冶煉廠周邊空氣懸浮顆粒中的重金屬成分分析

胡仲怡

（湖南省交通科學(xué)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

大氣樣品中的元素分析方法中，電感耦合等離子體質(zhì)譜法是最廣泛使用的，具有高靈敏度，低檢測(cè)限和寬線性范圍。特別是對(duì)于多元素可同時(shí)測(cè)定。用于測(cè)定大氣中TSP的重金屬元素具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在冶煉廠周邊存在污染空氣中進(jìn)行抽樣，以此對(duì)其中的重金屬元素進(jìn)行研究。對(duì)收集到的顆粒物使用ICP-MS進(jìn)行測(cè)定，并采用富集法對(duì)重金屬元素特征進(jìn)行分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 采樣

主要儀器設(shè)備：大氣采樣設(shè)備使用青島嶗應(yīng)2030型中流量智能TSP采樣器，采樣流量參數(shù)設(shè)定：100L/min，采樣期間每日20小時(shí)連續(xù)采樣，因?yàn)椴蓸訁^(qū)域受冶煉廠排放廢棄物污染較為嚴(yán)重，為了預(yù)防濾膜完全堵塞，采樣過(guò)程中每10h更換一次濾膜。

采樣膜使用規(guī)格為φ90 mm石英纖濾膜，將膜置于恒溫恒濕室中至少24小時(shí)進(jìn)行平衡，然后稱重至恒重（兩次稱量誤差小于0.0002g）。

在采樣過(guò)程中記錄標(biāo)準(zhǔn)條件下的采樣體積V和相關(guān)的氣象參數(shù)。實(shí)驗(yàn)室用水使用超純水，電阻率大于18MΩ·cm。

收集樣品后，將灰塵表面向內(nèi)折疊兩次并放入樣品盒中，同時(shí)以保護(hù)其免受光照。將樣品保存在15℃～20℃的恒溫恒濕環(huán)境中。待樣品恒重后，記錄其重量。

元素分析儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀采用安捷倫7500a型，其工作參數(shù)如下，功率（kW）1.5；采樣深度（mm）：7.0；樣品提升速度（r/s）：0.1；霧化室溫度（℃）：2；重復(fù)次數(shù)（次）：3；載氣流量（L/min）：1.14；單個(gè)元素積分時(shí)間（s）：0.5；分辨率（μm）：100。

1.2 樣品分析

樣品制備：用陶瓷剪刀將過(guò)濾膜剪切成小塊并置于燒杯中。

加入10.0ml硝酸-鹽酸的混合溶液，使濾膜浸沒(méi)其中，用表面皿蓋住，在100℃回流加熱2.0小時(shí)，然后冷卻。用超純水沖洗燒杯內(nèi)壁，加入約10ml超純水，將混合物靜置半小時(shí)進(jìn)行浸出，并將體積定容至50.0ml。離心后，取上清液進(jìn)行測(cè)定。

1.3 測(cè)定與結(jié)果

為檢驗(yàn)儀器設(shè)備的檢驗(yàn)檢測(cè)精度，每份樣品連續(xù)測(cè)量3次。

同時(shí)，為了確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性，同時(shí)檢測(cè)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的銅，鉛，鐵，錳，鉻的含量。測(cè)定結(jié)果如下：銅：0.495μg/ml（不確定度：0.497±0.007）； 鉛 ：0.697μg/ml（不確定度 ：0.699±0.004）；鐵 ：1.599μg/ml（不確定度 ：1.598±0.004）；錳 ：0.503μg/ml（ 不確定度：0.501±0.003）；鉻：0.494μg/ml（不確定度：0.499±0.006）。

以上測(cè)定結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度區(qū)間值范圍，可以認(rèn)為樣品的測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性有效。

確定總懸浮顆粒物質(zhì)量濃度的方法根據(jù)《GBT15432-1995環(huán)境空氣總懸浮顆粒重量法》進(jìn)行轉(zhuǎn)換，采樣體積轉(zhuǎn)換為采樣體積轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（101.325 kPa），273 K）。

經(jīng)計(jì)算，冶煉廠周邊空氣中總懸浮顆粒物重金屬含量值結(jié)果如下。

表1 樣品測(cè)定結(jié)果（ng/m3）

2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 空氣質(zhì)量AQI值

2017年12月5日與12月23日、2018年11月30日與12月1日空氣質(zhì)量（AQI）為 ：222、202、211、319。

2.2 元素富集因子

元素富集因子是指示大氣顆粒中元素富集程度的方法，以及用于判斷和評(píng)估顆粒中元素來(lái)源（天然來(lái)源和人為來(lái)源）的方法。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)該值超過(guò)10，既可以判斷該元素的富集是由于冶煉廠的生產(chǎn)造成的污染。相關(guān)“背景”中的元素濃度選自中國(guó)土壤背景值。富集因子結(jié)果如下：銅：11.2；鉛：17.5；鐵：1.8；錳：6.5；鉻：61.7。

由富集因子可知，冶煉廠周邊空氣中的重金屬元素銅、鉛、鉻元素的富集因子均大于10，其中鉻元素受人工活動(dòng)影響最大。鐵元素與錳元素相對(duì)受人工活動(dòng)影響較小。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某冶煉廠近兩年周邊空氣中總懸浮顆粒物的收集采樣，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測(cè)可知，2017年與2018年重金屬含量濃度排名前五的是：鐵＞鉛＞錳＞銅＞鉻；其中鉻、鉛、銅的富集因子高于10，這三種元素受人工活動(dòng)影響較為明顯。

這三類重金屬元素污染與冶煉廠生產(chǎn)排放有一定關(guān)系，這可能與鉻高富集因子有關(guān)，需進(jìn)一步探索其中的內(nèi)在關(guān)系。