实验室分析仪器--ICP-AES测定PM2.5中金属元素
引言
近年来.我国由细颗粒物(PM2.5)引发的零径天气频 发，以细颗粒物污染为典型代表的区域大气复合污染巳成为此会各界高度关注和极待解决的重大环境问题。微量金属元素是PM2. 5中的重要组成部分.它在细颗粒中含量较小.但 对人体危害很大.因而其浓度及变化待征億得特别关注。其 中.铅(Pb)、锌(Zn）、铜(Cu）、 镉(Cd)、格(Cr)等微量元素 被认为主要来自各种工业工程.对人体毒性较大
目前细颗粒物中无机元素的分析方法主要有原子吸收光 谱法、X射线荧光光诸法、电感耦合等离于体发射光 谱法、电感耦合等高子体质谱法、质子诱导X射线发射法、中子活化分析法等.电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定颗粒物中无机元素的最佳方法之一・此 方法灵敏度髙、干扰少、线性范围宽、进样量少、分析速度 快,可以同时测定颗粒物中多种金属元素。
使用玻璃纤维滤膜采集大气细颗粒物样品，采用微波消 解颗粒物样品中多种元素.建立了 ICP-OES同时测定颗粒 物中的铅(Pb),锌(Zn).铜(Cu)、镉(Cd)、格(Cr)的分析方 法.并对其分析条件进行了讨论，以期为|(：IU)ES在环境空 气质量监测中的应用提供数据参考。
1、实验
1.1仪器及参数
全谱直读型电感耦含等离子体发射光谱仪
1.2试剂及材料
硝酸、盐酸、蔬酸、双氧水均为优级纯,实验用水为优谱UPR.II.20L生产的超純水.电阻率为18.2 MΩ • cm :标 准溶液是1 000 ug. mL铅、锌、铜、镉、铬的单元素标准 贮备液(国家有色金属及电于材料分析测试中心).以1 mol • I/1的硝酸为介质,经逐级稀禅，配成含以上五种金属 元素的混合标准溶液；玻璃纤维滤膜;氯气 和氮气均为99.999%。
13样品制备
采样地点设在重庆市万州城区的中科院重庆绿色技术 智能研究院 重庆三峡学院大气环境综合监测站”(下简称万 州监测点)。釆样仪器为中流量PM2.5采样器(青岛恒远科 技发展有限公司, HVJ00)。釆样前滤膜经450 (处理2 h, 连续采集12 h为一个样.采样后滤膜放置于冰箱低温保存，
将滤膜用塑料剪刀剪取1/4・剪碎后放于微波消解罐中. 加入5 mL HNO3和2 mlH2O2 :后放入徼波消解仪中.按下列步骡消解。歩骤1：温度120 "C .功率 1600 W.保持2 mini步骡2 ：温度150 X .功率1600 W. 保持2 min ；步骤3：温度比0 X .功率1 COO W.保持10 min:步骤4：温度140 度 .功率1 600 W .保持3 min0每次 消解8个样品。消解后样品冷却用25 ml.容量瓶定容，然后 过渡转移到聚乙烯塑料瓶中待测。
14分析结果计算
采用玻璃纤推渡膜.假设滤膜上的样品分布是均匀的。 根据K：IM)ES±所测得的样品溶液和空白溶液中元素的浓 度值，由下式计算大气颗粒物PM2.5中元素浓度:虻。
M— K * S式中，V为细颗粒物中元素浓度ug.m-3;C为样品溶 液中兀素浓度ug. mL 为空白溶液中兀素浓度./xg • ml."1 : V为样品溶液体枳.mL； V.为标准状态下的采样体 积.m3,St为样品滤膜总面积 . . rn： ; 5-为测定时所取滤膜 面积・cm'.
2结果与讨论
2-1消解体系的选择
取10份空白滤膜.分别采用HNO3-H2O2： , HNO3-HCL HNO3-H2SO4几痛快话消解体:系消解•测定结果见表1.由测试 结果可知：HNO3-H2O2:消解体系由于测试结果最高且RSD 最低.所以认为HNO3-H2O2:消解体系比其他两种消解体系 更彻底和更稳定。
2.2工作参数的选择
元素谱线的选择：每种元素有务条灵敏线.根据各元素 谱线的信噪比及受干扰情况.选择了各待测元素的多条分析 谱线(nm班行分析。彘终确定了信噪比高，背景干扰小的各 待测元京的)： Pb(220- 353). Zn(213.357). Cu (327. 393 ). Cd(2聳.tS02), Cr(2G7. 71G )0
仪器工作参数主要包括射頻功率、冷却气流量.雰化气 流速和栽气流速。将信噪比作为考校指标.每个工作参数根 据仪器允许条件选取一组测试范围.以1 mg • L铅、锌、 铜、鴇、格的混合标准溶液.分别在波长为220.353, 213. 857.327.393,228.302.2G7.71G run 处测定各条件下的 发射光谐强度和空白强度.计算其信噪比。
(1) 功率的选择：固定其他參数,这五神元素的功率都 是在1 300 W出现最高的信噪比.所以选择的射頻功率为 1 300 W。
(2) 蠕动泵流速：Pb元素的信噪比随着蠕动泵流速的増 加而增加.而其他四神元素在1.5 mL - mirr1时出现峰值. 考虑到多数元素・所以选择1.5 mL - min'1的蠕动泵流速。
(3舲却气流量：Pb・Zn. Cu, Cr的信噪比在15 I. • miL出现峰值.Cd元素的最高信噪比虽然在17 L • inin-1 . 但是其值与15 L •血时相差不大，经粽合土虑.最终选 择冷却气流量为15 L.min-1.
(4 >裁气流谏：Ph和Cu的信噪比随着栽气流速的增大 而増大,但当流連増大到0.8 L • min-1时信大比增大不明 显・基本达到穩定.GI和(，的信噪比在0. 8 L - min'1出现 峰值.次元素信噪比则随着载气流速増大而滅小.所以.综 合考虑各元素情况，最终选拝教气流速为0. 8 L・min'1. 23检出限
以样品空白溶液连续测定11次.取3倍标准偏差所对 应的浓度为各元素的检出限。本方法的检出限见表2.其值 在 2.02X10T〜& 20X10-3% ・ mL"1 之间，.
2.4回收率和精密度
为了验证方法的可靠性.进行了加标回收试验C在样品 中分别分組添加各神待测元素的标准溶液，进行加标回收试 验.结果见表3
由表3可知.细颗粒物样品的加标回收率在91. G%〜 103. 7%之间.测定RSD在1. 3G%〜2.82%之间，说明方法 的回收率和精密度良好.
2.5分析方法应用
用所建立的方法对2012年12月23 0—2012年12月 31日采集到的样品进行分析（结果见表4）,采用单因亍指数 法评估了细颗粒中这几神重金属对怀境质量的影响，通过公 式计算得：铅的污染指数在1. 02-1. 47之间.得岀万州监测 点细颗粒物船处干潜在污染水平；锌的污染指数在1.43- 2. 53之间・平均污染指数为2.02.得出悴处于轻度污染水 平*桐的污染指数在1. 35-2.09之间,平均污染指数2. 00, 属于轻度污染水平：样品中镉元素含旨低于检出限而未检 出・表明细颗粒物没有受到镉污染；馅元素在采集到的九天 样品中有四天检出・其污染指数在0.1〜0. 73之间.属于清洁水平。Fable 4 Concvntnitioiis of nwUil elciiwnts in P\12. S
3结论建立了做波消解.ICP-OES法冋时测定PM2.5中铅、 锌、铜、镉、路五种金属元素的方法.其检出限分别为:G.7G X10_J .3. 20X10_s .4. 34X10_\2. O2X1O-5 .7. 24X10-8 塚.mL.回收率分别为：94.必.103.7%・100.必. 91. G% . 103. .能满足大气细颗粒物中金属元素的测定要 求。
分析了 2012年12月底重庆市万州城区监测点细颗粒物 铅、锌、铜、镉、格的含量.结果表明：细颗粒物没有受到镉 和馅的污染.铅处于潜在污染水平・锌和铜则处于轻度污染 水平。
