光谱仪测定案例--ICP光谱仪测定PM2.5中金属元素
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。
lable 1 Reuslts of three digestion systems n= 10 )
元素 | HNO3-H2O2:体系 | HNO3HCI 体系 | HNO3-H2SO4体系 | |||
均值/(ug • mL-1) | RSD% | 均值/(ug • mL-1) | BSD% | 均值/(ug • mL-1) | RSD% | |
铅 | 0.02G | 3.2 | 0. 022 | 5M | 0.019 | C.3 |
锌 | 0.052 | 3.8 | 0. 050 | 7.5 | o. 04C | 9.7 |
铜 | 0.022 | 2.0 | 0. 023 | 4.3 | 0. 022 | 5.1 |
镉 | 0.013 | 2.8 | 0. 012 | 5.5 | 0.012 | 5. C |
铬 | 0-0C7 | 7 | 0. 062 | L5 | 0. 05C | C.5 |
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
Table 3 Sample ivo)*enr aiKl precision(/i=6)
元素 | Ph | Zn | Cu | Cd | Or |
样品M量 | 0.053 | 0.071 | 0. 034 | o. 003 | 0.011 |
加入量 | 0.0S0 | 0.200 | 0. OSO | o. OSO | o. 080 |
测定值 | o. 125 | OB乩 | 0.114 | o. 07C | 0.094 |
回收率以 | 94.0 | 103.7 | 100.0 | 91.C | 103.3 |
2 C7 | 2. S2 | 1. sc | 2.C3 | 2M3 |
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
元索 | Ph 卩g • in T ) | Zn | Cu | Cd | Cr |
201M2-23 | 0- 07C | o. uc | 0.037 | ND | 0.014 |
2012-12-24 | 0.120 | 0.343 | 0-037 | ND | ND |
2012-12-25 | 0-137 | 0.3C0 | O.Oiil | 、D | 0.017 |
2012-12-2C | 0.100 | 0.291 | 0.042 | ND | 0.009 |
201242-27 | 0-09C | 0.231 | 0.0G0 | NO | MJ |
201M2-2S | 0. 0S7 | 0.179 | 0.042 | M) | M) |
2012-12-29 | 0-039 | 0.134 | 0.032 | ND | M) |
201M2-30 | 0-092 | 0.187 | 0.079 | ND | O.OCC |
201242-31 | 0.0G2 | 0.179 | 0.055 | ND | ND |
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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。
