分析化学方法在大气颗粒物分析中的应用

王茜彤

湖南科技大学

分析化学方法在大气颗粒物分析中的应用

王茜彤

湖南科技大学

随着近些年北京、天津等城市雾霾天气的加重，PM2.5进入了大众的视野，人们也越来越关注大气颗粒物给生活带来的威胁，因此，分析化学作为可以分析研究大气颗粒成分的有效手段，也得到了长足的应用，本文通过对大量文献的阅读，总结了在大气颗粒物分析中分析化学方法的应用。

分析化学；大气颗粒物；应用

前言

2013年10月份，在我国中东部分的城市，如北京、天津、江苏、河南等城市，都出现了导致空气质量下降、能见度降低、天气污染情况严重的雾霾天气；并且在2014年的春节期间，我们国家的首都北京，更为严重，在整个春节期间，长达十多天由于雾霾的原因无法看见阳光[1]，出门也必须佩戴口罩，因此雾霾对我国来说仍处于一种严峻的状态。与此同时，分析化学近几年的快速发展与技术进步，也可对于大气颗粒物进行详细的分析，以作为决策实施的依据，使措施的实施更具有合理性。

1.大气颗粒物概述

1.1 大气颗粒物概念及组成分类。大气颗粒物即大气中各种固态或者液态颗粒在空气中均匀的分散着，因此形成了既庞大又稳定的悬浮大气气溶胶体系。这些颗粒的成分包括有机物、无机物还有一些与生命相关的物质。其按照颗粒物的大小进行分类时，可以分为：总颗粒物、可吸入颗粒物、细颗粒物三种，而我们今天所重点研究的就是细颗粒物，即PM2.5，由于这些颗粒可进入人体的肺泡造成伤害，因此更受到大众的关注，而有效的分析大气中各种成分的含量分析方法，则有助于对大气中的成分进行监测。

1.2 PM2.5的产生原因。就PM2.5的产生，有许多原因，此处我们列出集中常见的，首先，是汽车尾气的排放；其次，是工业废气的排放；接着，煤炭等取暖燃料的燃烧气体的排放；此外，还有道路上汽车路过以及建筑工地在作业时的扬尘；最后是以农作物秸秆或是生活垃圾燃烧产生的废气[2]。

2.气相色谱质谱联用法测大气颗粒物中的有机物

2.1 气相色谱质谱联用法原理。通过大气颗粒物智能采样仪采样，采样后再经过超声提取、旋转蒸发仪和高纯氮气的浓缩，经过过滤膜过滤，准备打入GC-MS联用仪检测分析，经过已有试验表明，在仪器内的分析时间定为35 min即可以达到试验分析的要求；在气相色谱柱的选择方面，由于大气颗粒物成分复杂的原因，因此选择80m的SE-54色谱柱；在仪器进样口的温度选择方面，由于温度过低会影响反应的进行，温度过高又会导致样品中某种成分的挥发，因此，最后将进样品口的温度定在300℃即可满足试验需要，具体的试验的参数设置如表2-1所示。

表2-1 GC-MS分析仪器的实验参数设置表[3]

2.96 1600 100参数（GC）载气色谱柱手动/自动进样进样量进样口温度设置值高纯氦气SE-54 100位自动进样器0.4μL，无分流300℃设置值EI 70eV 230℃15℃Scan柱流量50-550升温程序1.0ml/min，恒流模式，60℃，2min以6℃/min速度升至300℃持续30min参数（MS）电离方式离子源电压离子源温度四极杆温度Scan/SJM扫描扫描质量范围扫描频率倍增器电压阈值

2.2 结果分析。大气颗粒物中的有机成分，主要以烷烃和烯烃这两大类物质为主，此外还包括一些酮类、酯类、醇类物质，并且通过此试验发现，大气中颗粒物的成分在春夏两个季节时有机成分基本相似，而在冬天的时候，虽然仍是以烷烃和烯烃为主，但和春夏季节的种类区别极大。

3.碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法测大气颗粒物中的无机元素

3.1 碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法原理。在大气颗粒物的无机物分析上有许多方法，如活化分析法、X射线荧光光谱法等等，而本文着重强调的是碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法的应用，大气颗粒物采样仪器采样，采样后的样品滤膜放置于镍坩埚中，经过升温继而持续的恒温灰化后，加入无水乙醇润湿，然后再加入固体的NAOH进行熔融，最后加入热水煮沸提取，提取液置于装有HCL的试管中稀释待用。

为了保证灰化后物质的不损失，因此最后的灰化温度选择为（550±25）℃为最佳；其次，在灰化时间的选择上，既要保证灰化达到试验效果，也要防止过度灰化，所以最终灰化时间定在60min为宜。具体的仪器参数设置和无机元素光谱选择分别如下表3-1和表3-2所示：

表3 -1等离子体发射光谱仪参数设定[4]

表3 -2无机元素光谱波长选择设定[4]

3.2 结果分析。通过上述的试验可以总结出，在应用碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法测定大气颗粒中的无机元素，可以在只进行一次的熔样里一次性的测出大气颗粒物中Si、Al、Ca、Mg、Fe等无机元素的测定，并且在原有的测定大气颗粒物无机元素的试验基础上，保证了Si元素的溶解完全，即保证了Si元素的测定的准确性。

结论

本文通过以介绍大气颗粒物的相关组成成分和分类作为出发点，在众多的大气颗粒物成分分析的方法中，选择了两种对目前来说相对更为完善的检测分析大气颗粒物中有机和无机成分的方法，因此从分析化学方法在大气颗粒物成分分析中的应用还具有一定的局限性，成分的检测也未包含生命相关物质，因此还有待在日后的研究中得到改进。但是相信随着科学的快速发展，分析化学应用的日益广泛，必将为我国大气污染物，尤其是雾霾的治理中起到至关重要的作用。

[1]刘晓月.我国雾霾天气现状与综合治理分析[J].科技风,2014（13）：275-275.

[2]杨复沫,马永亮.细微大气颗粒物PM2.5及其研究概况[J].世界环境,2000（4）：32-34.

[3]瞿德业,周围.气相色谱质谱联用分析兰州市大气颗粒物中的有机成分[C].西北地区色谱年会.2012：3142-3147.

[4]付爱瑞,陈庆芝,罗治定,等.碱熔-电感耦合等离子体发射光谱法测定大气颗粒物样品中无机元素[J].岩矿测试,2011,30（6）：751-755.

王茜彤（1994-），女，汉族，河北保定人，本科，研究方向：分析化学。