FPXRF定量測(cè)定空氣顆粒物中的重金屬

任茂強(qiáng)，葛良全，羅 斌，郭生良，張慶賢，朱 力，李 丹

(1.成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，四川 成都 610059；2.成都國(guó)輻科技有限公司，四川 成都 610052)

FPXRF定量測(cè)定空氣顆粒物中的重金屬

任茂強(qiáng)1，葛良全1，羅 斌1，郭生良2，張慶賢1，朱 力1，李 丹1

(1.成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，四川 成都 610059；2.成都國(guó)輻科技有限公司，四川 成都 610052)

提出采用螯合-萃取法制備空氣濾膜標(biāo)樣的方案，并制備了一批確定含量的不同梯度濃度的Mn、Ni、Cu、Cd、Pb混合的空氣濾膜標(biāo)樣對(duì)手持式熒光分析儀進(jìn)行標(biāo)定，再運(yùn)用標(biāo)定的手持式熒光分析儀對(duì)采樣濾膜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速重金屬元素定量測(cè)量，實(shí)時(shí)獲取了大氣顆粒物中重金屬元素的質(zhì)量濃度值，并對(duì)其中的異常值進(jìn)行分析，探究不同時(shí)間段重金屬元素濃度的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明：在29 d的采樣監(jiān)測(cè)中，Mn質(zhì)量濃度范圍為0.48～9.18 μg/m3，Ni為1.15～3.06 μg/m3，Cu為0.38～5.23 μg/m3，Cd為0.06～6.31 μg/m3，Pb為2.52～8.64 μg/m3；經(jīng)此空氣濾膜標(biāo)樣標(biāo)定的手持式X熒光分析儀能夠?qū)諝忸w粒物中重金屬的濃度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果顯示：空氣顆粒物中重金屬的濃度在夜間最大，這與晚間氣溫相對(duì)較低、不利于污染物擴(kuò)散及城市空氣中的汽車排放廢氣、空氣污染都在傍晚達(dá)到較高點(diǎn)的實(shí)際情況較為相符，此外空氣顆粒物中重金屬的濃度也與天氣和周圍環(huán)境的聯(lián)系較為緊密。

空氣顆粒物；重金屬；螯合-萃取法；現(xiàn)場(chǎng)手持式X熒光分析儀；定量分析

空氣顆粒物中的重金屬污染具有不可降解性，可通過(guò)人的呼吸過(guò)程進(jìn)入人體會(huì)對(duì)人體呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成很大傷害，并造成各種人體機(jī)能障礙，導(dǎo)致身體發(fā)育遲緩，甚至引發(fā)各種癌癥和心臟病等疾病,從而危害人體健康。因此，能及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)空氣顆粒物中的重金屬元素進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定性定量分析是非常重要的。

對(duì)空氣顆粒物中重金屬元素進(jìn)行定量分析大體有兩種方法：實(shí)驗(yàn)室分析和現(xiàn)場(chǎng)分析。實(shí)驗(yàn)室分析是將由采樣器收集好的濾膜送回實(shí)驗(yàn)室做進(jìn)一步的化學(xué)分析并得出結(jié)果，其分析方法多以重量法[1]、β射線法[2]、振蕩天平法[2]、中子活化分析法[3]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[4]、激光燒蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜法[5]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[6]為主，這些方法對(duì)儀器配置、試驗(yàn)環(huán)境、濾膜處理、運(yùn)送和化驗(yàn)都有著較高的要求，且耗時(shí)較長(zhǎng)、不能在線檢測(cè)[3]；現(xiàn)場(chǎng)分析是在大氣采樣現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)用手持式X射線熒光光譜(Field Portable X-ray Fluorescence,FPXRF)分析儀對(duì)采樣濾膜進(jìn)行快速多元素測(cè)定，實(shí)時(shí)獲取大氣顆粒物中金屬元素含量的方法。由于FPXRF是一種相對(duì)分析方法，對(duì)儀器的標(biāo)定和標(biāo)準(zhǔn)刻度樣品的制作就成為其中的重點(diǎn)。

本文采用螯合-萃取法制備空氣濾膜標(biāo)樣，并利用制備的空氣濾膜標(biāo)樣對(duì)手持式X熒光分析儀進(jìn)行標(biāo)定，再運(yùn)用標(biāo)定后的手持式X熒光分析儀對(duì)采樣濾膜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速重金屬元素定量測(cè)量，為手持式X熒光分析儀在空氣顆粒物分析中的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。該測(cè)量模式簡(jiǎn)便、快捷，能對(duì)樣品進(jìn)行無(wú)損在線監(jiān)測(cè)，且工作效率較高。

1 理論基礎(chǔ)

在X射線熒光光譜分析中，首先要確定待測(cè)樣品的種類完成定性分析。即利用莫塞萊(Moseley)定律，不同的原子序數(shù)Z與其特征X射線的頻率υ之間有著一定的聯(lián)系[7]，可用下式表示：

(1)

式中:Q為常數(shù)；σ為屏蔽常數(shù)；υ為射線振動(dòng)頻率(s-1)；Z為原子序數(shù)。

式(1)可以被看作是莫塞萊定律的基本形式,該式表示在相同的譜線中X射線熒光的頻率開(kāi)平方后正比于元素的原子序數(shù)Z。所以，只要確定了待測(cè)元素的特征X射線的頻率(能量),就可以按照莫塞萊定律進(jìn)一步確定它的元素種類，從而完成元素的定性分析。

其次，確定待測(cè)樣品的含量完成定量分析。在待測(cè)樣品為薄樣(h=μmρd≤0.1)時(shí)[8]，目標(biāo)元素計(jì)數(shù)率Ik可用下式表示[9]:

Ik=KΙ0CkρX

(2)

式中:h為樣品厚度參數(shù)(無(wú)量綱)；μm為質(zhì)量吸收系數(shù)(cm2/g)；ρ為密度(g/cm3)；d為樣品厚度(cm)；Ik為目標(biāo)元素計(jì)數(shù)率(cps)；I0為入射射線計(jì)數(shù)率(cps)；K為與被測(cè)元素、立體角、探測(cè)效率等多種因素都相關(guān)的常數(shù)；Ck為目標(biāo)元素含量(μg/g)；X為被測(cè)樣品厚度(cm)。

再將標(biāo)樣和待測(cè)樣品都代入式(2)中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以得到標(biāo)樣和待測(cè)樣品各自含量之間更為直接的關(guān)系式:

(3)

式中：Ib為標(biāo)樣元素計(jì)數(shù)率(cps)；Cb為標(biāo)樣元素含量(μg/g)。

所以，在薄樣法的基礎(chǔ)上就能按照式(3)較為快速且準(zhǔn)確地推算出目標(biāo)元素的含量Ck,以達(dá)到定量分析的目的[10]。最后將所測(cè)目標(biāo)元素的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量濃度Qi:

(4)

式中：Qi為元素i的質(zhì)量濃度(μg/m3)；yi為由標(biāo)定方程(見(jiàn)本文第2.2.2節(jié))所得元素i的濃度值(μg/cm2)；i=1,2,…,n，可分別代表Mn、Ni、Cu、Cd和Pb這5種元素；s為采樣濾膜的有效面積(cm2)；H為采樣裝置的流量(L/h)；t為采樣時(shí)間(h)。

在忽略基體效應(yīng)的影響后，可根據(jù)公式(3)和(4)快速得出目標(biāo)元素的質(zhì)量濃度值。

2 采樣與分析儀器

2.1 采樣地點(diǎn)及時(shí)間

在西南某高校進(jìn)行架機(jī)采樣，采樣時(shí)間為2014年4月2日至5月2日(其中由于天氣等原因在4月5日和4月27日無(wú)采樣數(shù)據(jù))，每8 h更換1次濾膜，用鑷子將采樣完成的濾膜拾取至專門(mén)的樣品袋中進(jìn)行封裝保存，并記錄相關(guān)采樣信息(如時(shí)間和天氣情況等)，以備今后分析測(cè)量時(shí)可隨時(shí)進(jìn)行查詢。

2.2 大氣采樣器與現(xiàn)場(chǎng)分析儀器

(1) 大氣采樣器。采用HI-Q環(huán)保產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)的CF-900系列刷機(jī)便攜式空氣采樣器(見(jiàn)圖1)，其凈重9.5磅，最大流量為66CFM，泵為兩級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)，工作電壓采用230VAC、50/60 Hz。在采樣時(shí)為了照顧周圍居民的生活習(xí)慣，將白天的采樣流量設(shè)置為50LPM，夜間采樣流量設(shè)置為20LPM。采樣中使用由上海興亞凈化材料廠出品的玻璃纖維濾膜，其直徑為47 mm，孔徑為標(biāo)準(zhǔn)的0.45 μm。

(2) 現(xiàn)場(chǎng)分析儀器。采用成都理工大學(xué)自主研發(fā)由成都國(guó)輻科技有限公司生產(chǎn)的IED-2000T型手持式X熒光分析儀(見(jiàn)圖2)，它的能量分辨率為190 eV(全能峰能量5.89 keV)[11]。該儀器堅(jiān)固耐用，抗震防潮，配備含有專業(yè)軟件的掌上電腦，可應(yīng)用于土壤、沉積物、腐殖質(zhì)、沙子、淤泥、粉塵、礦石樣品的現(xiàn)場(chǎng)快速分析。該儀器參數(shù)詳見(jiàn)表1。

2.3.1 空氣濾膜標(biāo)樣的制備與儀器標(biāo)定

空氣濾膜標(biāo)樣的制備方法主要是借鑒薄試樣制作方法中的膠體抽濾法所描述的預(yù)富集技術(shù)[12]，即先將各種元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液按照一定的濃度稀釋好，再遵循螯合-萃取的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[13-14]進(jìn)行操作，并過(guò)濾至事先備好的濾膜上待其干燥完畢即可。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況和上述濾膜的制備原理，本研究設(shè)計(jì)了如下操作方案來(lái)制備多元素空氣濾膜標(biāo)樣。

表1 手持式X熒光分析儀參數(shù)

(1) 首先，制備所需各元素(Mn、Ni、Cu、Cd和Pb)的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液[15-17]，該系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度都控制在1 g/L。以Cu元素為例，具體制備方法是：在電子天平上準(zhǔn)確稱取1 g光譜純金屬Cu并置于燒杯中，再加入適量的配比為(1+1)的HNO3溶液,并將其置于水浴鍋中加熱至完全溶解，待其冷卻后用去離子水將其定容至1 L。按照此方法制備好的各元素(Mn、Ni、Cu、Cd和Pb)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液如圖3所示。

(2) 其次，吸取適量的各元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用(1+499)的HNO3溶液稀釋至50 mg/L作為中間標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后按照一定的濃度梯度范圍吸取不同體積的中間標(biāo)準(zhǔn)溶液于錐形瓶中，再加入(1+499)HNO3溶液至100 mL作為工作標(biāo)準(zhǔn)溶液(見(jiàn)圖4)。圖4中6份工作標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度范圍是按一定濃度梯度遞增的。

(3) 再次，分別向上述6份工作標(biāo)準(zhǔn)溶液中添加適量的NaOH溶液和(1+499)的HNO3溶液，調(diào)節(jié)pH值至3.0(用已經(jīng)標(biāo)定好的pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定，精確到0.1，見(jiàn)圖5)。圖5中，小燒杯中為NaOH溶液，錐形瓶中為pH值等于3.0的工作標(biāo)準(zhǔn)溶液。

(4) 再后，向在第三步中已經(jīng)調(diào)節(jié)好pH值的工作標(biāo)準(zhǔn)溶液中按順序依次分別加入2 mL 2%的吡咯烷二硫代甲酸銨溶液(此時(shí)溶液將變黃)和10 mL甲基異丁基甲酮溶液(MIBK)，劇烈搖動(dòng)1 min致其均勻。其中,剛加入的吡咯烷二硫代甲酸銨溶液先對(duì)溶液中的金屬離子進(jìn)行螯合，溶液中金屬離子濃度大的變?yōu)檩^深的黃色，金屬離子濃度小的則變?yōu)闇\黃色;待螯合完畢，再加入甲基異丁基甲酮溶液對(duì)溶液中的螯合物進(jìn)行萃取，溶液開(kāi)始分層，上層為甲基異丁基甲酮萃取液(見(jiàn)圖6)。

一男士中獎(jiǎng)得到一個(gè)玩具，回到家里，他把三個(gè)孩子叫到跟前，說(shuō)：“誰(shuí)最聽(tīng)媽媽的話，從不和她頂嘴，媽媽讓他做什么他就乖乖地去做什么，誰(shuí)就能得到這個(gè)玩具?！?/p>

(5) 在逐次添加上述液體的同時(shí)，將切割好的玻璃管固定在布氏漏斗中，在玻璃管和布氏漏斗之間鋪上玻璃纖維濾膜，然后把布氏漏斗端正地置于木架上，將搖勻的溶液沿著玻璃棒倒入玻璃管中待其靜置過(guò)濾，見(jiàn)圖7。將6份已制備好的液體依次分別倒入已準(zhǔn)備好的布氏漏斗中進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾過(guò)程中需防止液體外灑，準(zhǔn)備好的布氏漏斗應(yīng)封裝嚴(yán)密，使液體全部經(jīng)玻璃纖維濾膜后過(guò)濾于下面的燒杯中，過(guò)濾后燒杯中的液體清澈且無(wú)雜質(zhì)。

(6) 最后，將玻璃纖維濾膜置于通風(fēng)干燥處晾干，用夾子拾取完全干燥的濾膜置于手持式X熒光分析儀上進(jìn)行分析并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，測(cè)量完成后用紙袋將其密封保存以備下次使用。

按照上述方法制備了以Mn、Ni、Cu、Cd、Pb 5種元素為標(biāo)識(shí)物的多元素空氣濾膜標(biāo)樣，其測(cè)量數(shù)據(jù)以Mn元素為例見(jiàn)表2。其中，濾膜有效面積為15.90 cm2，手持式X熒光分析儀的管電壓設(shè)置為40 kV，管電流設(shè)置為2 μA，待測(cè)濾膜整齊地置于儀器頂端，分別對(duì)空白濾膜、標(biāo)樣濾膜進(jìn)行測(cè)量，每片濾膜測(cè)3次，每次測(cè)量時(shí)間為200 s，然后取平均值。

表2 空氣濾膜標(biāo)樣Mn元素濃度測(cè)量數(shù)據(jù)

表2中空氣濾膜標(biāo)樣Mn元素濃度值為上述制備液體中的Mn元素含量除濾膜有效面積所得，凈計(jì)數(shù)率為標(biāo)樣濾膜計(jì)數(shù)率減去空白濾膜計(jì)數(shù)率所得，然后以空氣濾膜標(biāo)樣Mn元素濃度值為縱坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)的每片空氣濾膜標(biāo)樣凈計(jì)數(shù)率為橫坐標(biāo)進(jìn)行擬合，其擬合結(jié)果見(jiàn)圖8。

由圖8和表2可以看出：①隨著空氣濾膜標(biāo)樣Mn元素濃度值的增大，其對(duì)應(yīng)的凈計(jì)數(shù)率也隨之增大，且呈線性增長(zhǎng)規(guī)律；②就單獨(dú)的5種元素來(lái)說(shuō)，其濃度值均在薄樣的標(biāo)準(zhǔn)值上限以內(nèi)[18](見(jiàn)表3)，符合設(shè)定的薄樣制備標(biāo)準(zhǔn)；③第五片濾膜上的各元素濃度值之和即該系列標(biāo)樣中濃度值的最大值為53.48 μg/cm2也小于其負(fù)載不宜超過(guò)100 μg/cm2的標(biāo)準(zhǔn)[18]。

表3 5種元素標(biāo)準(zhǔn)刻度樣品(薄樣)濃度上限值(±5%)(μg/cm2)

2.3.2 標(biāo)定方程

將濾膜看作是薄樣且忽略基體效應(yīng)的情況下，由制備的各元素空氣濾膜標(biāo)樣的濃度值和手持式X熒光分析儀對(duì)應(yīng)測(cè)得的元素的凈計(jì)數(shù)率進(jìn)行擬合，建立如下標(biāo)定方程：

yi=A+BIi

(5)式中:y為濾膜中各元素的濃度值(μg/cm2)；I為手持式X熒光分析儀所測(cè)得的各元素的凈計(jì)數(shù)率(s-1)；下標(biāo)i=1,2,…,n，為濾膜中各元素的種類，可代表Mn、Ni、Cu、Cd、Pb等元素；A、B為標(biāo)定系數(shù)。

由圖8可知，Mn的標(biāo)定系數(shù)A為0.783，B為4.869，線性擬合度為0.992。通過(guò)類似的標(biāo)定過(guò)程可以求出其他元素的標(biāo)定系數(shù)A、B，詳見(jiàn)表4。由表4可知，5種元素的線性擬合度R2的范圍在0.954～0.992之間，表明擬合效果較好。

表4 各元素的標(biāo)定系數(shù)A、B

3 結(jié)果與分析

3.1 對(duì)比分析

為了驗(yàn)證儀器測(cè)量的準(zhǔn)確性，將手持式X熒光分析儀的測(cè)量結(jié)果與Axios X射線熒光光譜儀測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。Axios X射線熒光光譜儀是荷蘭帕納科公司(PANalytical)生產(chǎn)的波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀，擁有最大功率為4.0 kW的光管，最高激發(fā)電壓為60 kV，最高電流為160 mA，SST超尖銳長(zhǎng)壽命陶瓷端窗薄鈹窗(75 μm)銠靶X光管，DELL optipex Gx279計(jì)算機(jī)，SuperQ軟件，該光譜儀最多可一次同時(shí)放置64個(gè)樣品。

本研究以Mn測(cè)量數(shù)據(jù)為例，隨機(jī)選取10個(gè)已被手持式X熒光分析儀測(cè)量過(guò)的采樣濾膜，再將這些采樣濾膜用Axios X射線熒光光譜儀測(cè)量獲得Mn濃度，其測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn)，手持式X熒光分析儀測(cè)量的Mn濃度與Axios X射線熒光光譜儀測(cè)量結(jié)果相比相對(duì)誤差在10%以內(nèi)，顯示經(jīng)螯合-萃取法制作的空氣濾膜標(biāo)樣標(biāo)定的手持式X熒光分析儀的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性好。

表5 手持式X熒光分析儀與Axios X射線熒光光譜儀Mn濃度測(cè)量結(jié)果比較(μg/cm2)

3.2 定量分析結(jié)果

將29 d的采樣濾膜按照上述方法進(jìn)行分析測(cè)定，可得出采樣期間內(nèi)各元素濃度分布圖，詳見(jiàn)圖9至圖13。結(jié)合采樣時(shí)記錄的天氣信息以及各元素濃度分布對(duì)比可以得出不同時(shí)間段重金屬元素濃度的變化趨勢(shì)：

(1) Mn、Ni、Cu、Cd、Pb 5種元素在采樣期間的具體濃度范圍和最大濃度值出現(xiàn)的時(shí)間有所不同，如Mn元素的濃度范圍在0.48～9.18 μg/m3之間，其濃度最大值出現(xiàn)在第二天的夜間到凌晨，相對(duì)應(yīng)的時(shí)間為4月3日。依據(jù)采樣時(shí)備注的天氣信息和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境記錄可知，4月3日采樣時(shí)的天氣為晴天，周圍環(huán)境中的燃煤(諸如各種垃圾物質(zhì)的燃燒)有較大的增加，臨近商販的流動(dòng)作業(yè)和建筑工地上的飄塵以及附近車流量過(guò)多所帶來(lái)的汽車尾氣的排放促進(jìn)了空氣中污染元素Mn、Cd、Pb濃度的激增，其他元素如Ni、Cu的質(zhì)量濃度也受天氣的影響出現(xiàn)了異常高值，但其余時(shí)間段內(nèi)各元素濃度整體數(shù)值變化不大且都圍繞平均值上下波動(dòng)，說(shuō)明地區(qū)內(nèi)大氣環(huán)境質(zhì)量良好。

(2) 5種重金屬元素在夜間(當(dāng)夜的23∶30至第二天的7∶30)的濃度測(cè)量值均大于其余兩個(gè)時(shí)間段(上午時(shí)段為7∶30至15∶30，下午時(shí)段為15∶30至23∶30)的濃度值。這主要是因?yàn)橐归g的氣溫相對(duì)于白天來(lái)說(shuō)較低，濕度也會(huì)隨之增大，再加之較小的空氣對(duì)流速度容易形成一個(gè)較為封閉的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)會(huì)對(duì)各元素的遷徙流動(dòng)和消散造成很大的阻礙作用，這與圖中的曲線走勢(shì)也是相符合的。

(3) Pb元素在3個(gè)時(shí)間段內(nèi)的濃度值較其他4種元素的濃度都略大，這主要是由于采樣點(diǎn)附近屬于典型的交通要道且臨近有大型的教師公寓建筑工地，大量的車流量所帶來(lái)的高濃度汽車尾氣、土壤建筑沙塵和燃煤污染所致。

4 結(jié)論與建議

為期29 d的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：待測(cè)重金屬元素在夜間到凌晨時(shí)間段的濃度值明顯高于其余的兩個(gè)時(shí)間段(凌晨到下午、下午到夜間)，這與夜間污染較為嚴(yán)重的實(shí)際情況較為相符；各元素的濃度測(cè)量值和天氣之間的影響也較為緊密，人為活動(dòng)對(duì)各元素的影響也是綜合考慮所不可忽略的重要因素(如Pb元素)；4月3日的測(cè)量結(jié)果較好地解釋了當(dāng)時(shí)的大氣環(huán)境為輕度污染的事實(shí)；參考具體的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各元素濃度的測(cè)量結(jié)果都在標(biāo)準(zhǔn)值上限取值的范圍之內(nèi)，說(shuō)明區(qū)域內(nèi)的整體大氣環(huán)境質(zhì)量較好。

在本次試驗(yàn)的過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題和不足之處還值得進(jìn)一步的研究與探索：①空氣濾膜標(biāo)樣的制備過(guò)程中各元素含量的設(shè)置還需要進(jìn)一步考證以達(dá)到最優(yōu)化；②空氣濾膜標(biāo)樣制備過(guò)程中的pH值、吡咯烷二硫代甲酸銨溶液和甲基異丁基甲酮溶液的用量還需做優(yōu)化試驗(yàn)，過(guò)濾后濾液的回收率也有待提高；③空氣濾膜標(biāo)樣的均勻性還可以采用其他方法如吸附或電鍍等方式來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)或提升；④空氣濾膜標(biāo)樣所包含的元素種類還不夠豐富，無(wú)法對(duì)更多的元素進(jìn)行測(cè)量；⑤由于分析的濾膜樣品數(shù)量并不多，因此還無(wú)法對(duì)區(qū)域內(nèi)的大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和治理提供更強(qiáng)有力的支撐。

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Quantitative Analysis of Heavy Metal Elements in Air Particulates with Field Portable X-Ray Fluorescence Analyzer

REN Maoqiang1,GE Liangquan1,LUO Bin1，GUO Shengliang2，ZHANG Qinxian1， ZHU Li1，Li Dan1

(1.CollegeofNuclearTechnology&AutomationEngineering,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;2.ChengduChinaRayTechnologyCo.,Ltd.,Chengdu610052,China)

This paper puts forward a chelate-extraction method for making standard sample of air filter membranes and makes a batch of different concentration gradients of Mn,Ni,Cu,Cd,Pb mixed standard sample of air filter membranes to field portable X-ray fluorescence (FPXRF) analyzer.And then,the paper applies the analyzer to fast-field measuring the contents of heavy metal elements in air filter membranes samples,obtains the mass concentration of heavy metal elements in air particulates and analyzes the irregular values to explore the changing tendency of heavy metal elements in different time periods.The results indicate that during the sampling period of 29 days,the concentration of Mn element ranges from 0.48 to 9.18 μg/m3, and Ni from 1.15 to 3.06 μg/m3.At the same time,the concentration of Cu is from 0.38 to 5.23 μg/m3, Cd from 0.06 to 6.31 μg/m3,and Pb from 2.52 to 8.64 μg/m3.Thus,it can be concluded that the FPXRF analyzer can be used to conduct the on-the-spot analysis of the air particulates through the measurement.The measurement results areconsistent with the actual situation of nights with relatively low temperature,adverse pollutant diffusion conditions and the highest urban air vehicle emissions and air pollution.The results also indicate that the concerntration of heavy metal elements in air particulates are closely linked with the weather and the surrounding environment.

air particulate;heavy metal;chelate-extraction method;field portable X-ray fluorescence analyzer;quantitative analysis

1671-1556(2015)04-0028-06

2014-12-27

2015-07-08

國(guó)家863計(jì)劃“資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域”課題(2012AA061803)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41474159)；四川省教育廳一般項(xiàng)目(自然科學(xué))(15ZB0075)；四川省科技廳科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015RZ0010)

任茂強(qiáng)(1988—)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境污染等。E-mail:772632869@qq.com

X513

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.04.005

葛良全(1962—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事核地球物理學(xué)教學(xué)與科研工作。 E-mail:glq@cdut.edu.cn