環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素分布特征及檢測方法

袁慧敏，郭芳茹，王偉娜

（山東鼎安檢測技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250032）

環(huán)境空氣中的顆粒物是指在大氣環(huán)境下，均勻分散在氣溶膠體系內(nèi)中的非氣體形式的固狀物，通常情況下以固狀顆?；蛞簯B(tài)膠體形式存在，氣溶膠體系是大氣環(huán)境中結(jié)構(gòu)較復(fù)雜分布相對不均勻的體系。TSP是對懸浮在空氣中顆粒物的總稱，其顆粒物直徑大約在100μm之內(nèi)，直徑的大小是評價環(huán)境空氣質(zhì)量好壞的關(guān)鍵指標(biāo)。環(huán)境空氣中可吸入的顆粒物直徑通常小于10μm，這些顆粒物中重金屬元素的危害最大，相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)表明，若人體長期處于重金屬元素超標(biāo)的大氣環(huán)境中，顆粒物在人體呼吸系統(tǒng)中長期積累，會造成肺器官的功能衰竭等一系列呼吸系統(tǒng)疾病，尤其對于兒童、老人或自身免疫力系統(tǒng)功能較低的人來說，患病幾率更高，必須予以重視并嚴(yán)密監(jiān)控。通過研究環(huán)境空氣中重金屬元素的分布特性，發(fā)現(xiàn)其存在規(guī)律，為有針對性治理提供依據(jù)。

1 環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素分布特征

1.1 依照時間變化分析重金屬元素在大氣中的分布特征

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，重金屬元素的排放量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，季節(jié)變化是環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素的含量高低的關(guān)鍵影響因素，由于夏季為雨水多發(fā)季節(jié)，降雨量是改善環(huán)境空氣質(zhì)量的重要因素，因此顆粒物中的重金屬元素含量明顯比冬季環(huán)境空氣顆粒物中的重金屬元素含量低，對應(yīng)的空氣質(zhì)量要高[1]。相應(yīng)的，由于冬季為采暖期，大量煤礦的燃燒會釋放廢氣廢渣，推高了金屬元素在大氣環(huán)境中的含量。

1.2 依照區(qū)域性分析重金屬元素在大氣中的分布特征

隨著經(jīng)濟(jì)市場的工業(yè)化發(fā)展，工廠所排放的大量含有重金屬元素的廢渣也對環(huán)境空氣質(zhì)量造成很大的影響，大氣顆粒物中所含的重金屬元素主要有鈹、銅、鋅、鋁、錳等，在諸多的重金屬元素中，Al、Pb、Zn三種金屬元素含量最高；Mg、U、Ti金屬元素含量最低。其中工業(yè)區(qū)域內(nèi)環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素的含量要高于城市居民區(qū)域，主要含Al、Cu、Zn、Mn等工業(yè)金屬，根據(jù)環(huán)境空氣中具體重金屬元素所占比例的大小與顆粒物在空氣中的濃度可得出環(huán)境空氣顆粒物中所含重金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)是衡量環(huán)境空氣中重金屬分布特征的最直接的體現(xiàn)，具體計算如下公式所示。

如上述公式所示，T為環(huán)境空氣中具體重金屬元素所占比例的大小，D為顆粒物在空氣中的所占濃度，根據(jù)上述公式可計算出具體某一重金屬元素B在環(huán)境空氣中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w，依照鈹、銅、鋅、鋁、錳等金屬元素在環(huán)境空氣中的分布情況，對其金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行相應(yīng)的計算，結(jié)果如下表1所示。

表1 環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

分析表1的數(shù)據(jù)，環(huán)境空氣顆粒物中所含重金屬元素對應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，重金屬元素Zn在環(huán)境空氣中的分布最高，對環(huán)境造成的污染程度最高，依次為鈹、銅、錳等，因此工業(yè)密集區(qū)域環(huán)境空氣顆粒物重金屬元素超標(biāo)嚴(yán)重，非工業(yè)區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量較好。

2 環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素檢測方法

根據(jù)上述對環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素的分布特征分析，針對環(huán)境空氣中重金屬含量高區(qū)域，采用如圖1所示的重金屬元素檢測方法分析。

根據(jù)環(huán)境空氣重金屬元素檢測流程，首先選取合理的環(huán)境空氣顆粒物監(jiān)測點，監(jiān)測點需具有較強(qiáng)的代表性，以檢測點為中心，50m之內(nèi)為檢測半徑，圈定待檢測的區(qū)域，提取環(huán)境空氣樣本。其次使用“全消解”的方法進(jìn)行樣本顆粒物中重金屬元素的檢測[2]。第一步將提取的樣本進(jìn)行濾膜過濾，收集大氣中的顆粒物，將顆粒物樣本放置于馬沸爐設(shè)備內(nèi)，將設(shè)備升溫至300oC，保持此溫度30min～40min，將設(shè)備溫度持續(xù)升高至525℃～555℃，對設(shè)備內(nèi)樣本進(jìn)行灰化處理，經(jīng)30min～40min后，觀察設(shè)備內(nèi)樣本直到顏色與土壤顏色相近時，將設(shè)備內(nèi)樣品取出放置室溫下進(jìn)行冷卻處理。在處理后的樣本中滴入3～5滴97%濃度以上的酒精溶液，樣品與溶液完全混合后，根據(jù)樣本質(zhì)量，加入0.05g～0.25gNaOH固體試劑。

圖1 重金屬元素檢測流程

將樣品二次放入馬沸爐設(shè)備中，將設(shè)備升溫至500oC，大約需要5min～15min后，待放置的樣本試劑完全溶解。最后取出設(shè)備熔爐放置10min～15min，在樣本中加入5ml～10ml約90℃的熱水，在加熱設(shè)備上不斷攪拌并提純，同時準(zhǔn)備2ml～5ml的HCl溶液放置在透明試管中，將混合液析出的晶體放入試管中與鹽酸溶液進(jìn)行混合，使用少量的0.1moL/L-1HCL進(jìn)行設(shè)備熔爐的沖洗，將沖洗后的溶液放在燒瓶中與晶體溶液一同稀釋至50ml/cm3，將混合液搖勻，使用滴管在ICP-MS設(shè)備上進(jìn)行少量多次的檢測，依照不同金屬在設(shè)備中呈現(xiàn)的光譜形態(tài)不同，分析對應(yīng)金屬元素的含量。上述方法對于鈉、鎂、鐵、鉀、鈣等常用金屬元素均適用。

3 結(jié)論

文章對環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素分布特征展開了分析，依照時間性及區(qū)域性進(jìn)行重金屬分布特征的研究，結(jié)合金屬檢測設(shè)備進(jìn)行環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素的檢測方法研究。結(jié)合文章上述的分析，空氣中Zn、Pb金屬元素的含量較高，重金屬元素帶來的不僅僅是對大氣環(huán)境的污染，同時受到影響的還有水質(zhì)、土壤等相關(guān)的生態(tài)化問題，政府應(yīng)當(dāng)加大對環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素的監(jiān)督管理問題，為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)化城市提供技術(shù)指導(dǎo)。