環(huán)境空氣顆粒物中重金屬測(cè)定前處理方法探究

1、    環(huán)境空氣顆粒物中重金屬測(cè)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(zhǔn)確地測(cè)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(duì)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(jié)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(guān)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

2、方的重視和關(guān)注，越來越多的政策和相關(guān)企業(yè)開始采取措施用以有效的監(jiān)測(cè)和控制促進(jìn)我國環(huán)境和空氣質(zhì)量的進(jìn)一步得到改善。只有對(duì)于我國重金屬顆粒物監(jiān)測(cè)進(jìn)行準(zhǔn)確的對(duì)空氣污染的監(jiān)測(cè)，才能精準(zhǔn)的分析環(huán)境和空氣污染的主要成因，找出有效的方法采取根治環(huán)境和空氣污染的有效措施和解決辦法，因此對(duì)于我國重金屬和顆粒物空氣污染監(jiān)測(cè)的前期和處理的工作就因此顯得尤為重要。二、實(shí)驗(yàn)部分（一）實(shí)驗(yàn)原理。濾膜顆粒物中電感耦合提取后的濾膜顆粒樣品經(jīng)不同酸體系統(tǒng)后利用不同的前處理技術(shù)設(shè)備（例如水浴超聲、多孔石墨爐、微波消解），對(duì)提取后的濾膜顆粒物進(jìn)行了電感離子耦合氣溶膠提取。通過質(zhì)譜儀將電感耦合提取后的濾膜顆粒樣品作為待測(cè)液直接注入目

3、標(biāo)的電感耦合氣溶膠的等離子體中，并通過質(zhì)譜儀（icp-ms）方式進(jìn)行分析和檢測(cè)，目標(biāo)的離子耦合元素以類似氣溶膠的等離子體形式直接地進(jìn)入目標(biāo)，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(fā)、解離、原子化、電離，轉(zhuǎn)化而來成為一個(gè)帶正離子電荷的元素，進(jìn)入目標(biāo)的質(zhì)譜儀。質(zhì)譜儀隨后可以根據(jù)惰性離子的質(zhì)荷比和水溶膠的濃度響應(yīng)值進(jìn)行分離，繼而由目標(biāo)的質(zhì)譜儀進(jìn)行對(duì)濾膜離子的濃度穩(wěn)定性和定量分析。在一定的電感離子耦合氣溶膠濃度的質(zhì)荷比范圍內(nèi)，其質(zhì)荷比所濃度對(duì)應(yīng)的響應(yīng)值與直接進(jìn)入目標(biāo)離子元素的質(zhì)荷比和電感耦合氣溶膠的濃度響應(yīng)值成正比1。微波化學(xué)加熱反應(yīng)消解是利用化學(xué)微波超強(qiáng)熱穿透性和超強(qiáng)激活性，對(duì)來加熱存

4、在密閉化學(xué)容器內(nèi)的各種新型化學(xué)樣品試劑和反應(yīng)樣品，使得密閉容器內(nèi)的加熱壓力顯著增加，反應(yīng)器和試劑內(nèi)的溫度顯著提高，反應(yīng)的加熱速率大大加快，縮短了化學(xué)樣品反應(yīng)制備的主要過程和制備時(shí)間2。（二）主要儀器和試劑。電感電磁耦合便攜式智能數(shù)控自動(dòng)等離子體測(cè)量顆?；旌衔镔|(zhì)譜儀，配備157位自動(dòng)測(cè)量進(jìn)樣器，具備粒子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、碰撞、反應(yīng)三種自動(dòng)化的測(cè)量綜合分析計(jì)算模式，四極桿質(zhì)量分析進(jìn)樣器配備溫度控制的范圍1285amu;中流量數(shù)控微波顆粒物消解儀釆樣器，配備pm2.5、pm10、tsp切割頭;恒溫?cái)?shù)控微波顆粒物轉(zhuǎn)子消解儀，配備41位恒溫?cái)?shù)控微波顆粒物轉(zhuǎn)子，恒溫?cái)?shù)控41位超聲波顆粒物轉(zhuǎn)子清洗器;多孔溫控石墨爐

5、，溫度控制的范圍可直接設(shè)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(jī)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(jìn)行快速加熱加熱回流2.0小時(shí)并迅速除去多余的上清液并進(jìn)行冷卻。用超純水快速?zèng)_洗樣品離心管的內(nèi)壁，加入約10ml的超純水，靜置30分鐘以進(jìn)行提取，將上清液的體積大小設(shè)置為50.0ml。離心后，取上清液再次進(jìn)行離心或繼續(xù)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，

6、覆蓋并放入微波消解罐中。擰緊內(nèi)部組件，然后將其放入微波爐拆卸的轉(zhuǎn)盤架中。溫度設(shè)置微波分解過程的溫度通常為200°c，分解過程的持續(xù)時(shí)間通常為15分鐘。在微波消解過程結(jié)束時(shí)，取出微波消解罐的內(nèi)部組件并冷卻，然后用超純水沖洗消解罐的內(nèi)壁，添加約10 ml超純水，放置30分鐘以進(jìn)行提取，并將體積設(shè)置為50.0 ml。分離后，將上清液離心或用0.45l過濾器過濾以進(jìn)行測(cè)試。（四）儀器調(diào)整。設(shè)備會(huì)自動(dòng)預(yù)熱點(diǎn)火，通過預(yù)熱20min設(shè)備來預(yù)熱啟動(dòng)操作，根據(jù)測(cè)量立即測(cè)試并報(bào)告設(shè)備的相關(guān)性能，并調(diào)節(jié)設(shè)備以及儀器的振動(dòng)靈敏度，氧化物，分辨率和其他相關(guān)性能指標(biāo)，確保完全滿足測(cè)量與儀器相關(guān)的性能指標(biāo)要求。（

7、五）樣品測(cè)量。編輯測(cè)試方法，干擾方程等及其他相關(guān)的程序，首先得到空白的溶液，然后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液和測(cè)試元素內(nèi)標(biāo)空白溶液的計(jì)數(shù)值進(jìn)行了測(cè)試。以優(yōu)化的儀器為參考，把標(biāo)準(zhǔn)樣品按照濃度依次導(dǎo)入儀器進(jìn)行分析，以各元素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，得出的響應(yīng)結(jié)果為縱坐標(biāo)，擬合數(shù)據(jù)得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。三、結(jié)果和討論（一）標(biāo)準(zhǔn)曲線。基于2%濃硝酸溶液的霧化介質(zhì)，依次添加制備了一定量內(nèi)標(biāo)反應(yīng)元素的溶液和霧化待測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并通過霧化蠕動(dòng)泵依次對(duì)添加了一定量內(nèi)標(biāo)反應(yīng)元素的溶液和待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)使用的溶液進(jìn)行了在線霧化噴涂。進(jìn)一步優(yōu)化的儀器質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定的霧化使用條件，從低霧化待測(cè)元素的濃度到高元素濃度分別制備了適用于一系列標(biāo)準(zhǔn)霧化用途的液

8、體，并將其成功地帶到在線霧化器中進(jìn)行在線霧化分析。以霧化待測(cè)內(nèi)標(biāo)為橫坐標(biāo)，相應(yīng)響應(yīng)值的霧化百分比和響應(yīng)值的百分比轉(zhuǎn)換為被霧化的縱坐標(biāo)，并成功地建立了標(biāo)準(zhǔn)的霧化曲線。（二）結(jié)果比較。將測(cè)試樣品分別應(yīng)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(duì)對(duì)這四種前處理方法進(jìn)行研究，每種方法做三次平行試驗(yàn)并取均值，得到結(jié)果，進(jìn)行比較。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如果兩個(gè)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(jìn)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

9、屬硝酸鹽體系溶液和其他化學(xué)元素的化合物含量隨著酸度體系波動(dòng)不大，石墨爐的酸度體系加熱消解快，時(shí)間短，在硝酸高溫化合物消解的整個(gè)過程中始終占據(jù)一個(gè)絕對(duì)值3。當(dāng)整個(gè)酸性體系都是硝酸和鹽酸的混合溶液時(shí)，對(duì)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(duì)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(jié)果并沒有明顯的差別。當(dāng)消解的儀器都為石墨爐時(shí)，鹽酸和硝酸的混合溶液，對(duì)于重金屬元素的提取效果更好，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(jìn)行比較，使用鹽酸硝酸混合溶液，之后進(jìn)行微波消解，對(duì)于七種重金屬元素整體提取效果最好。結(jié) 論本文通過對(duì)大

10、氣環(huán)境中七種不同重金屬的前處理方法進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)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(shí)對(duì)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(shí)驗(yàn)操作時(shí)間將過長，整體水域升溫時(shí)間也會(huì)增加，通常要持續(xù)五個(gè)小時(shí)或以上，這樣導(dǎo)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(jìn)行操作，可以節(jié)約重金屬提取物的前處理時(shí)間，提高大氣中重金屬污染物的整體檢驗(yàn)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(jìn)行消解，整體效率高，分解較為充分，并且在實(shí)驗(yàn)過程中誤差較小，不容易揮發(fā)損失，是綜合來講最實(shí)用的分析方法。參考文獻(xiàn)1 符招萍，晏立衡.環(huán)境空氣顆粒物中重金屬測(cè)定前處理方法探究j.廣東化工，2019，46（10）：166-167+