工作場所空氣中重金屬檢測前處理方法

李 燕 張巖松 劉 君 張春民 丁春光

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局 職業(yè)安全衛(wèi)生研究中心

在職業(yè)衛(wèi)生檢測中，樣品前處理是一個復(fù)雜且重要的步驟。工作場所空氣中存在的重金屬有害物質(zhì)，對人體的危害極大，準(zhǔn)確選擇重金屬檢測前處理方法對于正確評價工作場所職業(yè)病危害因素的危害程度、保護(hù)勞動人民的身體健康，有著重要意義。

查閱文獻(xiàn)資料表明，工作場所空氣中重金屬消解最常用的方法有：電熱板消解法，微波消解法，全自動石墨消解法等。

我國國家標(biāo)準(zhǔn)方法采用的是電熱板消解法[1-2]，電熱板消解法是《工作場所空氣有毒物質(zhì)測定》（GBZ/T 160-2004）所推薦使用的方法[1]，具有準(zhǔn)確度高，重現(xiàn)性好，能夠準(zhǔn)確測量樣品中的重金屬。微波消解具有速度快，空白值低，降低勞動強(qiáng)度的優(yōu)點；缺點是樣品分解完成后，需配合電熱板將樣品中的酸趕盡，趕酸時易對實驗室環(huán)境造成污染、對實驗室工作人員身體健康造成傷害。全自動石墨消解可以說是電熱板的升級產(chǎn)品，該方法可以自動添加消解試劑，加熱均勻、批處理量大，同時可以通過設(shè)置消解程序?qū)崿F(xiàn)消解過程的遠(yuǎn)程控制，被廣大分析工作者推崇。

1 重金屬樣品的采集

工作場所空氣中重金屬的采樣依據(jù)《工作場所空氣中有害物質(zhì)監(jiān)測的采樣規(guī)范》（GBZ 159-2004），介質(zhì)選用微孔濾膜。采集時，使用采樣泵以流量5L/min，采樣時間15min對工作場所空氣中重金屬的現(xiàn)場進(jìn)行采樣。在采集完成后，將樣品保存在清潔的樣品袋中，置于潔凈的容器內(nèi)運(yùn)輸和保存，并帶回實驗室檢驗分析、測定。

2 樣品前處理方法

采集后的重金屬樣品，要先進(jìn)行前處理，前處理是將采集待測元素的介質(zhì)消解轉(zhuǎn)化為無機(jī)離子，針對待測元素采集介質(zhì)的性質(zhì)和種類，選擇合適的前處理方法，此過程是獲得準(zhǔn)確測定結(jié)果的重要步驟。

2.1 電熱板消解法

電熱板消解法是指使用化學(xué)試劑和電加熱對樣品進(jìn)行消解，在重金屬樣品中加入硝酸、高氯酸等適量的氧化性強(qiáng)酸，通過加熱破壞樣品中混雜的有機(jī)物成分，將固體樣品轉(zhuǎn)化為不揮發(fā)的液體樣品，最終形成穩(wěn)定的無機(jī)化合物用于實驗分析。此法的優(yōu)點是設(shè)備簡單，適合處理大量樣品，是一種應(yīng)用較廣的重金屬前處理方法；缺點是電熱板板面加熱不均勻、整個過程需人工操作易對環(huán)境和操作者帶來危害。該電熱板消解法是目前大多數(shù)實驗室經(jīng)常采用的重金屬樣品前處理方法，故被廣泛應(yīng)用于職業(yè)衛(wèi)生檢測工作中，是重金屬樣品消解最經(jīng)典的方法。

2.2 微波消解法

微波消解法是結(jié)合微波快速加熱和密閉高壓消解的一種樣品前處理技術(shù)，是在密閉和高壓情況下對樣品進(jìn)行消解，其原理是在樣品中加入適量的酸，在微波電場的作用下，通過分子產(chǎn)生高速的碰撞和摩擦而產(chǎn)生高熱，從而使樣品在短暫的時間內(nèi)被消解，使重金屬元素以離子的狀態(tài)存在于試液中。該方法優(yōu)點是耗時短、酸消耗量少，從而大大節(jié)約試劑，同時減少樣品的沾污、酸霧和污染，提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。不足之處是沒有實現(xiàn)全自動化，樣品微波消解后仍須趕酸定容，不適合大批量樣品的分析。

金偉等人用微波消解法對車間空氣中金屬錳、鋅前處理[3]，結(jié)果表明該方法對車間空氣中金屬錳、鋅的預(yù)處理能夠節(jié)省時間、能源、試劑和人力，實驗結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度和精密度。呂蓓華等人用微波消解法對車間空氣中金屬鉻、鎳前處理[4]，結(jié)果表明此消解方法酸試劑用量少，節(jié)省時間，消解完全，精密度高，可以滿足職業(yè)衛(wèi)生日常檢測工作的需要。

2.3 全自動石墨消解法

全自動石墨消解法原理與電熱板相同，該方法優(yōu)勢在于可以通過設(shè)置消解程序?qū)崿F(xiàn)消解過程的遠(yuǎn)程控制和全自動化，避免了人工操作不當(dāng)帶來的誤差，既節(jié)省了人力，又減少了酸霧對實驗人員健康的危害，且適合大批量樣品的分析。缺點是用酸量較多，易造成環(huán)境污染，儀器成本較高。

朱樂杰[5]等使用全自動石墨消解儀結(jié)合電感耦合等離子體測定環(huán)境空氣顆粒物中鎘和鉛的方法，該方法的相關(guān)系數(shù)均大于0.9999，濾膜標(biāo)準(zhǔn)品測量值結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值一致，鎘和鉛的加標(biāo)回收率分別為89%～94%和89%～95%，滿足分析要求。 陳江[6]使用智能石墨消解對采集的廢氣樣品進(jìn)行消解處理，測定樣品中銅、鎳、鉻、鉛等4種重金屬的含量，各元素的檢出限如下：銅、鎳、鉻的檢出限均為0.006mg/m3，鉛的檢出限為0.025mg/m3，回收率為98.4%～100%，精密度為1.7%～3.4%（n=6）。結(jié)果表明，全自動石墨消解能將重金屬樣品消解完全，回收率、精密度均能達(dá)到測試要求，能為職業(yè)病危害因素檢測提供更環(huán)保、準(zhǔn)確、真實的數(shù)據(jù)，適用于職業(yè)衛(wèi)生檢測工作的要求，是一個值得推廣的新技術(shù)、新方法。

3 結(jié)論

在選用樣品的前處理方法時，應(yīng)結(jié)合試樣和待測元素的性質(zhì)、定量方法等因素綜合考慮。前處理方法不是相互獨立的，有的時候需要兩種或幾種方法聯(lián)合運(yùn)用才能取得最理想的結(jié)果。電熱板消解的前處理方法可應(yīng)用于工作場所空氣中大多數(shù)金屬元素測定，操作運(yùn)行成本低，但消耗時間較長，在精密度和準(zhǔn)確度上稍劣于微波消解法和全自動石墨消解法。微波消解是目前國內(nèi)外比較流行的一種消解方法，但仍需人工趕酸。全自動石墨消解是在國標(biāo)方法的基礎(chǔ)上優(yōu)化改進(jìn)，實現(xiàn)了集加酸、消解、趕酸、定容功能于一體的自動化，克服了傳統(tǒng)方法易受污染的弊端，在重金屬檢測的前處理中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

在職業(yè)衛(wèi)生檢測中，工作場所樣品前處理的方法及分析儀器必將更加普及，應(yīng)用更加廣泛。今后樣品的前處理方法正朝著高穩(wěn)定性、高分析精密度、高智能化和更低的分析成本的方向發(fā)展，逐步實現(xiàn)用綠色環(huán)保的消化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)強(qiáng)酸強(qiáng)堿消化劑、用低溫消解代替高溫消解，解決傳統(tǒng)消解方式存在的環(huán)境污染問題和安全隱患。