大气重金属污染监测技术现状及展望

以大灰藓(Hypnum plumaeforme)为材料，用尼龙筛网(网 眼2.0mm×2.0mm)做成15.5cm×5.5cm的矩形袋子，每 袋放3g，2007年3月22日悬挂于各监测点，完全暴露在 空气中，2个月后取回，采用原子吸收光谱法对样品中 Cu、Cd、Cr、Pb、Zn等重金属元素含量进行测定。 该方法是大气颗粒物测定的一种传统方法，价格较 低，可测定的元素达70多种，但普遍存在测试劳动强度 大、效率低，线性范围窄的问题，原则上只能进行单一 元素的检测，不能同时测定多种元素，且在测定一些元 素的灵敏度上也不能令人满意。 市面上有LUMEX-MARKETING Ltd生产的基于Zeeman效应原子吸收光谱的RA-915型空气汞监测仪，可以 用于空气中汞的实时在线监测。 1.2.3 X射线荧光光谱法（XRF） Virag S z i l a g y i 等 [8]用 X 射 线 荧 光 光 谱 法 ( X R F ) 分 析 了大 气气 溶 胶 中 的 金 属 元 素 N a 、A 1、 K、 Ca、 Mn、 Cr、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Sr等的含量。 该方法具有灵敏度高、无损检测、测定快速、前处 理简单等特点，检测下限为µmol/mol，是大气颗粒物 分析中的一种新方法，但至今国内外还没有合适的颗粒 物标准样品。 目前Cooper Environmental Services LLC 公司的XactTM 620大气金属监测仪（AMM）可以在线测定颗粒物中的 Sb、As、Ba、Br、Ca、Cr、Co、Cu、Fe、Pb、Hg、Mn、 Ni、Se、Ag、Sn、Ti、Tl、V、Zn等重金属含量。 1.2.4 原子荧光光度法（AFS） 许月辉[9]采用高锰酸钾溶液吸收、富集氧化汞，用原 子荧光光度法测定空气中的汞含量。 该方法的检出限比原子吸收法要低，谱线清晰，干 扰少，灵敏度较高，线性范围大，但是测定的金属种类 有限。 1.2.5 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS） 廖可兵等[10]用ICP-MS测定大气颗粒物中14种微量金 属元素，具有良好的准确度和精密度，其检出限比ICPAES法要低2～3个数量级。如何凰[11]等测定了2002年厦
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石墨炉原子吸收分光 光度法 火焰原子吸收分光 光度法 丁二酮肟-正丁醇萃 取分光光度法 石墨炉原子吸收分光 光度法 火焰原子吸收分光 光度法
1.2.2 原子吸收光谱法（AAS） 娄涛等 采用原子吸收光谱法测定大气颗粒物中 的重金属Pb、Cd、Cu、Zn，采用HNO 3 -HClO 4 消解 体系，把样品完全消解，结果的准确度和精密度较 高 。 吴 明 开 等 [7]用 藓 袋 法 监 测 铜 陵 市 大 气 的 重 金 属 （Cu、Cd、Cr、Pb、Zn）污染状况，选取5个监测点，
光法、电化学分析法等[2]。 部分国家或组织的有关标准见下表。 1.2 大气重金属元素测量方法及仪器 1.2.1 等离子体原子发射光谱法（ICP-AES） 李玉武等[3]用等离子体发射光谱法测定大气颗粒物 中的无机元素，采用HNO3-HClO4消解体系把样品完全消 解，选用石英滤膜测定了大气颗粒物中的重金属元素， 测量精度优于5%。周有福[4]应用电感耦合等离子体发射 光谱法（ICP-AES）同时测定空气总悬浮颗粒物中多种 元素的方法，采用中流量TSP采样器及过氯乙烯滤膜采 样，以硫酸-灰化法处理样品，选择合适的内标元素， 得到样品中多种共存元素的含量。邓继等[5]采用密闭微 波消解ICP-AES法测定大气颗粒物中金属元素的含量。 该方法具有快速、准确、受干扰小、灵敏度高、线 性范围宽、多元素同时测定或依次顺序测定等优点。但 比电感耦合等离子体质谱法的灵敏度略低，可用于除 Cd、Hg等元素以外的绝大部分重金属的测定。
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大气重金属污染监测技术 现状及展望
王春迎，马越超，崔延青，刘 晔
（河北先河环保科技股份有限公司，石家庄 050035） 摘 要:大气重金属污染对人和生态环境影响巨大，迫切需要进行大气重金属含量的监测；文章列举了 国内外测定大气重金属的标准及几种常用的测量方法及仪器，并比较了各种方法的优缺点；介绍了国内外 大气重金属监测网络现状；提出应积极开发大气重金属在线监测仪，进行日常监测。 关键词:颗粒物;重金属;测量方法;监测网络 中图分类号:X831 文献标志码:A 文章编号:1006-5377（2012）05-0049-03
美国EPA 美国EPA
IO-3.3 SPM - Metals in ambient PM by XRF IO-3.5 DETERMINATION OF METALS IN AMBIENT PARTICULATE MATTER USING NDUCTIVELY COUPLED PLASMA/MASS SPECTROMETRY (ICP/MS) BS EN 14902-2005 环境空气质量 测量 悬浮颗粒物质PM10成分中Pb、Cd、As和Ni 的标准方法 ASTM D 7035-2010 电感耦合等离子体-原 子发射光谱法(ICP-AES)测定气载颗粒物 中的金属和类金属物质的标准试验方法 ASTM D4185-2006 用火焰原子吸收光谱 法测定工作场所空气中的金属用标准实 施规程 NF X43-026-2005 环境空气质量 悬浮颗 粒物质的PM10成分中Pb、Cd、As和Ni测量 的标准方法 HJ 539-2009环境空气铅的测定石墨炉原 子吸收分光光度法 HJ 542-2009环境空气 汞的测定 巯基棉 富集-冷原子荧光分光光度法（暂行） HJ 540-2009 环境空气和废气 砷的测 定 二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度 法（暂行） HJ/T 65-2001大气固定污染源 锡的测定 石墨炉原子吸收分光光度法 HJ/T 64.3-2001大气固定污染源 镉的测 定 对-偶氮苯重氮氨基偶氮苯磺酸吸收 分光光度法 HJ/T 64.2-2001大气固定污染源 镉的测 定 石墨炉原子吸收分光光度法 HJ/T 64.1-2001大气固定污染源 镉的测 定 火焰原子吸收分光光度法 HJ/T 63.3-2001大气固定污染源 镍的测定 丁二酮肟-正丁醇萃取分光光度法 HJ/T 63.2-2001大气固定污染源 镍的测 定 石墨炉原子吸收分光光度法 HJ/T 63.1-2001大气固定污染源 镍的测 定 火焰原子吸收分光光度法
Monitoring Technology and Prospect of Atmospheric Heavy Metal Pollution
WANG Chun-ying, MA Yue-chao, CUI Yan-qing, LIU Ye
近年来， 随着社会经济的快速发展， 我国的环境空气 污染特征也发生了显著变化， 区域性大气污染问题日趋严 重， 灰霾、 光化学烟雾和酸雨等复合型大气污染问题较为 突出， 重金属污染也成为 “十二五” 凸显的重大环境问题。 我国大气中的重金属污染主要来源于工业生产、 燃煤气体 释放、 汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金 属的有害气体和粉尘等， 这些可吸入颗粒物分散并悬浮 在大气中， 其中的一些金属元素如Pb、 Cd、 Cu、 Zn等， 对人 体的危害极大 [1]。 因此监测大气中的重金属， 对于直接判 断环境空气对人体健康的危害、 评价城市大气环境质量、 制定防治对策都具有重要的现实意义。
[6]
门地区大气气溶胶中TSP、PM10和PM2.5的质量浓度，并用 ICP-MS分析了其中的18种金属元素的含量，研究表明存 在Zn、Pb等重金属严重污染。 该 方 法 仅 适用于元 素分析。其 检 测下限为×10 -3 µmol/mol， 是最先进的痕量分析方法，但设备价格昂贵， 易受污染。
中国环保产业 2012.5
1 大气重金属监测技术
1.1 国内外大气重金属测定的相关标准 大气颗粒物中的金属元素分析目前多用等离子体原 子发射光谱法、原子吸收光谱法、X射线荧光光谱分析 法、电感耦合等离子质谱法、中子活化分析法、原子荧
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பைடு நூலகம்
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2 国外重金属监测网络
美国建立了完善的National Air Toxics Trends Station （NATTS），拥有较先进的重金属污染物排放自动在线 以及便携式监测设备，可以立体监测大气中的有毒有机 物和重金属。近日， EPA又提出2011—2015年的战略计划： 开展National Air Toxics Assessment， 通过National Air Toxics Trends Station （NATTS） 监测有毒空气， 包括有毒有机 物， PM10中的重金属 （镍、 砷、 镉、 锰、 铍、 铅） ， TSP中铬、 苯并芘、萘等污染物，采取措施改善和提高空气质量。 监测重金属采用的方法是IO3.5，即电感耦合等离子体-质 谱（ICP-MS）法测量PM10中的重金属。对所有污染物监 测的采样频次是每6日1次，持续一年。 佛兰德斯Flanders的空气污染物监测网络
4 展望
本文综述了大气重金属监测的标准和常见的测量分 析方法，及国内外监测网络现状。虽然测量分析重金属 含量的方法很多，但是大部分分析仪器携带不方便，价 格昂贵，无法应用到环境大气在线监测项目中；虽然在 大气重金属的来源、化学特征、迁移与转化及其生物有 效性方面取得了一定的研究性成果，国外也建立了许多 重金属监测网络，但是开发灵敏度高、操作简单、轻便 的大气重金属在线监测仪器及进行大规模的日常监测还 需要深入研究，进行大气重金属的环境影响评价研究有 待加强，从而为提高大气重金属污染的综合治理水平提 供重要依据。
建立
于1973年，由25个监测站组成。1981年开始监测重 金属，现在网络中有38个测量点，主要监测PM 10中的 Pb、Cd、As、Ni、Zn、Cu、Sb、Cr和Mn。测量方法是在 现场用blanco滤纸采样，用X射线荧光光谱仪（XRF）分 析，此种分析方法与AAS或ICP-MS方法等效。 英国的重金属监测网络中大约有16个站点。网络 的目的是测量重金属的背景浓度和沉积量。这些站点 特定选择在农村地区，不会受到工厂或主要交通干线 等污染源的影响。还有单独的英国环境-资助的网络（由 NPL管理） ， 监测城市和工业地区的重金属。 监测的重金 属主要有铝 （Al） 、 砷 （As） 、 锑（Sb） 、 钡 （Ba） 、 铍 （Be） 、 镉（Cd）、钙（Ca）、铯（Cs）、铬（Cr）、钴 （Co）、铜（Cu）、铁（Fe）、铅（Pb）、锂（Li）、 锰（Mn）、镁（Mg）、 汞（Hg）、 钼（Mo）、 镍（Ni）、 钾 （K） 、 铷（Rb） 、 钪（Sc） 、 硒 （Se） 、 钠 （Na） 、 锶（Sr） 、 锡 （Sn） 、 钛 （Ti） 、 钨（W） 、 铀（U）、钒（V）和锌（Zn） 等。 2012年印度的网络监测中对重金属的监测采用TSP 采样器，根据每6天采集一次每日24h的样品，然后使用 火焰原子吸收的方法分析含量。监测网络中有6个站点， 监测砷、铍、镉、铬、铅、锰和镍等。
国家
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部分国家有关标准方法汇总表
标准 METHOD 29-DETERMINATION OF METALS EMISSIONS FROM STATIONARY SOURCES 方法 电感耦合等离子体 发射光谱法（ICAP) 或原子吸收光谱法 (AAS) X射线荧光光谱测 定法 电感耦合等离子质谱 法ICP/MS 美国EPA
[12]
开展重金属污染物监测项目， 也未建立重金属立体监测网 络， 因而无法建立有效的环境重金属扩散和迁移模型， 缺 乏重金属污染物排放自动在线以及便携式监测设备， 重金 属监测分析多以取样带回实验室分析为主， 不能快速对未 知污染源进行追根溯源和定位， 也不能快速地进行重金属 污染趋势预测以及污染预警。
欧盟
石墨炉原子吸收法测 定或电感耦合等离子 质谱法分析 电感耦合等离子体原子发射光谱法 (ICP-AES) 火焰原子吸收光谱法
美国试验 材料学会 美国试验 材料学会 法国
质谱法
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石墨炉原子吸收分光 光度法 巯基棉富集-冷原子 荧光分光光度法 二乙基二硫代氨基甲 酸银分光光度法 石墨炉原子吸收分光 光度法 吸收分光光度法