大氣顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法的探討

摘要：隨著工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，人類(lèi)生活和工作產(chǎn)生了大量廢氣，對(duì)大氣環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的污染。其中最為突出的就是重金屬污染，污染物能夠通過(guò)降水、沉淀到地表土壤，被植物吸收后不會(huì)被分解，當(dāng)人類(lèi)、動(dòng)物食用后沉積在人體當(dāng)中，構(gòu)成了長(zhǎng)久性危害。加強(qiáng)對(duì)大氣顆粒物中重金屬的監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)重金屬在大氣顆粒物中的比例，并采取相應(yīng)措施加以治理。文章分析大氣顆粒物中重金屬污染來(lái)源與特征，深入探討大氣顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法，旨在進(jìn)一步豐富監(jiān)測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：大氣顆粒物；重金屬；監(jiān)測(cè)技術(shù)；方法

中圖分類(lèi)號(hào)：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2017）04-0194-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.093

Abstract： With the development of industrial modernization， human life and work have produced a lot of waste gas， which has caused serious pollution to the atmospheric environment. One of the most prominent is the heavy metal pollution， pollutants can be precipitation， precipitation to the surface soil， the plant will not be absorbed after the absorption， when humans， animals， after eating in the human body which constitutes a long-term hazards. Strengthen the monitoring of heavy metals in atmospheric particles， can be found in heavy metals in the proportion of atmospheric particles， and take appropriate measures to be treated. This paper analyzes the sources and characteristics of heavy metal pollution in atmospheric particulate matter， and discusses the technology and method of heavy metal monitoring in atmospheric particles， and aims to further enrich the monitoring method.

Key words： Atmosphericparticulatematter； Heavy metal； Monitoring technology； Method

近年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，但空氣污染狀況也愈發(fā)嚴(yán)峻，呈現(xiàn)出區(qū)域性、復(fù)合性等特點(diǎn)，尤其是重金屬污染，源于工業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)尾氣等，懸浮于大氣當(dāng)中，對(duì)人體健康構(gòu)成了極大的危害。其中鉛、砷等重金屬在體內(nèi)潛伏，對(duì)人體呼吸系統(tǒng)、心血管構(gòu)成極大危害，加強(qiáng)對(duì)重金屬的監(jiān)測(cè)成為一項(xiàng)重要工作。當(dāng)前，我國(guó)大氣顆粒物重金屬測(cè)定技術(shù)不夠完善，且質(zhì)量管理體系有待進(jìn)一步優(yōu)化。

1 大氣顆粒物中重金屬污染來(lái)源與特征

我國(guó)大氣重金屬污染主要源于多個(gè)方面，如煤炭燃燒、汽車(chē)尾氣、焚燒垃圾秸稈等，上述活動(dòng)產(chǎn)生的細(xì)微顆粒物會(huì)懸浮于空氣當(dāng)中，其中一些重金屬包括Cd、Zn、Ph等，任何一種重金屬都會(huì)威脅到人體健康。如鉛污染源于廢舊電池、冶金行業(yè)等，鎘污染則出現(xiàn)在采礦、化工等行業(yè)。

污染源產(chǎn)生的重金屬會(huì)隨著氣象條件，進(jìn)行遷移和轉(zhuǎn)換，控制難度較大。這些重金屬污染，一般無(wú)法得到有效降解，具有生物富集、毒性持續(xù)等特點(diǎn)，如果進(jìn)入到生態(tài)環(huán)境當(dāng)中，會(huì)成為潛在污染物質(zhì)，并在自然環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行不同價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)換，無(wú)法被現(xiàn)有生物鏈分解。甚至一些重金屬攝入過(guò)多，會(huì)誘發(fā)各類(lèi)疾病。各類(lèi)重金屬污染物都具有獨(dú)特性，能夠進(jìn)行催化和協(xié)同。在大氣中，重金屬會(huì)在降水、氧化等作用下催生出其他污染物，進(jìn)入到植物和動(dòng)物體內(nèi)，持續(xù)爆發(fā)毒性。我國(guó)南北方城市生活方式有所差別，導(dǎo)致污染程度也受到了影響，且隨著季節(jié)的變化，重金屬污染物分布變化也會(huì)受到一定影響。如北方冬季寒冷，群眾取暖時(shí)燃燒大量煤炭，導(dǎo)致重金屬含量也隨之增加。在研究中發(fā)現(xiàn)，大氣污染物粒徑越小，含有的重金屬成分也越高，對(duì)人體的危害也隨之增加。加之重金屬處于不同環(huán)境狀態(tài)當(dāng)中，毒性也有所差別[1]?？梢?jiàn)，大氣中的重金屬污染物對(duì)人類(lèi)社會(huì)未來(lái)發(fā)展的影響非常大，在環(huán)保理念下，加強(qiáng)對(duì)大氣顆粒物重金屬的監(jiān)測(cè)和治理迫在眉睫。

2 大氣顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法

2.1 樣品采集

按照采樣標(biāo)準(zhǔn)，在樣品采集中可以選擇不同粒徑的采樣器，并參考具體規(guī)范，在采集器入口與地面之間保持1.5m。一般來(lái)說(shuō)，我們不適用玻璃纖維濾膜，主要是其自身含有硅鋁酸鹽、雜質(zhì)金屬，且不適用于硝酸濕法。因此可以選擇聚氯乙烯、醋酸纖維等作為濾膜。目前，采樣主要由兩類(lèi)樣品，具體來(lái)說(shuō)：

一方面，無(wú)組織排放樣品，依據(jù)HJ/T55-2000方法設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，判斷氣象條件，以此來(lái)計(jì)算監(jiān)測(cè)結(jié)果。在設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，要設(shè)置在污染源的下風(fēng)向，并確定達(dá)到最高濃度時(shí)進(jìn)行采樣。其中濃度主要是監(jiān)控點(diǎn)與對(duì)照點(diǎn)之間的差別。

另一方面，環(huán)境空氣樣品，針對(duì)采樣點(diǎn)的設(shè)置，要堅(jiān)持代表性、可比性等原則，通過(guò)對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)城市點(diǎn)、路邊交通點(diǎn)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以此來(lái)獲取更加客觀的樣品，為后續(xù)監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

2.2 樣品前處理

①酸浸提法

通常來(lái)說(shuō)，是利用HNO3、H2SO4等酸體低溫加熱、或者通過(guò)震蕩進(jìn)行提取。該方法與全分解法不同的地方在于，不需要加熱，且不需要HF，能夠有效提高處理有效性。國(guó)外對(duì)于該方法的應(yīng)用較為普遍，而在我國(guó)并不常見(jiàn)。能夠分解硅酸鹽的酸只有HF，顆粒物中的金屬元素難以快速溶解出來(lái)，相對(duì)容易溶出的有Zn、Cu等元素，因此可以應(yīng)用該方法，能夠提高操作便利性，溶出更多大部分金屬元素，為后續(xù)重金屬監(jiān)測(cè)提供支持。如一些學(xué)者利用5%的硝酸對(duì)采樣濾膜進(jìn)行超聲浸提，并配合原子吸收法測(cè)定大氣顆粒物當(dāng)中含有Pb、Cd，結(jié)果證明，兩種元素的濃度，與全消解液非常接近，回收率高達(dá)98%，可見(jiàn)該方法快速、準(zhǔn)確。但現(xiàn)有理論研究中針對(duì)前處理方法的成果較少，處于空白階段。

②全消解法

常見(jiàn)的消解法有Na（OH）、KHSO4等，在消解過(guò)程中，從樣品中取出一半放到鎳坩堝中，同時(shí)將馬沸爐低溫加熱到300℃，保持40分鐘后，當(dāng)溫度達(dá)到550℃時(shí)，樣品開(kāi)始出現(xiàn)灰化現(xiàn)象，再保持一段時(shí)間恒溫，然后進(jìn)行冷卻處理，加入無(wú)水乙醇等繼續(xù)加熱，十分鐘后將樣品從中取出。然后放入到2mL鹽酸試管中，運(yùn)用少量的鹽酸對(duì)坩堝進(jìn)行沖洗處理，洗液倒入到容量瓶中稀釋。該方法對(duì)于K、Fe、Na等重金屬的稀釋較為適用，能夠提高稀釋效率。

消解技術(shù)發(fā)展到今天，微波消解已經(jīng)充分展現(xiàn)它獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，與電熱板消解方式相比，適用范圍廣，即便是針對(duì)泡沫樣品，也不會(huì)影響樣品制備。加上現(xiàn)代技術(shù)的支持，壓力、溫度控制系統(tǒng)的輔助下，能夠有效存儲(chǔ)制樣。

③酸溶法

作為前處理方法之一的酸溶法，是當(dāng)前普及度較高的方法，無(wú)論是精密度、還是便利性都符合現(xiàn)實(shí)要求。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐，其中HNO3等消解法操作較為便利，且金屬溶出率更高，最高能夠達(dá)到90%，消解完全，且具有較好的重現(xiàn)性特點(diǎn)。通常情況下，消解方法有微波與電熱板兩種消解方法。隨著現(xiàn)代技術(shù)不斷發(fā)展，先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，前者優(yōu)勢(shì)更加明顯，并成為顆粒物前處理的重要方法，相比之下，微波消解能夠縮短時(shí)間90%，且適用范圍較廣，在自動(dòng)化技術(shù)控制下，能夠確保壓力、溫度保持在合理范圍，以此來(lái)優(yōu)化制樣質(zhì)量。

2.3 測(cè)定方法

當(dāng)前，對(duì)于顆粒物中地重金屬，可以利用無(wú)機(jī)測(cè)定方法，如分光光度法、中子活化法等。分光光度法由于檢出限高，操作相對(duì)繁瑣，應(yīng)用較少。原子吸收光譜法，準(zhǔn)確度等較高，且投入成本較少，但其缺陷表現(xiàn)在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低等[2]。X射線熒光光譜法無(wú)損、反應(yīng)速度快，前處理要求不高，是一種全新的測(cè)量方法，應(yīng)用前景較為廣闊。原子熒光光度法檢出較原子吸收法較低，且譜線更為清晰，干擾少，但缺點(diǎn)是金屬種類(lèi)有限。上述方法的共同特點(diǎn)是能夠?qū)卧剡M(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)多元素的監(jiān)測(cè)，我們要積極研發(fā)具有普適性特點(diǎn)的大氣顆粒物重金屬監(jiān)測(cè)方法非常重要。

2.4 質(zhì)量保證與控制

針對(duì)顆粒物重金屬監(jiān)測(cè)，可以通過(guò)布點(diǎn)至監(jiān)測(cè)結(jié)束全過(guò)程，根據(jù)影像分析準(zhǔn)確度因素構(gòu)建與監(jiān)測(cè)方法同步的質(zhì)量監(jiān)控體系。具體來(lái)說(shuō)：

首先，布點(diǎn)。針對(duì)不同顆粒物樣品，制定相應(yīng)的布點(diǎn)方式，按照HJ664-2013標(biāo)準(zhǔn)，在代表性、可比性等原則指導(dǎo)下，設(shè)置背景點(diǎn)、評(píng)價(jià)點(diǎn)等不同性質(zhì)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。無(wú)組織排放顆粒物、固定污染源排放顆粒物要按照對(duì)應(yīng)的規(guī)范設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而提高監(jiān)測(cè)全面性。

其次，空白試驗(yàn)。監(jiān)測(cè)方法采用的空白主要有校準(zhǔn)、試劑及樣品三種。其中第一種要與稀釋標(biāo)準(zhǔn)品運(yùn)用的空白一致，且濃度測(cè)定值要在檢出限以?xún)?nèi)。第二種測(cè)定值誤差要在50%以?xún)?nèi)，且至少保證兩個(gè)試劑空白[3]。除此之外，濾膜材質(zhì)等后續(xù)處理工作也要給予足夠的重視。采樣選擇的玻璃纖維等濾膜對(duì)粒徑大于0.3μm顆粒物阻留效率不能夠超過(guò)99%。

采樣設(shè)備在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行檢定校準(zhǔn)，采樣前，要通過(guò)流量、氣密性檢查。在采樣過(guò)程中，要盡可能從中選擇10%～20%的樣品，進(jìn)行平行樣測(cè)定，以657-2013為參考依據(jù)。在現(xiàn)場(chǎng)采樣后，要及時(shí)記錄數(shù)據(jù)信息備份并送至實(shí)驗(yàn)室。

最后，實(shí)驗(yàn)室分析。作為最后環(huán)節(jié)，為了確保樣品運(yùn)送、保存等過(guò)程免受影響，分析樣品時(shí)，要同時(shí)測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)空白。一般情況下，應(yīng)保持每批樣品空白樣在2個(gè)以上，如果遇到空白值不穩(wěn)定情況，要反復(fù)測(cè)量。對(duì)于前處理過(guò)程中選用的酸，要確保其能夠達(dá)到優(yōu)級(jí)純，以免對(duì)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生過(guò)多影響。除此之外，還要采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，確保足夠標(biāo)準(zhǔn)系列點(diǎn)數(shù)，繪制相應(yīng)的回歸方程[4]。濾膜稱(chēng)量要在恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展，使得采樣前后稱(chēng)量保持一致性。儀器設(shè)備是監(jiān)測(cè)工作有序開(kāi)展的基礎(chǔ)，要使其保持在正常狀態(tài)下，如微波消解設(shè)備功率等都需要進(jìn)行針對(duì)性校正。涉及一些大型設(shè)備，要確保其能夠定期進(jìn)行檢驗(yàn)，使其靈敏度、檢出限等都能夠在合理范圍之內(nèi)。

3 結(jié)論

根據(jù)上文所述，隨著我國(guó)環(huán)保工作不斷推進(jìn)，針對(duì)大氣顆粒物中重金屬的監(jiān)測(cè)也將持續(xù)深化。目前，現(xiàn)有測(cè)定方法主要集中在單元素分析方法，如原子吸收、原子熒光等方法，但由于前處理方法難度較大，通過(guò)電熱板方式進(jìn)行制備，無(wú)形中增加了試劑消耗量，且消解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。隨著近年來(lái)，來(lái)源解析等工作不斷發(fā)展，微波等快速便捷前處理方法得到了廣泛關(guān)注，且優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯，為重金屬監(jiān)測(cè)工作進(jìn)一步開(kāi)展提供了極大的支持。未來(lái)，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，針對(duì)重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)我們要投入更多時(shí)間和精力，不斷創(chuàng)新監(jiān)測(cè)方法，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)大氣顆粒物中含有的重金屬種類(lèi)、含量等要素，并制定針對(duì)性治理對(duì)策，從而為人們創(chuàng)建和諧的生存環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：龔偉能（1989-），男，福建安溪泉州市洛江區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站助理工程師，本科，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)。