間握持汞氣瓶，避免汞氣瓶溫度變化。

(3)儀器采樣和測量階段應在靜止狀態(tài)下進行，避免因儀器振動造成測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。

3 結(jié)語

實驗表明，采用金汞齊富集-便攜式測汞儀直接測定環(huán)境空氣中的汞，操作簡便、快捷，無需制備采樣管，可現(xiàn)場直接測定，是直接測定環(huán)境空氣中汞蒸氣濃度的理想方法。

[1] 劉繼峰.汞污染不容忽視 熒光燈低汞化迫在眉睫[N/OL]．中國高新技術產(chǎn)業(yè)導報，2013-11-04[2014-02-21]．http://paper.chinahightech.com.cn/html/2013-11/04/content_4064.htm．

[2] 路文芳，田宇，戰(zhàn)景明，等．我國大氣汞污染對人體健康的影響[J]．環(huán)境與健康雜志，2012，29(8)：761-763．

[3] 環(huán)境保護部．HJ 542-2009 環(huán)境空氣 汞的測定 巰基棉富集-冷原子熒光分光光度法(暫行)[S]．北京：中國環(huán)境科學出版社，2009．

[4] 衛(wèi)生部．GB 8914-88 居住區(qū)大氣中汞衛(wèi)生標準檢驗方法 金汞齊富集-原子吸收法[S]．北京：中國標準出版社，1988．

[5] 衛(wèi)生部．GBZ/T 160.14-2004 工作場所空氣中汞及其化合物的測定方法[S]．北京：中國標準出版社，2004．

[6] 査河霞，于平勝．工作場所空氣中汞及其化合物的直接汞測定法[J].中華勞動衛(wèi)生職業(yè)病雜志,2007，25(11)：684-685．

[7] 劉燕，羅津晶．大氣汞形態(tài)分布的研究進展[J]．環(huán)境科學導刊,2012，31(6)：9-12．

[8] 環(huán)境保護部．HJ 168-2010 環(huán)境監(jiān)測 分析方法標準制修訂技術導則[S]．北京：中國環(huán)境科學出版社，2010．