工作场所空气中重金属检测前处理方法

李 燕 张岩松 刘 君 张春民 丁春光

国家安全生产监督管理总局 职业安全卫生研究中心

在职业卫生检测中，样品前处理是一个复杂且重要的步骤。工作场所空气中存在的重金属有害物质，对人体的危害极大，准确选择重金属检测前处理方法对于正确评价工作场所职业病危害因素的危害程度、保护劳动人民的身体健康，有着重要意义。

查阅文献资料表明，工作场所空气中重金属消解最常用的方法有：电热板消解法，微波消解法，全自动石墨消解法等。

我国国家标准方法采用的是电热板消解法[1-2]，电热板消解法是《工作场所空气有毒物质测定》（GBZ/T 160-2004）所推荐使用的方法[1]，具有准确度高，重现性好，能够准确测量样品中的重金属。微波消解具有速度快，空白值低，降低劳动强度的优点；缺点是样品分解完成后，需配合电热板将样品中的酸赶尽，赶酸时易对实验室环境造成污染、对实验室工作人员身体健康造成伤害。全自动石墨消解可以说是电热板的升级产品，该方法可以自动添加消解试剂，加热均匀、批处理量大，同时可以通过设置消解程序实现消解过程的远程控制，被广大分析工作者推崇。

1 重金属样品的采集

工作场所空气中重金属的采样依据《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》（GBZ 159-2004），介质选用微孔滤膜。采集时，使用采样泵以流量5L/min，采样时间15min对工作场所空气中重金属的现场进行采样。在采集完成后，将样品保存在清洁的样品袋中，置于洁净的容器内运输和保存，并带回实验室检验分析、测定。

2 样品前处理方法

采集后的重金属样品，要先进行前处理，前处理是将采集待测元素的介质消解转化为无机离子，针对待测元素采集介质的性质和种类，选择合适的前处理方法，此过程是获得准确测定结果的重要步骤。

2.1 电热板消解法

电热板消解法是指使用化学试剂和电加热对样品进行消解，在重金属样品中加入硝酸、高氯酸等适量的氧化性强酸，通过加热破坏样品中混杂的有机物成分，将固体样品转化为不挥发的液体样品，最终形成稳定的无机化合物用于实验分析。此法的优点是设备简单，适合处理大量样品，是一种应用较广的重金属前处理方法；缺点是电热板板面加热不均匀、整个过程需人工操作易对环境和操作者带来危害。该电热板消解法是目前大多数实验室经常采用的重金属样品前处理方法，故被广泛应用于职业卫生检测工作中，是重金属样品消解最经典的方法。

2.2 微波消解法

微波消解法是结合微波快速加热和密闭高压消解的一种样品前处理技术，是在密闭和高压情况下对样品进行消解，其原理是在样品中加入适量的酸，在微波电场的作用下，通过分子产生高速的碰撞和摩擦而产生高热，从而使样品在短暂的时间内被消解，使重金属元素以离子的状态存在于试液中。该方法优点是耗时短、酸消耗量少，从而大大节约试剂，同时减少样品的沾污、酸雾和污染，提高测定结果的准确性。不足之处是没有实现全自动化，样品微波消解后仍须赶酸定容，不适合大批量样品的分析。

金伟等人用微波消解法对车间空气中金属锰、锌前处理[3]，结果表明该方法对车间空气中金属锰、锌的预处理能够节省时间、能源、试剂和人力，实验结果具有较高的准确度和精密度。吕蓓华等人用微波消解法对车间空气中金属铬、镍前处理[4]，结果表明此消解方法酸试剂用量少，节省时间，消解完全，精密度高，可以满足职业卫生日常检测工作的需要。

2.3 全自动石墨消解法

全自动石墨消解法原理与电热板相同，该方法优势在于可以通过设置消解程序实现消解过程的远程控制和全自动化，避免了人工操作不当带来的误差，既节省了人力，又减少了酸雾对实验人员健康的危害，且适合大批量样品的分析。缺点是用酸量较多，易造成环境污染，仪器成本较高。

朱乐杰[5]等使用全自动石墨消解仪结合电感耦合等离子体测定环境空气颗粒物中镉和铅的方法，该方法的相关系数均大于0.9999，滤膜标准品测量值结果与标准值一致，镉和铅的加标回收率分别为89%～94%和89%～95%，满足分析要求。 陈江[6]使用智能石墨消解对采集的废气样品进行消解处理，测定样品中铜、镍、铬、铅等4种重金属的含量，各元素的检出限如下：铜、镍、铬的检出限均为0.006mg/m3，铅的检出限为0.025mg/m3，回收率为98.4%～100%，精密度为1.7%～3.4%（n=6）。结果表明，全自动石墨消解能将重金属样品消解完全，回收率、精密度均能达到测试要求，能为职业病危害因素检测提供更环保、准确、真实的数据，适用于职业卫生检测工作的要求，是一个值得推广的新技术、新方法。

3 结论

在选用样品的前处理方法时，应结合试样和待测元素的性质、定量方法等因素综合考虑。前处理方法不是相互独立的，有的时候需要两种或几种方法联合运用才能取得最理想的结果。电热板消解的前处理方法可应用于工作场所空气中大多数金属元素测定，操作运行成本低，但消耗时间较长，在精密度和准确度上稍劣于微波消解法和全自动石墨消解法。微波消解是目前国内外比较流行的一种消解方法，但仍需人工赶酸。全自动石墨消解是在国标方法的基础上优化改进，实现了集加酸、消解、赶酸、定容功能于一体的自动化，克服了传统方法易受污染的弊端，在重金属检测的前处理中已经得到了广泛的应用。

在职业卫生检测中，工作场所样品前处理的方法及分析仪器必将更加普及，应用更加广泛。今后样品的前处理方法正朝着高稳定性、高分析精密度、高智能化和更低的分析成本的方向发展，逐步实现用绿色环保的消化剂代替传统强酸强碱消化剂、用低温消解代替高温消解，解决传统消解方式存在的环境污染问题和安全隐患。