大气颗粒物重金属元素分析方法的现代研究

大气颗粒物重金属元素分析方法的现代研究作者：董乃君
来源：《科学与信息化》2017年第26期
摘要近年来，随着社会经济发展水平的进一步提升，大气环境污染问题进一步加剧，颗粒物污染作为大气环境污染中非常重要的类型之一，如何科学分析并积极应对与治理，已成为业内人士备受关注的课题之一。

本文尝试针对大气颗粒物重金属元素分析方法进行研究与剖析，主要从原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、荧光光谱法以及电感耦合等离子体质谱法这几个方面着手，对重金属元素的分析原理以及主要优势进行概括，望能够引起各方人员的关注与重视，以更好地为大气污染治理提供指导与参考。

关键词大气颗粒物；重金属元素；分析
既往报道中指出，大气颗粒物中含有大量的有毒有害成分，如酸性氧化物、细菌、病菌、有害有机物、重金属等，组分构成非常复杂，对大气环境产生了相对恶劣的影响。

特别是
PM2.5污染形势的进一步加剧，使得社会大众对环境污染的分析工作引起了高度重视，在大气颗粒物中重金属元素分析方面也不断取得进展。

本文针对大气颗粒物重金属元素分析方法及其相关进展进行逐一分析。

1 原子吸收光谱法
在大气颗粒物重金属元素分析与检测的过程中，原子吸收光谱法主要是借助于原子外层电子对相应原子共振辐射线有特征吸收能力的方式，以实现对重金属元素的定量分析，目前在材料、环境、化学等领域微痕量组分检测分析中有着非常重要的应用价值。

国外已有研究人员借助于电热原子吸收光谱法对的大气气溶胶中的多种重金属元素进行分析，取得了满意的效果。

国内也有研究人员通过火焰原子吸收光谱法针对大气颗粒物中的重金属元素银含量进行定量检测，通过相关数据验证了该方法的可行性。

目前，原子吸收光谱法在大气颗粒物中微痕量金属成分测定方面的可行性已经得到了验证，常用光谱类仪器的关键指标如下表（见表1）所示，上述检测仪器下均具有较高的准确度、精密性以及自动化优势，但仍然尚未解决多重金属元素同步分析与测定中存在的干扰问题，还有待进一步研究[1]。

2 电感耦合等离子体原子发射光谱法
电感耦合等离子体原子发射光谱法检测大气颗粒物样本中重金属元素的基本工作原理是：高频感应电流所构成等离子体将气溶胶待测组分进行蒸发、原子化、电离以及激发等一系列处理，通过采集被检测样品重金属元素特征谱线的方式，实现对重金属元素含量的定量分析与定性分析。

待分析大气颗粒物样品经处理后制备为标准溶液后，由超雾化装置变成全溶胶由底部导入管内，经轴心的石英管从喷嘴喷入等离子体内。

样品气溶胶进入等离子体时，绝大部分立即分解成激发态的原子、离子状态。

当这些激发态的粒子回收到稳定的基态时要放出一定的能
量，由专门检测装置对各种重金属元素所对应的谱线以及强度进行检测，并通过对比标准溶液的方式以明确样品中元素类型以及具体含量。

在当前大气颗粒物重金属元素分析过程中，应用电感耦合等离子体原子发射光谱法检测具有检出范围广、准确度高、工作效率高、检出能力强以及线性范围广等多种优势，但在实际应用中也存在固体样品无法直接检测、谱线强度干扰因素多、无法直接检测结构形态等问题，有待进一步改进[2]。

3 荧光光谱法
利用荧光光谱法对大气颗粒物中重金属元素进行检测与分析的基本原理是：由于原子外层电子自高能态跃迁至基态或低能态的过程中会发射特殊强度的荧光，通过测量荧光的方式可实现对重金属元素的定量、定性分析。

目前，荧光光谱法在材料化学、环境科学以及生物医学等相关领域中均得到了非常广泛的应用。

国外有关研究人员尝试将基于X射线的荧光光谱法用于对大气颗粒物中镁、锌、铅等重金属元素检测的方法，整个操作过程简单且耗时短，还可同步实现优化测量参数的目的，并得出了滤膜材质会在一定程度上影响重金属元素分析结果的结论。

虽然荧光光谱法在测定大气颗粒物中重金属元素方面具有诸多优势，但可通过荧光光谱法实现定量分析的重金属元素类型有限，适用范围相对较窄。

除此以外，在本方法操作过程中，受到荧光淬灭效应的影响，高含量样品以及复杂基体测量结果也会受到一定影响，必须在实践操作中引起重视。

4 电感耦合等离子体质谱法
质谱法在用于样品检测分析的过程中具有结果精确度高，可分析微量样品以及检测分析速度快等诸多优势，目前在医药、石油、食品、化工等多个行业领域中得到了广泛的应用。

在环境分析领域中，针对大气颗粒物重金属污染元素的分析以电感耦合等离子体质谱法为主，该技术依托于独特工作结构的方式实现电感耦合等离子体高温电离特特性与质谱计在扫描快速性与灵敏性等方面优势的结合，具有分析准确度高、灵敏度高的特点。

本方法的基本工作原理是：在电场以及磁场作用下，将不同质荷比离子聚焦于质量分析器不同点上，以实现对不同重金属元素的分析以及定量检测。

相较于原子吸收光谱法而言，电感耦合等离子体质谱法可实现多种重金属元素以及同位素的同步测定，兼具灵敏度高、检出限低的优势，但仍然在轻元素干扰、污染控制、耐盐量提高等方面有进一步改进的空间。

5 结束语
近年来，随着大气污染与治理领域相关理论成果与技术经验的不断发展，可用于大气颗粒物重金属元素分析的方法不断增多，包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、荧光光谱法以及电感耦合等离子体质谱法等在内的一系列技术手段应用于重金属元素分析时均表现出了良好的效果价值，未来还可通过开发相关仪器装置的方式，进一步提高大气颗粒物重金属元素分析方法的实时性、快速性、简便性优势，进一步扩大检出范围，提高检测精度，以更好地为大气污染预防与治理提供参考意见与建议。

参考文献
[1] 谢鹏，刘晓云，刘兆荣，等.我国人群大气颗粒物污染暴露-反应关系的研究[J].中国环境科学，2009，29（10）：1034-1040.
[2] 葛良全，刘合凡，曾国强，等.基于β-X射线分析技术的大气颗粒物浓度-元素分析仪研制[J].光谱学与光谱分析，2016，36（3）：868-873.。