刘琳娜
湖南省株洲生态环境监测中心 湖南 株洲 412000
摘要:使用配备了热解装置的石英纤维水银仪直接进行测量各种空气颗粒样品中的总汞,可以通过筛选和分析优化各种实验条件的稳定性来获得最佳的条件。石英纤维滤膜主要用于分析和收集特定的各种空气颗粒分析样品,可以将使用石英纤维水银仪的滤膜直接放置在一个石英舟中,然后将其直接插入石英喷雾器中以直接分析测定样品并直接进行测量样品空气中的汞含量。对空气中汞的分析测定方法不需要添加化学试剂和消解,结晶的速度快,操作简单,适用于对空气中汞的分析和测定。
关键词:汞；空气颗粒物；直接测量
一、引言
汞对于人体来说是一种具有剧毒且非人体必需的化学成分,汞很快就会在体内迅速积聚,很容易被人体皮肤,呼吸道和胃肠消化道等所吸收,对神经系统也会造成严重的伤害。目前中国室内大气和环境中的主要空气污染物之一就是汞和汞颗粒物。汞颗粒物及其金属化合物可广泛存在于多种颗粒性化学物质中,并且汞可直接通过人体的呼吸,皮肤的接触等方式进入人体并可能引起慢性的汞中毒,因此必须对室内空气污染物中的汞浓度进行分析和监测[1]。目前的分析方法都需要复杂的设备和样品才能制备,费时费力。分解的过程中不完全的消化和挥发可能直接导致空气中汞的损失,并且分析和测量的结果不稳定。
二、实验部分
（一）实验原理
同位素颗粒物采样后,将颗粒物从干燥的环境空气中分离提取后送到样品滤膜中,将需要收集的样品通过滤膜直接放入一个样品舟中,并将滤膜通过雾化器直接插入一个样品舟中即可进行化学热解。经过化学预处理后,样品中的同位素汞被迅速还原为其他元素中的汞,汞原子可以吸收253.7nm的核磁共振辐射,信号值表示为峰面积,并根据校准曲线进行计算得出每一个样品中的同位素汞原子含量[2]。
（二）仪器
便携式汞计,配有对固体石英样品的热解装置；便携式空气采样器:主要用于在空气中收集石英汞和空气颗粒,pm10切割机,pm2.5切割装置；ae240型第十电子秤。如果有几个固体石英样品舟,在开始使用之前先用10%的硝酸或超声波振动试剂浸泡10分钟,然后用水清洗,干燥或用水擦拭,在800℃的高温下进行热处理30分钟,然后冷却并用水清洗放在容器或一个塑料拉链袋中。
（三）实验方法
空气颗粒物纤维滤膜样品的采集:使用先进的空气采样器和空气切割头,以30l/min的速度和流量连续采样2小时以上,离地面的连续采样高度约为1.5m。样品收集后,放置石英纤维滤膜盒中收集样品。存放在膜盒中,并用双层聚乙烯袋密封纤维滤膜盒以有效避免空气污染。
标准浓度曲线:将100mg/l的二氧化汞标准溶液用2%的浓硝酸逐渐地稀释为重量浓度为10μg/l的二氧化汞标准溶液。
汞颗粒分析样品的温度测量:首先打开石英汞温度测试仪,分析样品温度为800℃,预热20分钟,气泵的流量为1.0l/min。同时测量分析样品以有效避免测量样品中的石英舟和其他汞颗粒的残留物对测试仪器的影响。设置之前需要对空白图像进行测试。首先取出一片石英纤维样品滤膜,向内折叠,放在一个石英舟中,然后将石英纤维样品石英舟直接插入石英纤维喷雾器中,分析样品2分钟。样品中汞原子含量吸收253.7nm的核磁共振曲线辐射,信号值表示为峰面积。根据校准结果对曲线进行校准后,计算石英纤维样品喷雾器中的汞原子含量。
三、结果和讨论
（一）选择采样方法
微粒汞的采样和提取方法主要包括使用滤膜,石英棉和多层颗粒物冲积板。
使用滤膜采样提取方法是目前最广泛使用的收集大气中的微粒物和汞以使空气通过使用滤膜作为材料的一种方法。由于颗粒物与其他空气相比较容易分离,由于颗粒物过滤器的截面积大(过滤器直径≥47mm),采样的流速远远大于氯化汞和石英棉的采样流速(≥30l/min)。
有机膜经过高温热分解后分解生成有机化学气体,高浓度有机气体滤膜流入汞分析仪的光谱线吸收池后,吸收了253.7nm的光谱线,导致正误差并严重干扰了测量的结果,因此该方法选择无机纤维滤膜。在常用的无机滤膜中,石英纤维滤膜和有机玻璃石英纤维素元素滤膜的综合性能可以满足要求,但是由于玻璃石英纤维素元素滤膜在测量时具有较大的误差和空白值,因此该滤膜检测方法需要选择玻璃石英纤维滤膜作为采样的过滤器。
（二）采样流量和时间
由于传统的空气采样中的放射性微粒物质汞的含量非常小,因此采样器需要更高的空气采样流量以收集足够的空气颗粒放射物质以更好地满足其检测的极限。此空气采样方法的缺点是采样流量一般设置在空气采样器中(5至30l/min)流量上限一般为30l/min,采样的时间通常为2小时以上。
（三）分析温度和分析时间
分析元素汞的过程热解吸是用元素汞的加热方法分解所有汞化合物的一个过程,分析温度低,加热过程持续时间短,汞化合物排放不完全,测量的结果低,分析的结果温度过高,加热的时间也过长。在元素汞加热的过程中,存在一些汞蒸气将从石英管中扩散出来并大大降低影响测量结果的可能性和风险。土壤称重方法采取50mggss-1土壤样品质量的控制方法测定样品的土壤重量,并比较在不同条件下测定的温度和不同的测定持续时间下所有汞的浓度来测量实验结果。如果元素汞分析的温度设定为800℃,则所有的汞化合物都已经可以完全分解。当样品热解吸持续的时间为2分钟时,汞的回收效果较好,因此通过该热解吸方法选择的所有汞热解吸样品温度一般为800°c,解吸过程持续时间为2分钟。
（四）测定实际样品的回收率
在2016年3月1日至2日的冬季和采暖的季节中,北京-天津-中国河北的某些城市和地区收集了大量空气中pm2.5颗粒物的样本[3]。采样持续时间为24小时,空气采样器的流速大约为30l/min,距离地面约为1.5m。第二次采样后,将第一次采样的空气过滤器分为两个小部分,按照对样品的测试程序分别测试一半的样品过滤器空气中的汞颗粒物含量,另外一半样品的过滤器中分别加入了标准浓度为10μg/l的汞的标准溶液用于样品的加标测试。
结果表明,上述五个区域的环境空气中放射性颗粒物(pm2.5)的放射性汞颗粒物含量在0.049至0.101ng/m3之间,同时完全满足了目前中国的大气中放射性汞颗粒物浓度(0.05μg/m3)《环境空气质量标准》,对实际的样品试验结果进行了符合标准加样回收试验,标准加样颗粒物的回收率为93%?118%,符合环境空气质量安全控制的要求。
结论：使用带有对固体汞分析样品和热解单元的便携式水银仪来进行样品筛选和固体汞的优化分析实验。根据条件,使用对空气采样器和对石英纤维过滤器收集特定体积的水溶液和环境空气颗粒中的样品,以直接方式测量环境空气喷雾颗粒样品中的总固体汞测量时,用户可以通过以下的方式直接测量石英纤维样品空气中的固体汞含量:将石英纤维喷雾过滤膜中的样品放在一个石英舟中,然后将固体汞样品通过石英舟直接插入石英纤维喷雾器中以直接分析样品。该检测方法不需要任何试剂和固体汞消解单元即可直接测量环境空气颗粒中的固体汞,它快速,易操作,线性,精确；该检测方法的固体汞检测精度极限低,适用于对环境空气中固体汞的分析测量。
参考文献：
1]晏立衡,符招萍,李光明.环境空气颗粒物中汞的直接测定初探[J].广州化工,2018,46(15):126-128.
[2]吕天峰,袁懋,吕怡兵.测汞仪直接测定空气颗粒物中的总汞[J].中国测试,2016,42(12):42-44+81.
[3]陆建平,王丽,莫遂遂.捕汞金管富集-冷原子荧光光谱法测定空调颗粒物中的汞[J].分析化学,2010,38(02):296-298.