环境空气颗粒物中重金属元素分布特征及检测方法

姜峰

（大连市生态环境事务服务中心，辽宁 大连116023）

一直以来，环境监测及空气污染治理的效果经常会受到污染物种类复杂分布，不规则分布等特征的限制。近年来，受到大规模工业生产和不合理的尾气排放等原因影响，环境空气中的颗粒物种类数量和分布浓度也在逐年攀升。散布在大气环境中的气溶胶体系内的固状物是现阶段的首要研究对象。这些固体颗粒和液态胶体是大气环境中组成结构较为复杂且分布无明显规律的污染物。通过对颗粒物的直径大小进行划分，可为环境空气质量的好坏建立相应的评价标准。如果环境空气中可吸入颗粒物的直径小于10μm 且还夹杂着重金属元素，则会对人体造成长期而巨大的伤害。如果人体长期处于存在空气污染的环境中，重金属元素在呼吸系统中的长期积累会直接影响肺等器官，造成其功能性衰竭等严重的系统性疾病。为此，通过环境监测的有效手段对空气中重金属元素分布特性及规律进行研究有着重要的现实意义。

1 环境空气颗粒物中重金属元素的分布特点

1.1 根据时间变化的重金属元素分布特点

伴随着制造业规模的逐年扩大和产量升级，其过程中的重金属元素排放量也呈现出了明显的递增趋势。相关环境数据统计和分析结果表明，环境空气中的重金属元素占比及含量的变化会受季节等因素影响而呈现出一定的规律性。夏季由于降水量较大，自然降水能够有效改善空气质量并使空气中颗粒较大的污染物得到沉降。因此，夏季整体颗粒物中重金属含量较冬季空气中会明显更低。而与此同时，北方地区冬季处于采暖期，大量煤炭化石燃料的燃烧也会向空气中排放废气和大颗粒物。这也会一定程度上增加大气环境中重金属元素的含量。这些因时间和季节等外部环境周期性变化而呈现出的规律对于分析环境空气中颗粒物重金属元素分布具有一定的价值。

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。

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/cm3。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。

结束语

本文着重对环境监测领域空气颗粒物中重金属元素分布以含量测定的方式进行了分析和探讨。根据重金属元素分布特征及表现出的典型规律，可以按照时间性和区域性对重金属分布特征进行差异化和体系化的研究。同时，配合专业的金属含量检测设备和仪器，探测空气颗粒物样本中各类重金属元素的含量。结合本文对空气中重金属元素含量测定方法的阐述，进一步明确了空气中铍、锌等金属元素含量的测定方式，有助于提升环境监测及空气污染治理的针对性和预期应用效果。考虑到存在有重金属元素的不止包含大气环境，自然水体和土壤等生态体系也都会受到重金属元素的污染。为了全面地从生态学角度强化环境监测的有效性，还需要政府及相关部门针对其他生态系统中重金属元素的测定方式及污染治理办法设立具有针对性的差异化应对措施和解决方案。进而通过各种先进的技术手段和精准的测量方式，为建设可持续发展的生态环保型社会作出贡献。