紀文強，劉思雪，侯典吉，孟慶愛，崔肖輝，王賽宇

（青島斯八達分析測試有限公司，山東 青島 266002）

大氣細顆粒物中重金屬含量的測定

紀文強，劉思雪，侯典吉，孟慶愛，崔肖輝，王賽宇

（青島斯八達分析測試有限公司，山東 青島 266002）

如今，PM2.5已成為我國環(huán)境污染的主要關(guān)注點，如何準確地測量PM2.5中有害物質(zhì)是治理的關(guān)鍵問題。本文采用硝酸氫氟酸高溫高壓消解法和ICP-MS技術(shù)，測定PM2.5中As、Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等8種重金屬，在實現(xiàn)大批量檢測的同時，極大地提高了檢測精度，能夠幫助人們準確分析有害重金屬物質(zhì)，為更加合理、科學(xué)、快速地治理空氣中的重金屬污染提供技術(shù)支持。

PM2.5；重金屬；ICP-MS

當(dāng)前，我國大氣污染問題十分嚴峻，主要表現(xiàn)是大氣細顆粒物（PM2.5），這也成為國家重點關(guān)注和努力解決的問題。大氣顆粒物中的重金屬元素，對人體危害極大，準確測定重金屬元素含量是進行環(huán)境有害物質(zhì)監(jiān)測以及有害物質(zhì)來源分析的關(guān)鍵[1]。以往受分析手段限制，重金屬污染物一般分開進行檢測，針對不同元素，人們采用不同的儀器方法，如絡(luò)合滴定、重量法、分光光度法、原子吸收法、原子熒光法等，需要的樣品量大，不僅費時費力，而且容易在采樣、分析過程中引入污染。而電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）可以同時分析多種元素，具有快速、精密度高、靈敏度高、檢出限低（10-12～10-9）、準確性好等優(yōu)點，可以進行重金屬元素的定量分析，它是目前最為理想的大氣細顆粒物檢測方法[2]。

由于樣品具有采集周期較長、無法重現(xiàn)的特點，采樣及試驗的相關(guān)要求極為苛刻。筆者使用聚四氟乙烯濾膜采集樣品，此濾膜可酸洗表面雜質(zhì)，減少濾膜對試驗的干擾[3]；消解的樣品完全在高壓密閉溶解釜中進行，既可以降低元素損失又可以減少污染。分析工作的環(huán)境須達到潔凈實驗室級別，以保證重金屬元素分析準確。

對于環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境調(diào)查來說，需要在短時間測定大量樣品，這就要求元素測定方法簡捷、快速、準確。聚四氟乙烯采樣、高溫高壓密閉消解以及ICP-MS技術(shù)使上述要求成為可能。

1 試驗部分

1.1 主要儀器與試劑

Varian 820-MS型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀器（美國Varian公司）；50 mL防腐高壓溶樣罐（青島濟科實驗儀器有限公司）；2034型空氣重金屬采樣儀（青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所）等。

沉積物成分分析標準物質(zhì)GBW07315、GBW 07316；多元素混合標準溶液（GSB04-1767-2004；100 mg/L）；根據(jù)測試需要用5% HNO3現(xiàn)配各元素的混合標準儲備溶液；試驗用水為ELGA超純水（18.2 MΩ/cm）；1.2微米聚四氟乙烯微孔濾膜；硝酸（電子純）；氫氟酸（電子純）：試驗樣品為空氣質(zhì)量指數(shù)輕度污染時PM2.5采樣濾膜，此濾膜使用之前使用10%硝酸與去離子水清洗并在無塵環(huán)境下烘干；試驗所用存儲樣品及標準溶液的器皿均為酸化處理過的聚乙烯瓶、離心管等。

1.2 試驗方法

按照空氣顆粒物收集檢測方法技術(shù)規(guī)范的要求[4]，使用經(jīng)稀酸清洗烘干且稱過重量的PTFE濾膜采集。

根據(jù)研究和預(yù)試驗，試驗的具體步驟如下：取稱量過的濾膜加入50 mL聚四氟乙烯內(nèi)杯中，加入2 mL濃硝酸、1 mL氫氟酸，將內(nèi)杯置于外罐里并在180℃烘箱中消解600 min，取出濾膜并沖洗，120℃加熱并趕酸至濕鹽狀態(tài)，加入2 mL（1+1）硝酸，將內(nèi)杯置于外罐并在150℃烘箱中回溶180 min，取出轉(zhuǎn)移至離心管并定容到20 mL。

取多元素混合標準溶液儲備液，然后用5%硝酸分別配置 1 μg/L、2 μg/L、5 μg/L、8 μg/L、10 μg/L的標準溶液。

1.3 儀器參數(shù)（見表1）

表1 儀器參數(shù)

1.4 元素測試

調(diào)試儀器性能，測試標準溶液并繪制標準曲線，在線加入Re做內(nèi)標，校正儀器信號漂移。測試標準樣品和試驗樣品，并使用標準加入法對試驗樣品進行復(fù)測，計算標準加入法的回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗方法精準度

本文首先對沉積物成分進行分析，將標準物質(zhì)進行消解測試，確定方法的可行性。按照1.2的步驟，對GBW07315、GBW07316進行消解，對同一標準消解7次并測試含量，取測定結(jié)果的平均值作為測定值，結(jié)果如表2所示。

表2 重金屬元素結(jié)果

儀器測得元素標準曲線線性相關(guān)系數(shù)全部在0.999 9以上，結(jié)果顯示，As、Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的測定值與參考值含量相對標準偏差在3%以內(nèi)，結(jié)果在允許誤差之內(nèi)，說明本消解方法可行。

2.2 測試精準度

表3 加標回收法測定重金屬元素結(jié)果

表3為空氣質(zhì)量指數(shù)為104所采集的大氣監(jiān)測樣品，其中所列各元素的價表回收率在87.0%～105%，符合GB17378-2007中“樣品中濃度或含量范圍低于100 μg/L的元素，回收率應(yīng)在60%～110%”的要求。由表3可見，各元素加標回收測定的回收率滿足測試要求，說明該方法精密度能夠滿足大量樣品測定要求。

2.3 誤差分析及不足

Zn、As元素精密度取決于樣品消解過程以及試驗操作手法，不當(dāng)?shù)牟僮魇址〞?dǎo)致樣品污染，試劑使用不當(dāng)會導(dǎo)致偶然誤差，使測量值低于實際值；Co、As、Cd三種金屬元素含量較低，接近儀器檢出限，導(dǎo)致測試精度欠佳。

3 結(jié)論

由此可見，硝酸氫氟酸高溫高壓消解法，可實現(xiàn)環(huán)境大氣細顆粒物的處理，結(jié)合ICP-MS可實現(xiàn)微量重金屬的準確測定，適用于大批量環(huán)境監(jiān)測樣多重金屬元素的快速、簡便測試，在降低環(huán)境對試驗污染的同時提高樣品數(shù)據(jù)的準確度。

1 李斌蓮，管 峰，蔣建華.淺析中國PM2.5現(xiàn)狀及防控措施[J].能源與節(jié)能，2012，（6）：54-54.

2 中華人民共和國環(huán)境保護部.HJ 657-2013空氣和廢氣顆粒物中鉛等金屬元素的測定電感耦合等離子體質(zhì)譜法[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2013.

3 唐軍婷，宋黨育，姬莞莞.濾膜對PM2.5采樣和組分分析準確性的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報，2016，10（10）：5815-5820.

4 中華人民共和國環(huán)境保護部.HJ656-2013環(huán)境空氣顆粒物（PM2.5）手工監(jiān)測方法（重量法）技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)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

紀文強（1995-），男，山東青島人，工程師，研究方向：環(huán)境分析。