冶炼厂周边空气悬浮颗粒中的重金属成分分析

胡仲怡

（湖南省交通科学研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

大气样品中的元素分析方法中，电感耦合等离子体质谱法是最广泛使用的，具有高灵敏度，低检测限和宽线性范围。特别是对于多元素可同时测定。用于测定大气中TSP的重金属元素具有明显的优势。在冶炼厂周边存在污染空气中进行抽样，以此对其中的重金属元素进行研究。对收集到的颗粒物使用ICP-MS进行测定，并采用富集法对重金属元素特征进行分析。

1 实验部分

1.1 采样

主要仪器设备：大气采样设备使用青岛崂应2030型中流量智能TSP采样器，采样流量参数设定：100L/min，采样期间每日20小时连续采样，因为采样区域受冶炼厂排放废弃物污染较为严重，为了预防滤膜完全堵塞，采样过程中每10h更换一次滤膜。

采样膜使用规格为φ90 mm石英纤滤膜，将膜置于恒温恒湿室中至少24小时进行平衡，然后称重至恒重（两次称量误差小于0.0002g）。

在采样过程中记录标准条件下的采样体积V和相关的气象参数。实验室用水使用超纯水，电阻率大于18MΩ·cm。

收集样品后，将灰尘表面向内折叠两次并放入样品盒中，同时以保护其免受光照。将样品保存在15℃～20℃的恒温恒湿环境中。待样品恒重后，记录其重量。

元素分析仪器为电感耦合等离子体质谱仪采用安捷伦7500a型，其工作参数如下，功率（kW）1.5；采样深度（mm）：7.0；样品提升速度（r/s）：0.1；雾化室温度（℃）：2；重复次数（次）：3；载气流量（L/min）：1.14；单个元素积分时间（s）：0.5；分辨率（μm）：100。

1.2 样品分析

样品制备：用陶瓷剪刀将过滤膜剪切成小块并置于烧杯中。

加入10.0ml硝酸-盐酸的混合溶液，使滤膜浸没其中，用表面皿盖住，在100℃回流加热2.0小时，然后冷却。用超纯水冲洗烧杯内壁，加入约10ml超纯水，将混合物静置半小时进行浸出，并将体积定容至50.0ml。离心后，取上清液进行测定。

1.3 测定与结果

为检验仪器设备的检验检测精度，每份样品连续测量3次。

同时，为了确保检测的准确性，同时检测了国家标准物质中的铜，铅，铁，锰，铬的含量。测定结果如下：铜：0.495μg/ml（不确定度：0.497±0.007）； 铅 ：0.697μg/ml（不确定度 ：0.699±0.004）；铁 ：1.599μg/ml（不确定度 ：1.598±0.004）；锰 ：0.503μg/ml（ 不确定度：0.501±0.003）；铬：0.494μg/ml（不确定度：0.499±0.006）。

以上测定结果均满足标准物质不确定度区间值范围，可以认为样品的测定结果准确性有效。

确定总悬浮颗粒物质量浓度的方法根据《GBT15432-1995环境空气总悬浮颗粒重量法》进行转换，采样体积转换为采样体积转换为标准状态（101.325 kPa），273 K）。

经计算，冶炼厂周边空气中总悬浮颗粒物重金属含量值结果如下。

表1 样品测定结果（ng/m3）

2 数据处理与分析

2.1 空气质量AQI值

2017年12月5日与12月23日、2018年11月30日与12月1日空气质量（AQI）为 ：222、202、211、319。

2.2 元素富集因子

元素富集因子是指示大气颗粒中元素富集程度的方法，以及用于判断和评估颗粒中元素来源（天然来源和人为来源）的方法。一般来说，当该值超过10，既可以判断该元素的富集是由于冶炼厂的生产造成的污染。相关“背景”中的元素浓度选自中国土壤背景值。富集因子结果如下：铜：11.2；铅：17.5；铁：1.8；锰：6.5；铬：61.7。

由富集因子可知，冶炼厂周边空气中的重金属元素铜、铅、铬元素的富集因子均大于10，其中铬元素受人工活动影响最大。铁元素与锰元素相对受人工活动影响较小。

3 结论

通过对某冶炼厂近两年周边空气中总悬浮颗粒物的收集采样，采用电感耦合等离子体质谱法检测可知，2017年与2018年重金属含量浓度排名前五的是：铁＞铅＞锰＞铜＞铬；其中铬、铅、铜的富集因子高于10，这三种元素受人工活动影响较为明显。

这三类重金属元素污染与冶炼厂生产排放有一定关系，这可能与铬高富集因子有关，需进一步探索其中的内在关系。