便攜式原子吸收測(cè)汞儀對(duì)氣態(tài)汞的監(jiān)測(cè)方法

陸家騮，吳福全，盧仁杰，梁柱

(蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 蘇州 215000)

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便攜式原子吸收測(cè)汞儀對(duì)氣態(tài)汞的監(jiān)測(cè)方法

陸家騮，吳福全，盧仁杰，梁柱

(蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 蘇州 215000)

研究和比較便攜式原子吸收測(cè)汞儀測(cè)定氣態(tài)汞的兩種方法，即富集法和直讀法。結(jié)果顯示，富集法在一定范圍內(nèi)具有較好的線性相關(guān)性，R2>0.996，當(dāng)采氣體積為12 L時(shí)，檢出限為5 ng/m3，對(duì)于高濃度和低濃度氣態(tài)汞的測(cè)定均有較好的穩(wěn)定性，當(dāng)氣態(tài)汞濃度較低時(shí)可延長(zhǎng)取樣時(shí)間，增加采樣體積，但測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng)，適合測(cè)定環(huán)境空氣中的低濃度氣態(tài)汞。直讀法的檢出限為0.89 μg/m3，且在測(cè)定高濃度含汞廢氣時(shí)，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，同時(shí)可在持續(xù)排放氣態(tài)汞條件下進(jìn)行連續(xù)測(cè)定并讀數(shù)，適合測(cè)定固定污染源排氣中的氣態(tài)汞。

氣態(tài)汞；便攜式測(cè)汞儀；原子吸收法

汞是一種重要的環(huán)境污染物，在生物體作用下可轉(zhuǎn)化為甲基汞，并可沿生物鏈富集，對(duì)生物及人類產(chǎn)生極大危害[1-3]。目前，氣態(tài)汞的測(cè)定方法有巰基棉富集-冷原子熒光分光光度法[4]、金汞齊富集-原子吸收法[5]、高錳酸鉀溶液吸收-冷原子吸收光譜法/原子熒光光譜法/雙硫腙分光光度法等[6-9]。以上方法均為現(xiàn)場(chǎng)采樣、實(shí)驗(yàn)室分析的方法。其中，雙硫腙法操作煩瑣、重現(xiàn)性差、需用到有毒試劑；冷原子吸收法和氰化物發(fā)生-原子熒光法具有較好的靈敏度、重現(xiàn)性及準(zhǔn)確度，但操作煩瑣、干擾因素較多?，F(xiàn)采用便攜式原子吸收測(cè)汞儀測(cè)定氣態(tài)汞，并對(duì)其測(cè)定氣態(tài)汞的兩種方法(富集法和直讀法)進(jìn)行比較。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 方法原理

1.1.1 富集法

在常溫下，汞原子會(huì)被純金吸附形成金汞劑，而在高溫下，汞原子重新被釋放，并形成汞蒸氣[5]。根據(jù)此原理，如圖1氣路1將待測(cè)氣體通過(guò)已充填金絲的石英管，氣體中的汞被金絲捕集，然后將充填有金絲的已吸附汞的石英管加熱至汞被釋放，汞蒸氣進(jìn)入儀器的原子吸收池后顯示測(cè)量結(jié)果。在一定條件下，儀器信號(hào)值與氣態(tài)汞的質(zhì)量呈正比關(guān)系，如式(1)。

I=k×m

(1)

式中：I——儀器信號(hào)值；k——參數(shù)；m——?dú)鈶B(tài)汞的質(zhì)量，ng。

圖1 便攜式原子吸收測(cè)汞儀氣路系統(tǒng)

1.1.2 直讀法

如圖1氣路2將待測(cè)氣體通過(guò)三通閥繞過(guò)純金富集管，直接進(jìn)入儀器的原子吸收池后顯示測(cè)量結(jié)果。數(shù)據(jù)包括氣態(tài)元素汞的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度ρ及儀器原子吸收能量N，實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度與原子吸收能量符合公式(2)。

ρ=k(logN0-logN1)

(2)

式中：ρ——?dú)鈶B(tài)元素汞的質(zhì)量濃度，μg/m3；k——常數(shù)；N0——初始原子吸收能量值；N1——測(cè)定含汞氣體后原子吸收能量值。

1.1.3 標(biāo)準(zhǔn)汞源

標(biāo)準(zhǔn)汞源為含有液態(tài)汞的特殊密閉容器，液態(tài)汞于一定溫度下在密閉容器內(nèi)揮發(fā)出相應(yīng)飽和蒸氣濃度的氣態(tài)元素汞，容器內(nèi)氣態(tài)元素汞飽和蒸氣質(zhì)量濃度與環(huán)境溫度的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 飽和汞蒸氣濃度與溫度關(guān)系

1.2 主要儀器設(shè)備

QM201G便攜式原子吸收測(cè)汞儀、標(biāo)準(zhǔn)汞源和QMG-6-6汞滲透管，購(gòu)自蘇州市青安儀器有限公司；微量注射器(200 μL及2.5 mL規(guī)格)；HH-1水浴鍋；U型玻璃管；氣泵；1.0 L/min流量計(jì)等。

1.3 測(cè)定條件

富集法、直讀法的測(cè)定條件參考表1。

表1 便攜式測(cè)汞儀測(cè)量參數(shù)

富集法為間斷分析，完成一次測(cè)樣需12 min；若氣體中汞濃度較低時(shí)，可延長(zhǎng)取樣時(shí)間，增加采樣體積。直讀法為連續(xù)進(jìn)樣，每0.25 min讀取一次數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 富集法

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)1.1.1方法原理，分別在18和20 ℃抽取不同體積的飽和汞蒸氣進(jìn)行測(cè)定，記錄不同進(jìn)樣質(zhì)量及對(duì)應(yīng)的儀器信號(hào)值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖3(a)(b)。由圖3可見(jiàn)，兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.998 3和0.996 6，儀器信號(hào)值與進(jìn)樣質(zhì)量基本呈正比關(guān)系。因此，在繪制標(biāo)曲時(shí)，將汞源置于恒溫條件下，可繪制出合格的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

圖3 富集法標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.1.2 檢出限、最低檢出濃度

取10 μL汞蒸氣連續(xù)測(cè)定7次，以測(cè)試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3.143倍確定其檢出限，4倍檢出限為最低檢出濃度[10]。該法檢出限為0.06 ng，最低檢出質(zhì)量為0.24 ng。當(dāng)采氣體積為12 L時(shí)，則空氣中汞的檢出限為5 ng/m3[11]。

2.1.3 精密度

將標(biāo)準(zhǔn)汞源置于20 ℃環(huán)境溫度中，分別抽取汞質(zhì)量為5.6 和19.92 ng的飽和汞蒸氣，連續(xù)測(cè)定10次，結(jié)果見(jiàn)圖4(a)(b)。計(jì)算其測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為5.43%和1.98%，說(shuō)明該儀器使用富集法檢測(cè)氣體中高、低濃度的汞含量均表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。

2.2 直讀法

2.2.1 求解參數(shù)k值

根據(jù)1.1.2方法原理，按圖5連接裝置，將含

有汞滲透管的U型玻璃管置于水浴鍋中，U型玻璃管連續(xù)排出含有元素汞的氣體，氣體進(jìn)入便攜式測(cè)汞儀，通過(guò)直讀法進(jìn)行測(cè)定。

圖4 富集法精密度試驗(yàn)結(jié)果

圖5 連續(xù)汞源裝置

對(duì)不同水浴溫度下產(chǎn)生的氣態(tài)元素汞進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)式(2)，由實(shí)測(cè)ρ(汞)、儀器信號(hào)值N0、N1，計(jì)算得出一組k值，結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn)，水浴溫度在25 ℃以下時(shí)，k值在1 400～1 600之間波動(dòng)；當(dāng)水浴溫度逐漸增大時(shí)，k值趨于穩(wěn)定，計(jì)算得k值為常數(shù)1 400。

圖6 直讀法k值計(jì)算

2.2.2 實(shí)測(cè)濃度與水浴溫度的關(guān)系

對(duì)不同水浴溫度下產(chǎn)生的氣態(tài)元素汞進(jìn)行測(cè)定，汞源溫度與實(shí)測(cè)汞濃度的關(guān)系見(jiàn)圖7，R2為0.998 8。實(shí)驗(yàn)表明，在25 ℃以下，汞源釋放出來(lái)的汞蒸氣濃度較低；隨著水浴溫度的升高，汞源釋放出來(lái)的汞蒸氣濃度快速增加。對(duì)比圖2和圖7，實(shí)測(cè)汞濃度和飽和汞蒸氣濃度與環(huán)境溫度的關(guān)系相似，表明汞對(duì)溫度敏感。

圖7 水浴溫度與實(shí)測(cè)ρ(汞)的關(guān)系

2.2.3 檢出限、最低檢出濃度

取10 μL汞蒸氣連續(xù)測(cè)定7次，以測(cè)試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3.143倍確定其檢出限，4倍檢出限為最低檢出濃度[10]。該法檢出限為0.89 μg/m3，最低檢出濃度為3.56 μg /m3。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)富集法對(duì)于高、低濃度氣態(tài)汞的測(cè)定均有較好的穩(wěn)定性，當(dāng)氣態(tài)汞濃度較低時(shí)，可延長(zhǎng)取樣時(shí)間，增加采樣體積，但測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng)，適合測(cè)定環(huán)境空氣中的低濃度氣態(tài)汞。

(2)直讀法在測(cè)定高濃度含汞廢氣時(shí)，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，同時(shí)可在持續(xù)排放氣態(tài)汞條件下進(jìn)行連續(xù)測(cè)定并讀數(shù)，適合測(cè)定固定污染源排氣中的氣態(tài)汞。

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Research on Gaseous Mercury Monitoring Methods Using a Portable Atomic Absorption Mercury Analyzer

LU Jia-liu， WU Fu-quan， LU Ren-jie， LIANG Zhu

(SuzhouEnvironmentalMonitoringCenter，Suzhou，Jiangsu215000，China)

Two methods， i.e.， the enrichment method and the direct-reading method， both of which used a portable atomic absorption mercury analyzer， were studied and compared for monitoring of gaseous mercury. The results showed that the enrichment method had a good linearity within a defined range， withR2>0.996. The detection limit of gaseous mercury in the air was 5 ng/m3when the sampling volume was 12 L. The enrichment method showed good stability in determining both high and low concentrations of gaseous mercury. When the mercury concentration was low， the sampling time and volume could be extended. However， the analytical time became longer. It was appropriate for the determination of gaseous mercury at low level in the ambient air. The detection limit of the direct-reading method was 0.89 μg/m3， and this method showed better stability in determining high concentrations of mercury in industrial waste gas. The direct-reading method could be used for continuous determination of gaseous mercury in the process of continuous discharge. Therefore， this method was suitable for determining gaseous mercury from stationary pollution sources.

Gaseous mercury； Portable mercury analyzer； Atomic absorption

2015-06-23；

2015-07-30

江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)科研基金資助項(xiàng)目(1108)

陸家騮(1983—)，男，工程師，碩士，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。

O657.31

B

1674-6732(2015)06-0026-04