大气细颗粒物中重金属含量的测定

纪文强，刘思雪，侯典吉，孟庆爱，崔肖辉，王赛宇

（青岛斯八达分析测试有限公司，山东 青岛 266002）

大气细颗粒物中重金属含量的测定

纪文强，刘思雪，侯典吉，孟庆爱，崔肖辉，王赛宇

（青岛斯八达分析测试有限公司，山东 青岛 266002）

如今，PM2.5已成为我国环境污染的主要关注点，如何准确地测量PM2.5中有害物质是治理的关键问题。本文采用硝酸氢氟酸高温高压消解法和ICP-MS技术，测定PM2.5中As、Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等8种重金属，在实现大批量检测的同时，极大地提高了检测精度，能够帮助人们准确分析有害重金属物质，为更加合理、科学、快速地治理空气中的重金属污染提供技术支持。

PM2.5；重金属；ICP-MS

当前，我国大气污染问题十分严峻，主要表现是大气细颗粒物（PM2.5），这也成为国家重点关注和努力解决的问题。大气颗粒物中的重金属元素，对人体危害极大，准确测定重金属元素含量是进行环境有害物质监测以及有害物质来源分析的关键[1]。以往受分析手段限制，重金属污染物一般分开进行检测，针对不同元素，人们采用不同的仪器方法，如络合滴定、重量法、分光光度法、原子吸收法、原子荧光法等，需要的样品量大，不仅费时费力，而且容易在采样、分析过程中引入污染。而电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）可以同时分析多种元素，具有快速、精密度高、灵敏度高、检出限低（10-12～10-9）、准确性好等优点，可以进行重金属元素的定量分析，它是目前最为理想的大气细颗粒物检测方法[2]。

由于样品具有采集周期较长、无法重现的特点，采样及试验的相关要求极为苛刻。笔者使用聚四氟乙烯滤膜采集样品，此滤膜可酸洗表面杂质，减少滤膜对试验的干扰[3]；消解的样品完全在高压密闭溶解釜中进行，既可以降低元素损失又可以减少污染。分析工作的环境须达到洁净实验室级别，以保证重金属元素分析准确。

对于环境监测和环境调查来说，需要在短时间测定大量样品，这就要求元素测定方法简捷、快速、准确。聚四氟乙烯采样、高温高压密闭消解以及ICP-MS技术使上述要求成为可能。

1 试验部分

1.1 主要仪器与试剂

Varian 820-MS型电感耦合等离子体质谱仪器（美国Varian公司）；50 mL防腐高压溶样罐（青岛济科实验仪器有限公司）；2034型空气重金属采样仪（青岛崂山应用技术研究所）等。

沉积物成分分析标准物质GBW07315、GBW 07316；多元素混合标准溶液（GSB04-1767-2004；100 mg/L）；根据测试需要用5% HNO3现配各元素的混合标准储备溶液；试验用水为ELGA超纯水（18.2 MΩ/cm）；1.2微米聚四氟乙烯微孔滤膜；硝酸（电子纯）；氢氟酸（电子纯）：试验样品为空气质量指数轻度污染时PM2.5采样滤膜，此滤膜使用之前使用10%硝酸与去离子水清洗并在无尘环境下烘干；试验所用存储样品及标准溶液的器皿均为酸化处理过的聚乙烯瓶、离心管等。

1.2 试验方法

按照空气颗粒物收集检测方法技术规范的要求[4]，使用经稀酸清洗烘干且称过重量的PTFE滤膜采集。

根据研究和预试验，试验的具体步骤如下：取称量过的滤膜加入50 mL聚四氟乙烯内杯中，加入2 mL浓硝酸、1 mL氢氟酸，将内杯置于外罐里并在180℃烘箱中消解600 min，取出滤膜并冲洗，120℃加热并赶酸至湿盐状态，加入2 mL（1+1）硝酸，将内杯置于外罐并在150℃烘箱中回溶180 min，取出转移至离心管并定容到20 mL。

取多元素混合标准溶液储备液，然后用5%硝酸分别配置 1 μg/L、2 μg/L、5 μg/L、8 μg/L、10 μg/L的标准溶液。

1.3 仪器参数（见表1）

表1 仪器参数

1.4 元素测试

调试仪器性能，测试标准溶液并绘制标准曲线，在线加入Re做内标，校正仪器信号漂移。测试标准样品和试验样品，并使用标准加入法对试验样品进行复测，计算标准加入法的回收率。

2 结果与讨论

2.1 试验方法精准度

本文首先对沉积物成分进行分析，将标准物质进行消解测试，确定方法的可行性。按照1.2的步骤，对GBW07315、GBW07316进行消解，对同一标准消解7次并测试含量，取测定结果的平均值作为测定值，结果如表2所示。

表2 重金属元素结果

仪器测得元素标准曲线线性相关系数全部在0.999 9以上，结果显示，As、Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的测定值与参考值含量相对标准偏差在3%以内，结果在允许误差之内，说明本消解方法可行。

2.2 测试精准度

表3 加标回收法测定重金属元素结果

表3为空气质量指数为104所采集的大气监测样品，其中所列各元素的价表回收率在87.0%～105%，符合GB17378-2007中“样品中浓度或含量范围低于100 μg/L的元素，回收率应在60%～110%”的要求。由表3可见，各元素加标回收测定的回收率满足测试要求，说明该方法精密度能够满足大量样品测定要求。

2.3 误差分析及不足

Zn、As元素精密度取决于样品消解过程以及试验操作手法，不当的操作手法会导致样品污染，试剂使用不当会导致偶然误差，使测量值低于实际值；Co、As、Cd三种金属元素含量较低，接近仪器检出限，导致测试精度欠佳。

3 结论

由此可见，硝酸氢氟酸高温高压消解法，可实现环境大气细颗粒物的处理，结合ICP-MS可实现微量重金属的准确测定，适用于大批量环境监测样多重金属元素的快速、简便测试，在降低环境对试验污染的同时提高样品数据的准确度。

1 李斌莲，管 峰，蒋建华.浅析中国PM2.5现状及防控措施[J].能源与节能，2012，（6）：54-54.

2 中华人民共和国环境保护部.HJ 657-2013空气和废气颗粒物中铅等金属元素的测定电感耦合等离子体质谱法[S].北京：中国环境科学出版社，2013.

3 唐军婷，宋党育，姬莞莞.滤膜对PM2.5采样和组分分析准确性的影响[J].环境工程学报，2016，10（10）：5815-5820.

4 中华人民共和国环境保护部.HJ656-2013环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范[S].北京：中国环境科学出版社，2013.

Determination of Heavy metal Content in Fine Particulate Matter

Ji Wenqiang, Liu Sixue, Hou Dianji, Meng Qing'ai, Cui Xiaohui, Wang Saiyu
(Qingdao Speed Analysis&Test Co., Ltd., Qingdao 266002, China)

At present, PM2.5 has become the main concern of environmental pollution in China, how to accurately measure harmful substances in PM2.5 is the key issue of governance. In this paper, eight kinds of heavy metals such as As, Cd, Co,Cr, Cu, Ni, Pb and Zn in PM2.5 were determined by high temperature and high pressure digestion and ICP-MS. At the same time, The earth improves the detection accuracy and can help people to accurately analyze harmful heavy metal substances and provide technical support for more reasonable, scientific and rapid management of heavy metal pollution in the air.

PM2.5; heavy metals; ICP-MS

X831

A

1008-9500(2017)09-0014-03

2017-07-11

纪文强（1995-），男，山东青岛人，工程师，研究方向：环境分析。