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环境空气颗粒物中重金属元素分布特征及检测方法

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：张楠

[导读] 摘要：随着社会经济的发展，我国的环境问题越来越受到重视，社会公众开始将目光集中于自然环境的保护与污染治理等方面。

        甘肃中商食品质量检验检测有限公司甘肃兰州 730010
        摘要：随着社会经济的发展，我国的环境问题越来越受到重视，社会公众开始将目光集中于自然环境的保护与污染治理等方面。在环境监测领域，空气污染的防治及大气环境的治理是近年来的环保工作重点。空气中的污染物除了常见的大颗粒物，PM2.5 以外，还包含有着更严重危害的重金属元素。重金属元素多以附着形式分布在尘埃等微小颗粒上，对人体伤害极大。为了有效控制空气中重金属元素带来的污染，应对其分布特征及对应的检测方法进行深入的研究。结合实践和测试结果对不同季节，不同区域的重金属元素分布规律展开探索。并在此基础上给出环境空气颗粒物中重金属元素的检测方法。希望以此帮助环境监测与空气污染治理的效果得到进一步的改善。
        关键词：环境监测；环境空气颗粒物；重金属；分布检测
        引言
        近年来，环境污染事件频发，环境污染问题已成为全世界关注的焦点，环境中污染物的检测及评定越来越受到重视。土壤污染大致可以分为无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要包括酸碱、重金属、盐类，放射性元素铯、锶的化合物，含砷、硒、氟的化合物等。在整个生态环境执法的过程中，环境监测是最为重要和必不可少的，通过环境监测数据结果来决定是否需要作出相应的行政处罚。要确保所认定的案件构成要件事实清楚，就必须要有足够且合法的证据支撑，这就需要有质量保证的监测数据。执法监测数据真准全，现场采样是核心和基础，现场采样的质量决定了监测全过程的质量，所以现场采样的质量控制是监测数据具有法律效力的最基本保障。有组织低浓度颗粒物执法现场监测涉及多个方面，为此需要对影响现场监测质量的所有环节进行质控，以确保样品的真实性、代表性和完整性，使得最后的执法监测数据具有法律效力。
        1环境空气颗粒物中重金属元素分布特征
        1.1依照时间变化分析重金属元素在大气中的分布特征
        随着工业技术的发展，重金属元素的排放量呈现逐年递增的趋势。根据相关调查数据显示，季节变化是环境空气颗粒物中重金属元素的含量高低的关键影响因素，由于夏季为雨水多发季节，降雨量是改善环境空气质量的重要因素，因此颗粒物中的重金属元素含量明显比冬季环境空气颗粒物中的重金属元素含量低，对应的空气质量要高。相应的，由于冬季为采暖期，大量煤矿的燃烧会释放废气废渣，推高了金属元素在大气环境中的含量。
        1.2根据区域性分析重金属元素的分布特点
        我国不同地区的核心经济产业模式有所差异，重工业发达地区的工业规模通常较大，工厂所排放出的废气和废渣大多含有重金属元素，这些都会对空气质量造成极大的影响。一般来说，在大气环境中附着在颗粒物上的重金属元素包括铍、铜、锌、铝、锰等。而含量最高的三种金属元素分别是铝、铍和锌。具体的重金属元素种类会受到工业生产模式及产品类型的影响。工业区内环境空气颗粒物重金属的元素还要远高于城市密集居住区。通过判断和分析环境空气中重金属元素的种类及占比就能大致获得重金属元素分布的特征及规律。通过大量的环境监测数据分析经验可以总结出重金属元素占比与其颗粒大小的数量关系。通过换算公式可对重金属元素的质量分数作出客观评价。一般来说，在获得某种具体重金属元素的占比后，可根据与其质量分数相近的其他金属元素的对应比例而换算出与之关联的重金属元素的占比。根据实际测定的结果来看，工业密集区域的环境空气颗粒物中的重金属元素含量严重超标。而与之对应的非工业区的环境空气质量却总体较好。

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        1.3全国土壤污染详查分析测试方法
        规定中推荐土壤前处理采用微波消解法和高压密闭消解法。这两种方法的优点是试剂用量少，能耗低，易挥发元素不易损失，试样分解完全。但进口微波消解炉价格高昂，一般实验室没有条件配备。高压密闭消解法需要在 180℃ 的烘箱中消解 8 小时取出，冷却后除硅，加高氯酸除氢氟酸，一批样品耗时一天半到两天，流程较长。我们对传统的电热板进行改进，在电热板周围附加一圈耐火隔热材质，使热能尽可能得到有效利用，改进后中间和边上温度均匀性得到改善。既降低了电热板装置的能耗，提高了能量的利用率，又改善热传导差异，使温度尽可能保持一致，改进后的电热板一次性消解 80 个样品，配合 ICP － MS 收到很好的效果。
        2环境空气颗粒物中重金属元素的检测方法
        对于大气环境颗粒物中重金属元素的类别分析与含量测定需要结合区域特点及重金属含量分布规律而制定与之匹配的检测方案。具体的检测分析方法要根据重金属元素的种类及在空气中的含量占比而选择相应的检测仪器和设备。在检测过程里，首先要根据环境空气中重金属元素的分布特征，制定好科学规范，覆盖全面的样本采集点网络。在确定了环境空气颗粒物的监测点后，选取具有代表性的区域空气样本作为重金属元素分析的素材。以检测点为中心，在其周围 50 米范围内作为检测半径，分时段分地点完成采集。这些在实验室中进行的分析和数据统计工作均需要秉持着客观性和精确性第一的原则。在具体的操作步骤方面，首先需要将采集到的环境空气样本经过滤膜过滤，进而收集到大气空气样本中的颗粒物。再将颗粒物样本放置于马沸炉中并设定温度为 300℃左右，持续加热 30 至 40 分钟。之后继续将设备的温度调高至 550°C左右。此时设备内的样本颗粒已经经过灰化处理。待 30 分钟左右就可观察到样本呈现出的明显颜色变化。当收集到的颗粒物样本呈现的颜色与土壤颜色接近时即可将其取出在室温下进行冷却。经过上述流程处理的样本，还需要再滴入三至五滴97%以上浓度的酒精溶液。在其与试剂完全混合后，加入0.05- 0.2g氢氧化钠固体。待反应完全后，需将样品第二次置入马沸炉中并重新加热。调高温度至 500℃，等待 5- 15 分钟后，观察装置中的样本试剂是否完全溶解。待其溶解充分后可以取出设备静置 10 分钟左右。在样品试剂充分冷却后，可向其内部加入 10 毫升左右的 90°热水。同时，再次进行外部加热并伴随持续的搅拌。这一过程中会不断有晶体析出。将混合液中析出的晶体收集到试管中并与盐酸溶液进行混合，最后为了保证样品中的重金属元素都被提取出来，可以选用少量的浓度在 0.1mol/L的 HCL溶液对熔炉的内壁进行冲洗，冲洗后获得的溶液也需要在烧瓶中与晶体溶液共同稀释至 50ml/cm 3。将收集到的混合液进行充分的摇晃，确保其分布均匀。再用滴管在ICP- MS设备上进行反复多次的金属元素含量测定。利用不同种金属元素在该设备上所呈现出的光谱形态的差异来精准的区分和测定各类重金属元素的含量及其在样本中的占比。上述流程及方法可以广泛的应用于包含钠、镁、钾、钙等常见金属元素的样本颗粒检测过程中。
        结语
        综上所述，空气中Zn、Pb金属元素的含量较高，重金属元素带来的不仅仅是对大气环境的污染，同时受到影响的还有水质、土壤等相关的生态化问题，政府应当加大对环境空气颗粒物中重金属元素的监督管理问题，为建设可持续发展的生态化城市提供技术指导。
        参考文献：
        [1]任锋，贺永明.有色行业环境影响评价中重金属污染物环境空气质量标准探讨[J].有色冶金节能，2018，34（3）：45-47.
        [2]吴伟棠，孙展鸿，梁秋仪.佛山中心城区环境空气中重金属铅的污染特征与防治对策[J].化工管理，2018，（24）：32-33.
        [3]王海波，王小蓉，杨震等.甘河工业园区环境空气重金属分布特征研究[J].广州化工，2016，44（12）：143-145.