環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素分布特征及檢測方法

姜峰

（大連市生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 大連116023）

一直以來，環(huán)境監(jiān)測及空氣污染治理的效果經(jīng)常會受到污染物種類復(fù)雜分布，不規(guī)則分布等特征的限制。近年來，受到大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和不合理的尾氣排放等原因影響，環(huán)境空氣中的顆粒物種類數(shù)量和分布濃度也在逐年攀升。散布在大氣環(huán)境中的氣溶膠體系內(nèi)的固狀物是現(xiàn)階段的首要研究對象。這些固體顆粒和液態(tài)膠體是大氣環(huán)境中組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且分布無明顯規(guī)律的污染物。通過對顆粒物的直徑大小進行劃分，可為環(huán)境空氣質(zhì)量的好壞建立相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)。如果環(huán)境空氣中可吸入顆粒物的直徑小于10μm 且還夾雜著重金屬元素，則會對人體造成長期而巨大的傷害。如果人體長期處于存在空氣污染的環(huán)境中，重金屬元素在呼吸系統(tǒng)中的長期積累會直接影響肺等器官，造成其功能性衰竭等嚴(yán)重的系統(tǒng)性疾病。為此，通過環(huán)境監(jiān)測的有效手段對空氣中重金屬元素分布特性及規(guī)律進行研究有著重要的現(xiàn)實意義。

1 環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素的分布特點

1.1 根據(jù)時間變化的重金屬元素分布特點

伴隨著制造業(yè)規(guī)模的逐年擴大和產(chǎn)量升級，其過程中的重金屬元素排放量也呈現(xiàn)出了明顯的遞增趨勢。相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析結(jié)果表明，環(huán)境空氣中的重金屬元素占比及含量的變化會受季節(jié)等因素影響而呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。夏季由于降水量較大，自然降水能夠有效改善空氣質(zhì)量并使空氣中顆粒較大的污染物得到沉降。因此，夏季整體顆粒物中重金屬含量較冬季空氣中會明顯更低。而與此同時，北方地區(qū)冬季處于采暖期，大量煤炭化石燃料的燃燒也會向空氣中排放廢氣和大顆粒物。這也會一定程度上增加大氣環(huán)境中重金屬元素的含量。這些因時間和季節(jié)等外部環(huán)境周期性變化而呈現(xiàn)出的規(guī)律對于分析環(huán)境空氣中顆粒物重金屬元素分布具有一定的價值。

1.2 根據(jù)區(qū)域性分析重金屬元素的分布特點

我國不同地區(qū)的核心經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)模式有所差異，重工業(yè)發(fā)達地區(qū)的工業(yè)規(guī)模通常較大，工廠所排放出的廢氣和廢渣大多含有重金屬元素，這些都會對空氣質(zhì)量造成極大的影響。一般來說，在大氣環(huán)境中附著在顆粒物上的重金屬元素包括鈹、銅、鋅、鋁、錳等。而含量最高的三種金屬元素分別是鋁、鈹和鋅。具體的重金屬元素種類會受到工業(yè)生產(chǎn)模式及產(chǎn)品類型的影響。工業(yè)區(qū)內(nèi)環(huán)境空氣顆粒物重金屬的元素還要遠高于城市密集居住區(qū)。通過判斷和分析環(huán)境空氣中重金屬元素的種類及占比就能大致獲得重金屬元素分布的特征及規(guī)律。通過大量的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析經(jīng)驗可以總結(jié)出重金屬元素占比與其顆粒大小的數(shù)量關(guān)系。通過換算公式可對重金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作出客觀評價。一般來說，在獲得某種具體重金屬元素的占比后，可根據(jù)與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)相近的其他金屬元素的對應(yīng)比例而換算出與之關(guān)聯(lián)的重金屬元素的占比。根據(jù)實際測定的結(jié)果來看，工業(yè)密集區(qū)域的環(huán)境空氣顆粒物中的重金屬元素含量嚴(yán)重超標(biāo)。而與之對應(yīng)的非工業(yè)區(qū)的環(huán)境空氣質(zhì)量卻總體較好。

2 環(huán)境空氣顆粒物中重金屬元素的檢測方法

對于大氣環(huán)境顆粒物中重金屬元素的類別分析與含量測定需要結(jié)合區(qū)域特點及重金屬含量分布規(guī)律而制定與之匹配的檢測方案。具體的檢測分析方法要根據(jù)重金屬元素的種類及在空氣中的含量占比而選擇相應(yīng)的檢測儀器和設(shè)備。

在檢測過程里，首先要根據(jù)環(huán)境空氣中重金屬元素的分布特征，制定好科學(xué)規(guī)范，覆蓋全面的樣本采集點網(wǎng)絡(luò)。在確定了環(huán)境空氣顆粒物的監(jiān)測點后，選取具有代表性的區(qū)域空氣樣本作為重金屬元素分析的素材。以檢測點為中心，在其周圍50 米范圍內(nèi)作為檢測半徑,分時段分地點完成采集。這些在實驗室中進行的分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作均需要秉持著客觀性和精確性第一的原則。在具體的操作步驟方面，首先需要將采集到的環(huán)境空氣樣本經(jīng)過濾膜過濾，進而收集到大氣空氣樣本中的顆粒物。再將顆粒物樣本放置于馬沸爐中并設(shè)定溫度為300℃左右，持續(xù)加熱30 至40 分鐘。之后繼續(xù)將設(shè)備的溫度調(diào)高至550°C左右。此時設(shè)備內(nèi)的樣本顆粒已經(jīng)經(jīng)過灰化處理。待30 分鐘左右就可觀察到樣本呈現(xiàn)出的明顯顏色變化。當(dāng)收集到的顆粒物樣本呈現(xiàn)的顏色與土壤顏色接近時即可將其取出在室溫下進行冷卻。經(jīng)過上述流程處理的樣本，還需要再滴入三至五滴97%以上濃度的酒精溶液。在其與試劑完全混合后，加入0.05-0.2g 氫氧化鈉固體。待反應(yīng)完全后，需將樣品第二次置入馬沸爐中并重新加熱。調(diào)高溫度至500℃，等待5-15 分鐘后，觀察裝置中的樣本試劑是否完全溶解。待其溶解充分后可以取出設(shè)備靜置10 分鐘左右。在樣品試劑充分冷卻后，可向其內(nèi)部加入10 毫升左右的90°熱水。同時，再次進行外部加熱并伴隨持續(xù)的攪拌。這一過程中會不斷有晶體析出。將混合液中析出的晶體收集到試管中并與鹽酸溶液進行混合，最后為了保證樣品中的重金屬元素都被提取出來，可以選用少量的濃度在0.1mol/L的HCL 溶液對熔爐的內(nèi)壁進行沖洗，沖洗后獲得的溶液也需要在燒瓶中與晶體溶液共同稀釋至50ml/cm3。將收集到的混合液進行充分的搖晃，確保其分布均勻。再用滴管在ICP-MS 設(shè)備上進行反復(fù)多次的金屬元素含量測定。利用不同種金屬元素在該設(shè)備上所呈現(xiàn)出的光譜形態(tài)的差異來精準(zhǔn)的區(qū)分和測定各類重金屬元素的含量及其在樣本中的占比。上述流程及方法可以廣泛的應(yīng)用于包含鈉、鎂、鉀、鈣等常見金屬元素的樣本顆粒檢測過程中。

結(jié)束語

本文著重對環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域空氣顆粒物中重金屬元素分布以含量測定的方式進行了分析和探討。根據(jù)重金屬元素分布特征及表現(xiàn)出的典型規(guī)律，可以按照時間性和區(qū)域性對重金屬分布特征進行差異化和體系化的研究。同時，配合專業(yè)的金屬含量檢測設(shè)備和儀器，探測空氣顆粒物樣本中各類重金屬元素的含量。結(jié)合本文對空氣中重金屬元素含量測定方法的闡述，進一步明確了空氣中鈹、鋅等金屬元素含量的測定方式，有助于提升環(huán)境監(jiān)測及空氣污染治理的針對性和預(yù)期應(yīng)用效果?？紤]到存在有重金屬元素的不止包含大氣環(huán)境，自然水體和土壤等生態(tài)體系也都會受到重金屬元素的污染。為了全面地從生態(tài)學(xué)角度強化環(huán)境監(jiān)測的有效性，還需要政府及相關(guān)部門針對其他生態(tài)系統(tǒng)中重金屬元素的測定方式及污染治理辦法設(shè)立具有針對性的差異化應(yīng)對措施和解決方案。進而通過各種先進的技術(shù)手段和精準(zhǔn)的測量方式，為建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)保型社會作出貢獻。