中国大气颗粒物中重金属监测技术与方法综述
张霖琳;薛荔栋;滕恩江;吕怡兵;王业耀
【摘 要】大气颗粒物中的重金属极易富集在细颗粒物中，并对人体带来危害。文章对中国大气颗粒物中重金属的监测技术方法进行梳理和汇总，从点位布设、样品采集、样品前处理、分析测试以及全过程的质量保证和质量控制等方面。探讨和分析颗粒物监测的各个环节应遵循的技术规范和相关方法。大气颗粒物的采样主要包括环境空气样品和无组织排放样品两大类，前处理方法包括全消解和酸浸提，而全消解中又包括酸消解法和碱熔法，消解方式包括电热板、马弗炉、高压密闭消解罐、微波消解等。测试方法主要包括分光光度法、X射线荧光光谱法（XRF）、原子吸收分光光度法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等，根据不同的监测需求和仪器设备水平，选择不同的标准测试方法作为依据。在颗粒物重金属监测的全过程中，从布点、试剂空白、滤膜/滤筒空白的控制，到采样、前处理、实验室分析等各个环节，均需要考虑可能影响分析准确度的因素，建立起与监测方法同步的全程序质量保证和控制措施。完善大气颗粒物中重金属监测技术与方法体系，可为大气环境监测和管理部门的决策提
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供科学依据和技术支持，为源解析等颗粒物组分分析相关工作提供方法依据。%Heavy metals in atmospheric particle matters were easily enriched in PM2.5, and brought harm to human. In this paper, the Chine monitoring technology and methods of heavy metals in ambient air particulate matters was collected sort and aggregated. All of the monitoring aspects were introduced such as sampling points laid, sample collection, sample pretreatment, sample analysis and quality assurance and quality control throughout the whole process. The technical specifications and related methods were discusd and analyzed. Atmospheric particulate matter sampling mainly includes air sample and unorganized emissions sample. The pretreatment includes full digestion and acid leaching. And acid or alkali treatment could be ud to decompo by hot plate, muffle furnace, high pressure airtight jar or microwave digestion. Many analysis methods could be lected such as spectrophotometer, X fluorescence spectrometer (XRF), atomic absorption spectrometry (AAS), atomic fluorescence spectrometry (AFS), inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). According to the different monitoring requirements
and equipment level, different standard test methods should be ud. Through the whole process of heavy metal particulate monitoring, the stationing, reagent blank, membrane filter/cartridge blank control, the sampling pretreatment and laboratory analysis and so on, every factor that might affect the accuracy of analysis should be considered. Monitoring method should be established with the whole procedures of quality assurance and control measures. Complete monitoring technology system of the heavy metals in atmospheric particles could provide a scientific basis and technical support for the decision of atmospheric environmental monitoring and management. And it would also provide the analysis methods for the source apportionment of atmospheric particulate matter technique and relevant works.
【期刊名称】《生态环境学报》汗译英
【年(卷),期】2015(000)003
【总页数】雅思口语培训6页(P533-538)
【关键词】颗粒物;重金属;监测
英文大小写字母表
【作 者】张霖琳;薛荔栋;滕恩江;吕怡兵;王业耀
【作者单位】中国环境监测总站，北京 100012;中国环境监测总站，北京 100012;中国环境监测总站，北京 100012;中国环境监测总站，北京 100012;中国环境监测总站，北京 100012animalfarm
【正文语种】中 文
【中图分类】X831中秋节快乐 英语
伴随着经济社会的快速发展，中国大气环境面临的形势十分严峻，灰霾天气状况的频发（Chan和Yao，2008；Wang等，2014），使人们对环境空气质量的敏感性和认知度大幅升高，大气细颗粒物的污染防治成为当今焦点问题（孟晓艳等，2012；严刚和燕丽，2011；李培等，2011；Cao等，2014；）。大气颗粒物是指分散在大气中的固态或液态颗粒状物质，其中的重金属元素如铅、砷、镉等被认为主要来源于人为污染（李万伟，2011），并易富集在细颗粒物中（Mustafa等，2007；Wang等，2008），给人体带来潜在的毒性（Michelle等，2007）。中国早期颗粒物的监测指标是总悬浮颗粒物（TSP），2
卖犊买刀
000年以后，监测重点为可吸入颗粒物（PM10），而近年来细颗粒物（PM2.5）成为中国大部分城市的首要大气污染物和评价大气环境质量的最主要污染物（Duan和Tan，2013）。颗粒物中重金属、多环芳烃等污染物对人体呼吸健康、心血管、癌症等的影响十分严重（Chen等，2010；杨欣等，2014；杨俊益等，2012）。
随着新《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）和《大气污染防治行动计划》的颁布和实施，颗粒物的监测工作日趋重要，及时、准确地反应大气中重金属污染状况，建立和完善大气颗粒物中重金属的监测技术方法体系，是控制和治理大气重金属污染的关键技术和重要环节（姚琳等，2012；谭吉华和段菁春，2013）。目前，中国大气颗粒物中重金属测定技术与方法不完备、质量管理体系亟待提高，尤其表现在各级环境空气质量标准、大气污染物排放标准中包含的重金属项目较少，缺少系统和规范的样品采集技术和方法，现有重金属测定方法多为推荐方法和暂行行业标准，有待进一步完善和标准化。本文将中国大气颗粒物中重金属的监测技术与方法进行汇总和分析，从样品采集、前处理、分析测试以及质量保证和质量控制等各个环节进行阐述，为大气颗粒物重金属监测和管理部门制/修订相关标准提供技术支持和科学依据。
1.1 仪器和滤膜准备
根据采样目的的不同，可分别采用大、中流量TSP采样器，或用PM10、PM2.5的大、中、小流量采样器采集不同粒径的颗粒物。仪器设备的要求参见《环境空气质量手工监测技术规范》（HJ/T 194-2005）、《PM10和PM2.5采样器技术要求及检测方法》（HJ 93-2013）等技术规范和标准方法。采集器入口一般距地面1.5 m。
测定重金属一般不宜用玻璃纤维滤膜采样，普通的玻璃纤维滤膜中，除了它的主要成分硅铝酸盐外，还含有其它杂质金属元素，同时在用硝酸湿法浸出时，玻璃纤维滤膜易形成糊状难分离，消解时又极易发生崩溅，其滤料的灰分含量也很高。建议使用有机滤膜，如聚氯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维、过氯乙烯或聚碳酸酯等材质的滤膜。毛贼
1.2 点位布设和样品采集
大气颗粒物的采样主要涉及到两类样品：环境空气样品和无组织排放样品。
（1）环境空气样品：采样点的布设遵循《环境空气质量监测规范（试行）》中相关要求。该技术规范对采样点位的布设提出了“代表性、可比性、整体性、前瞻性、稳定性”几点原则，提出采样点位应包括环境空气质量评价城市点、环境空气质量评价区域点和背景点、
污染监控点、路边交通点，并对上述几类采样点布设方法和布设数量做出了详细规定。采样过程按照《环境空气质量手工监测技术规范》中颗粒物采样的要求执行。该技术规范对监测点位、周围环境与采样口设置等进行了规定，对采样系统（切割器、采样器、滤膜）的规格和性能、采样前准备与滤膜处理、3种采样方式（24 h采样、间断采样、无动力采样）、采样气象参数和气体状态参数、采样记录要求、采样体积计算、质量保证与质量控制措施做了系统地阐述。颗粒物的质量浓度测定可参考《环境空气 总悬浮颗粒物的测定 重量法》（GB/T 15432-1995）、《环境空气PM10和PM2.5的测定 重量法》（HJ 618-2011）、《环境空气颗粒物PM2.5手工监测方法（重量法）技术规范》（HJ 656-2013）等。
（2）无组织排放样品：《大气污染物无组织排放监测技术导则》（HJ/T 55-2000）对大气污染物无组织排放监测点设置方法、监测气象条件的判定和选择、监测结果的计算等做了规定和指导，现阶段对无组织颗粒物的采样布点一般按该技术导则执行，采样方法与环境空气颗粒物采集方法相同。根据污染源的风向设置对照点和监控点，找到下风向的1 h最高浓度点作为监控点。监控点浓度与对照点浓度之差即为该无组织排放源的浓度。任何 1 h浓度都不得超过标准限值。各点可采 1 h，若浓度偏低可适当延长采样时间，若浓度较高，
可在 1 h内等间隔采样，取其平均值。另一种布点是取单位周界监控点，当有明显风向和风速时，监控点设在周界外10 m范围内，找一个小时浓度最高点作为监控点。若经预算估算，无组织排放的最大落点地浓度区域超过10 m，则可将监控点移至此处，采用与环境空气样品相同的TSP采样器进行采样。详细操作步骤可以参见《环境空气 总悬浮颗粒物的测定 重量法》。采样时间及采样监控点位的确定可以按照《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-1996）附录C进行。
2.1 全消解方法
（1）碱熔法：常用的消解体系有 NaOH、Na2O2-NaOH、Na2O2-Na2CO3、KHSO4-K2S2O7等。NaOH消解方法为：取已采集大气颗粒污染物的滤膜样品部分（½或¼）于镍坩埚中，放入马弗炉，从低温升至300 ℃，恒温保持约40 min，再逐渐升温至 530～550 ℃进行样品灰化，保持恒温 40～60 min至灰化完全（样品颜色与土壤样品相似）。取出样品冷却至室温，加入几滴无水乙醇润湿样品，加入0.1～0.2 g固体氢氧化钠，放入马弗炉中500 ℃熔融10 min，取出坩埚，放置片刻，加入5 mL热水（约90 ℃），在电热板上煮沸提取，移入预先盛有 2 mL(1+1)盐酸溶液的塑料试管中，用少量 0.1 moL·L-1的盐酸溶液
多次冲洗坩埚，将溶液洗入容量瓶中并稀释至50.0 mL，摇匀，待测。同时做试剂和滤膜样品空白实验。该方法适用于 Al、Ca、Mg、K、Fe、Na、Ti等重金属的ICP-AES法分析。由于试剂用量较大，空白较高，碱金属元素还可能产生严重的背景干扰，因此碱熔法不适于用ICP-MS等仪器分析。
（2）酸溶法：中国 90年代左右曾对重金属全消解进行过较为广泛的研究。李振声等（1990）对大气颗粒物中金属元素的4种前处理方法：硫酸—灰化法、常压消解法、高压消解法、索氏提取法进行了比较，结果认为：高压和常压消解回收率都较为满意，硫酸—灰化法Cu、Cd回收率偏低，而索式提取空白值高、Cu无法测定、Ni回收率过高，相比于其它方法，高压消解操作简便、空白值低、消解完全、精密度和准确度均较高，适于推广使用。王泽俊等（2002）通过中和对比实验，从6种颗粒物消解方法（HNO3-HClO4消解、王水-HClO4消解、H2SO4-400 ℃灰化、HNO3-H2O2、H2SO4-HNO3消解、HNO3-超声提取）中筛选出HNO3-HClO4消解法，该法操作简便、金属溶出率高、空白值低，适用于化学法及仪器法测定大气颗粒物中金属含量的样品预处理。陈如君等（1989）研究了稀酸热浸法、加压酸浸法、HNO3-HF法、HNO3-HClO4-HF法消解颗粒物重金属，结果发现，稀酸热浸法对待测元素的回收率为 19%～31%、加压酸浸法在 54%以下，HNO3-HF
法对某些元素回收率略低，而HNO3-HClO4-HF 法 对 各 种 元 素 回收 率在91%～106%之间，消解完全、重现性好，值得推广。
消解技术发展到现阶段，微波消解已经以其独特的优点成为颗粒物前处理的首选方式。与电热板消解相比，总制样时间缩短90%；适用范围宽，样品类型限制少，对于起泡沫样品也不影响样品制备；自动进行，具有压力和温度控制系统，消解程序由计算机控制，可存储用于日后制样用；改善制样质量（加热方式均匀平稳，提高准确度和精密度）；改善工作环境（烟气排放吸收系统，防止二次污染，有利于准确分析并保障分析人员的健康）。此外，由于是密闭消解，相比于敞口的其它消解方式，不易引起汞、砷、镉等易挥发元素的损失。史庭安等（1996）采用密闭微波消解大气颗粒物，ICP-AES测定了其中的铅和钡，加标回收率为96%～105%，表明在密闭条件下微波消解，钡和铅没有挥发损失。朱奕等（2013）结合微波消解与ICP-MS分析方法，研究了长沙市大气TSP中As、Cd、Co、Cu等重金属元素的含量，最低检测浓度为 0.0001～0.005 μg·m-3，加标回收率达到90.9%～106.7%。张霖琳等（2014）采用微波消解-ICP-MS方法，分析颗粒物PM10和PM2.5中54种元素，加标回收率为80.5%～110.9%。2014考研数学大纲
