大氣重金屬污染監測技術現狀及展望

王春迎，馬越超，崔延青，劉 曄

（河北先河環保科技股份有限公司，石家莊 050035）

大氣重金屬污染監測技術現狀及展望

王春迎，馬越超，崔延青，劉 曄

（河北先河環保科技股份有限公司，石家莊 050035）

大氣重金屬污染對人和生態環境影響巨大，迫切需要進行大氣重金屬含量的監測；文章列舉了國內外測定大氣重金屬的標準及幾種常用的測量方法及儀器，并比較了各種方法的優缺點；介紹了國內外大氣重金屬監測網絡現狀；提出應積極開發大氣重金屬在線監測儀，進行日常監測。

顆粒物;重金屬;測量方法;監測網絡

近年來，隨著社會經濟的快速發展，我國的環境空氣污染特征也發生了顯著變化，區域性大氣污染問題日趨嚴重，灰霾、光化學煙霧和酸雨等復合型大氣污染問題較為突出，重金屬污染也成為“十二五”凸顯的重大環境問題。我國大氣中的重金屬污染主要來源于工業生產、燃煤氣體釋放、汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損產生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等，這些可吸入顆粒物分散并懸浮在大氣中，其中的一些金屬元素如Pb、Cd、Cu、Zn等，對人體的危害極大[1]。因此監測大氣中的重金屬，對于直接判斷環境空氣對人體健康的危害、評價城市大氣環境質量、制定防治對策都具有重要的現實意義。

1 大氣重金屬監測技術

1.1 國內外大氣重金屬測定的相關標準

大氣顆粒物中的金屬元素分析目前多用等離子體原子發射光譜法、原子吸收光譜法、X射線熒光光譜分析法、電感耦合等離子質譜法、中子活化分析法、原子熒光法、電化學分析法等[2]。

部分國家或組織的有關標準見下表。

1.2 大氣重金屬元素測量方法及儀器

1.2.1 等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）

李玉武等[3]用等離子體發射光譜法測定大氣顆粒物中的無機元素，采用HNO3-HClO4消解體系把樣品完全消解，選用石英濾膜測定了大氣顆粒物中的重金屬元素，測量精度優于5%。周有福[4]應用電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES）同時測定空氣總懸浮顆粒物中多種元素的方法，采用中流量TSP采樣器及過氯乙烯濾膜采樣，以硫酸-灰化法處理樣品，選擇合適的內標元素，得到樣品中多種共存元素的含量。鄧繼等[5]采用密閉微波消解ICP-AES法測定大氣顆粒物中金屬元素的含量。

該方法具有快速、準確、受干擾小、靈敏度高、線性范圍寬、多元素同時測定或依次順序測定等優點。但比電感耦合等離子體質譜法的靈敏度略低，可用于除Cd、Hg等元素以外的絕大部分重金屬的測定。

部分國家有關標準方法匯總表

1.2.2 原子吸收光譜法（AAS）

婁濤等[6]采用原子吸收光譜法測定大氣顆粒物中的重金屬Pb、Cd、Cu、Zn，采用HNO3-HClO4消解體系，把樣品完全消解，結果的準確度和精密度較高。吳明開等[7]用蘚袋法監測銅陵市大氣的重金屬（Cu、Cd、Cr、Pb、Zn）污染狀況，選取5個監測點，以大灰蘚(Hypnum plumaeforme)為材料，用尼龍篩網(網眼2.0mm×2.0mm)做成15.5cm×5.5cm的矩形袋子，每袋放3g，2007年3月22日懸掛于各監測點，完全暴露在空氣中，2個月后取回，采用原子吸收光譜法對樣品中Cu、Cd、Cr、Pb、Zn等重金屬元素含量進行測定。

該方法是大氣顆粒物測定的一種傳統方法，價格較低，可測定的元素達70多種，但普遍存在測試勞動強度大、效率低，線性范圍窄的問題，原則上只能進行單一元素的檢測，不能同時測定多種元素，且在測定一些元素的靈敏度上也不能令人滿意。

市面上有LUMEX-MARKETING Ltd生產的基于Zeeman效應原子吸收光譜的RA-915型空氣汞監測儀，可以用于空氣中汞的實時在線監測。

1.2.3 X射線熒光光譜法（XRF）

Virag Szilagyi等[8]用X射線熒光光譜法(XRF)分析了大氣氣溶膠中的金屬元素Na、A1、K、Ca、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sr等的含量。

該方法具有靈敏度高、無損檢測、測定快速、前處理簡單等特點，檢測下限為μmol/mol，是大氣顆粒物分析中的一種新方法，但至今國內外還沒有合適的顆粒物標準樣品。

目前Cooper Environmental Services LLC 公司的XactTM 620大氣金屬監測儀（AMM）可以在線測定顆粒物中的Sb、As、Ba、Br、Ca、Cr、Co、Cu、Fe、Pb、Hg、Mn、Ni、Se、Ag、Sn、Ti、Tl、V、Zn等重金屬含量。

1.2.4 原子熒光光度法（AFS）

許月輝[9]采用高錳酸鉀溶液吸收、富集氧化汞，用原子熒光光度法測定空氣中的汞含量。

該方法的檢出限比原子吸收法要低，譜線清晰，干擾少，靈敏度較高，線性范圍大，但是測定的金屬種類有限。

1.2.5 電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）

廖可兵等[10]用ICP-MS測定大氣顆粒物中14種微量金屬元素，具有良好的準確度和精密度，其檢出限比ICPAES法要低2～3個數量級。如何凰[11]等測定了2002年廈門地區大氣氣溶膠中TSP、PM10和PM2.5的質量濃度，并用ICP-MS分析了其中的18種金屬元素的含量，研究表明存在Zn、Pb等重金屬嚴重污染。

該方法僅適用于元素分析。其檢測下限為×10-3μmol/mol，是最先進的痕量分析方法，但設備價格昂貴，易受污染。

2 國外重金屬監測網絡

美國建立了完善的National Air Toxics Trends Station（NATTS），擁有較先進的重金屬污染物排放自動在線以及便攜式監測設備，可以立體監測大氣中的有毒有機物和重金屬。近日，EPA又提出2011—2015年的戰略計劃：開展National Air Toxics Assessment，通過National Air Toxics Trends Station （NATTS）監測有毒空氣，包括有毒有機物，PM10中的重金屬（鎳、砷、鎘、錳、鈹、鉛），TSP中鉻、苯并芘、萘等污染物，采取措施改善和提高空氣質量。監測重金屬采用的方法是IO3.5，即電感耦合等離子體-質譜（ICP-MS）法測量PM10中的重金屬。對所有污染物監測的采樣頻次是每6日1次，持續一年。

佛蘭德斯Flanders的空氣污染物監測網絡[12]建立于1973年，由25個監測站組成。1981年開始監測重金屬，現在網絡中有38個測量點，主要監測PM10中的Pb、Cd、As、Ni、Zn、Cu、Sb、Cr和Mn。測量方法是在現場用blanco濾紙采樣，用X射線熒光光譜儀（XRF）分析，此種分析方法與AAS或ICP-MS方法等效。

英國的重金屬監測網絡中大約有16個站點。網絡的目的是測量重金屬的背景濃度和沉積量。這些站點特定選擇在農村地區，不會受到工廠或主要交通干線等污染源的影響。還有單獨的英國環境-資助的網絡（由NPL管理），監測城市和工業地區的重金屬。監測的重金屬主要有鋁（Al）、砷（As）、銻（Sb）、鋇（Ba）、鈹（Be）、鎘（Cd）、鈣（Ca）、銫（Cs）、鉻（Cr）、鈷（Co）、銅（Cu）、鐵（Fe）、鉛（Pb）、鋰（Li）、錳（Mn）、鎂（Mg）、汞（Hg）、鉬（Mo）、鎳（Ni）、鉀（K）、銣（Rb）、鈧（Sc）、硒（Se）、鈉（Na）、鍶（Sr）、錫（Sn）、鈦（Ti）、鎢（W）、鈾（U）、釩（V）和鋅（Zn）等。

2012年印度的網絡監測中對重金屬的監測采用TSP采樣器，根據每6天采集一次每日24h的樣品，然后使用火焰原子吸收的方法分析含量。監測網絡中有6個站點，監測砷、鈹、鎘、鉻、鉛、錳和鎳等。

3 我國大氣中重金屬監測現狀

我國大氣監測項目主要集中在常規三項SO2/NOx/PM10，目前在城市地區已經建立了113個重點城市的監測網絡，并在國內其他地區建立了質控站、背景站、農村站、溫室氣體監測站等，進行了空氣質量監測網絡的擴展，但是目前尚未開展重金屬污染物監測項目，也未建立重金屬立體監測網絡，因而無法建立有效的環境重金屬擴散和遷移模型，缺乏重金屬污染物排放自動在線以及便攜式監測設備，重金屬監測分析多以取樣帶回實驗室分析為主，不能快速對未知污染源進行追根溯源和定位，也不能快速地進行重金屬污染趨勢預測以及污染預警。

4 展望

本文綜述了大氣重金屬監測的標準和常見的測量分析方法，及國內外監測網絡現狀。雖然測量分析重金屬含量的方法很多，但是大部分分析儀器攜帶不方便，價格昂貴，無法應用到環境大氣在線監測項目中；雖然在大氣重金屬的來源、化學特征、遷移與轉化及其生物有效性方面取得了一定的研究性成果，國外也建立了許多重金屬監測網絡，但是開發靈敏度高、操作簡單、輕便的大氣重金屬在線監測儀器及進行大規模的日常監測還需要深入研究，進行大氣重金屬的環境影響評價研究有待加強，從而為提高大氣重金屬污染的綜合治理水平提供重要依據。

[1]周衛靜.大氣顆粒物中重金屬元素的測定研究[R].河北大學，2009.

[2]陳如君，曹守仁，吉榮娣.大氣顆粒物中金屬元素預處理方法的比較選擇[J].環境與健康雜志，1989，6（6）：17-19.

[3]李玉武，張雅琳，狄一安，劉咸德.等離子體發射光譜法測定大氣顆粒物中的無機元素[J].巖礦測試，2000，3.

[4]周有福，施林熙，王振風.空氣總懸浮顆粒物中多種元素的同時測定[J].福建分析測試，2000，9（2）：1234-1237.

[5]鄧繼，陳國海，鄭曉紅，等.密閉微波消解ICP-AES法測定大氣顆粒物中金屬元素[J].環境監測管理與技術，2009，21（1）： 28-32.

[6]婁濤，呂鸝，譚亞翎，等.原子吸收光譜法測定大氣顆粒物中的重金屬[J].儀器儀表與分析監測，2006（2）.

[7]吳明開，曹同，張小平.蘚袋法監測銅陵市大氣重金屬污染的研究[J].激光生物學報，2008，04.

[8]Virag Szilagyi，Zsuzsanna Hartyani.Development of an X-ray fluorescence spectrometric method for the analysis of atmospheric aerosol samples[J].Microchemical Journal，2005，79：37-41.

[9]許月輝.原子熒光光度法測定空氣中的汞[J].中國衛生工程學，2008，7（1）： 30-33.

[10]廖可兵，劉愛群，聶西度，等.大氣顆粒物中微量元素的質譜分析[J].武漢理工大學學報，2006，28(12)：52-55.

[11]何鷹，陳發榮，莊峙廈，等.電感耦合等離子體.質譜法研究大氣顆粒物中元素濃度[J].環境化學，2003，22（3）：294-298.

[12]Elke Adriaenssens.ANALYSIS OF HEAVY METALS IN AMBIENT AIR[J].Spectroscopy Focus，2007，4.

Monitoring Technology and Prospect of Atmospheric Heavy Metal Pollution

WANG Chun-ying, MA Yue-chao, CUI Yan-qing, LIU Ye

X831

A

1006-5377（2012）05-0049-03