環境空氣顆粒物中重金屬測定前處理方法探究

劉琳娜

摘 要：釆用了硝酸、硝酸/鹽酸的混合溶液消解體系，采用多種重金屬元素消解前處理方式，利用icp-ms方法準確地測定了顆粒物中7種重金屬元素的提取物含量，探究不同的前處理方式對于石墨爐消解的顆粒物中7種重金屬元素的提取物含量的直接影響。結果表明，硝酸/鹽酸消解的混合溶液消解體系中重金屬元素提取的微波消解效果普遍明顯高于其他的體系，各種前處理的方法中采用硝酸/鹽酸消解的顆粒物和微波消解的顆粒物中重金屬元素提取效果最好。

關鍵詞：顆粒物;重金屬;前處理

一、引言

近年來，空氣污染的防治狀況逐漸的開始受到各方的重視和關注，越來越多的政策和相關企業開始采取措施用以有效的監測和控制促進我國環境和空氣質量的進一步得到改善。只有對于我國重金屬顆粒物監測進行準確的對空氣污染的監測，才能精準的分析環境和空氣污染的主要成因，找出有效的方法采取根治環境和空氣污染的有效措施和解決辦法，因此對于我國重金屬和顆粒物空氣污染監測的前期和處理的工作就因此顯得尤為重要。

二、實驗部分

（一）實驗原理。濾膜顆粒物中電感耦合提取后的濾膜顆粒樣品經不同酸體系統后利用不同的前處理技術設備（例如水浴超聲、多孔石墨爐、微波消解），對提取后的濾膜顆粒物進行了電感離子耦合氣溶膠提取。通過質譜儀將電感耦合提取后的濾膜顆粒樣品作為待測液直接注入目標的電感耦合氣溶膠的等離子體中，并通過質譜儀（icp-ms）方式進行分析和檢測，目標的離子耦合元素以類似氣溶膠的等離子體形式直接地進入目標，在高溫和其他條件下具有一定惰性的離子在氣體中被直接蒸發、解離、原子化、電離，轉化而來成為一個帶正離子電荷的元素，進入目標的質譜儀。質譜儀隨后可以根據惰性離子的質荷比和水溶膠的濃度響應值進行分離，繼而由目標的質譜儀進行對濾膜離子的濃度穩定性和定量分析。在一定的電感離子耦合氣溶膠濃度的質荷比范圍內，其質荷比所濃度對應的響應值與直接進入目標離子元素的質荷比和電感耦合氣溶膠的濃度響應值成正比[1]。

微波化學加熱反應消解是利用化學微波超強熱穿透性和超強激活性，對來加熱存在密閉化學容器內的各種新型化學樣品試劑和反應樣品，使得密閉容器內的加熱壓力顯著增加，反應器和試劑內的溫度顯著提高，反應的加熱速率大大加快，縮短了化學樣品反應制備的主要過程和制備時間[2]。

（二）主要儀器和試劑。電感電磁耦合便攜式智能數控自動等離子體測量顆?；旌衔镔|譜儀，配備157位自動測量進樣器，具備粒子質量標準、碰撞、反應三種自動化的測量綜合分析計算模式，四極桿質量分析進樣器配備溫度控制的范圍1～285amu;中流量數控微波顆粒物消解儀釆樣器，配備pm2.5、pm10、tsp切割頭;恒溫數控微波顆粒物轉子消解儀，配備41位恒溫數控微波顆粒物轉子，恒溫數控41位超聲波顆粒物轉子清洗器;多孔溫控石墨爐，溫度控制的范圍可直接設定為室溫-180℃。

（三）樣品前處理。1.多孔石墨爐消解。將pm2.5濾膜樣品的1/4置于離心機中，加入10.0ml濃硝酸-鹽酸混合物完全將水浸沒并覆蓋樣品的濾膜，在多孔石墨爐中于100°c的溫度下進行快速加熱加熱回流2.0小時并迅速除去多余的上清液并進行冷卻。用超純水快速沖洗樣品離心管的內壁，加入約10ml的超純水，靜置30分鐘以進行提取，將上清液的體積大小設置為50.0ml。離心后，取上清液再次進行離心或繼續使用0.45gm的過濾器。2.電磁分解。1/4 PM2.5濾膜分解阻塞將樣品從離心管中的微波消解罐中阻塞，加入10.0 ml硝酸-鹽酸混合物精確地浸泡，覆蓋并放入微波消解罐中。擰緊內部組件，然后將其放入微波爐拆卸的轉盤架中。溫度設置微波分解過程的溫度通常為200°C，分解過程的持續時間通常為15分鐘。在微波消解過程結束時，取出微波消解罐的內部組件并冷卻，然后用超純水沖洗消解罐的內壁，添加約10 ml超純水，放置30分鐘以進行提取，并將體積設置為50.0 ml。分離后，將上清液離心或用0.45μl過濾器過濾以進行測試。。

（四）儀器調整。設備會自動預熱點火，通過預熱20min設備來預熱啟動操作，根據測量立即測試并報告設備的相關性能，并調節設備以及儀器的振動靈敏度，氧化物，分辨率和其他相關性能指標，確保完全滿足測量與儀器相關的性能指標要求。

（五）樣品測量。編輯測試方法，干擾方程等及其他相關的程序，首先得到空白的溶液，然后對標準溶液和測試元素內標空白溶液的計數值進行了測試。以優化的儀器為參考，把標準樣品按照濃度依次導入儀器進行分析，以各元素的質量濃度為橫坐標，得出的響應結果為縱坐標，擬合數據得到標準曲線。

三、結果和討論

（一）標準曲線?；?%濃硝酸溶液的霧化介質，依次添加制備了一定量內標反應元素的溶液和霧化待測元素的標準溶液，并通過霧化蠕動泵依次對添加了一定量內標反應元素的溶液和待測標準使用的溶液進行了在線霧化噴涂。進一步優化的儀器質量標準和規定的霧化使用條件，從低霧化待測元素的濃度到高元素濃度分別制備了適用于一系列標準霧化用途的液體，并將其成功地帶到在線霧化器中進行在線霧化分析。以霧化待測內標為橫坐標，相應響應值的霧化百分比和響應值的百分比轉換為被霧化的縱坐標，并成功地建立了標準的霧化曲線。

（二）結果比較。將測試樣品分別應用于硝酸/鹽酸混合物，使用多孔石墨爐分解，硝酸/鹽酸混合液微波分解以及5%硝酸溶液-石墨爐消解和5%硝酸微波浴液熱處理方法，同隊對這四種前處理方法進行研究，每種方法做三次平行試驗并取均值，得到結果，進行比較。

根據實驗結果，如果兩個酸性的體系溶液是相同的5%硝酸酸性化合物的水解體系溶液，則7種主要的類型重金屬含量基本不變，無論是通過使用高溫的石墨進行石墨的超聲熱熱分解還是通過使用超聲加熱和高溫萃取。重金屬硝酸鹽體系溶液和其他化學元素的化合物含量隨著酸度體系波動不大，石墨爐的酸度體系加熱消解快，時間短，在硝酸高溫化合物消解的整個過程中始終占據一個絕對值[3]。

當整個酸性體系都是硝酸和鹽酸的混合溶液時，對于金屬鉻和金屬鋅，采用微波消解的效果明顯要好于其他消解方法，但對于另外五種重金屬元素來說，無論是采用微波消解還是石墨爐消解，得到的結果并沒有明顯的差別。

當消解的儀器都為石墨爐時，鹽酸和硝酸的混合溶液，對于重金屬元素的提取效果更好，實驗數據表明，七種重金屬元素的提取效果皆好于純硝酸溶液。

綜合所有方法進行比較，使用鹽酸硝酸混合溶液，之后進行微波消解，對于七種重金屬元素整體提取效果最好。

結 論

本文通過對大氣環境中七種不同重金屬的前處理方法進行研究，發現了使用硝酸鹽酸混合溶液效果普遍好于純硝酸體系，接著在采用微波消解時對于七種重金屬元素的提取量最好。在使用硝酸體系的過程中，如果采用水浴超聲的方法，那么實驗操作時間將過長，整體水域升溫時間也會增加，通常要持續五個小時或以上，這樣導致了處理效率慢，誤差增大。因此可以采用石墨爐來代替水浴超聲法，用石墨爐來進行操作，可以節約重金屬提取物的前處理時間，提高大氣中重金屬污染物的整體檢驗工作效率?？偟貋碚f，使用鹽酸和硝酸混合體系，之后采用微波消解法進行消解，整體效率高，分解較為充分，并且在實驗過程中誤差較小，不容易揮發損失，是綜合來講最實用的分析方法。

參考文獻

[1] 符招萍，晏立衡.環境空氣顆粒物中重金屬測定前處理方法探究[J].廣東化工，2019，46（10）：166-167+173.

[2] 顧曉明，秦宏兵，朱君，蔡曄.微波消解電感耦合等離子體發射光譜法測定空氣和廢氣顆粒物中的鉻、銅、鎳[J].安徽農學通報，2018，24（13）：91-93.

[3] 蔣冰艷，何龍，李少艾，何偉彪，汪曼潔.環境空氣中重金屬采樣濾膜的篩選及處理方法探究[J].綠色科技，2015（09）：210-213.