隨著人們的環(huán)保認(rèn)識(shí)不斷加深,，人們已經(jīng)不再滿足于僅僅知道PM2.5的濃度,，而是希望對(duì)PM2.5中所含有各類有毒物質(zhì)有深入的了解。重金屬污染物（也包括As等類重金屬）作為人們耳熟能詳?shù)挠卸疚廴疚?，PM2.5重金屬的危害性有目共睹,。因此，加強(qiáng)PM2.5中重金屬元素的監(jiān)測(cè)是必由之路,。
1. 大氣重金屬在線分析儀EHM-X200簡介
EHM-X200大氣重金屬在線分析儀是天瑞儀器*的雙功能全自動(dòng)在線分析儀器,。它創(chuàng)新地將技術(shù)——X射線熒光（XRF）無損檢測(cè)技術(shù)、β射線吸收檢測(cè)技術(shù)與空氣顆粒物自動(dòng)富集技術(shù)結(jié)合,，不僅可以監(jiān)測(cè)空氣顆粒物質(zhì)量濃度, 還可以同時(shí)對(duì)顆粒物中元素成分進(jìn)行定量分析,。該儀器具有pg/m3 量級(jí)的檢出限，處于世界水平,，廣泛應(yīng)用于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè),、污染溯源及源解析、環(huán)境評(píng)價(jià)等領(lǐng)域,。
圖1 天瑞儀器EHM-X200大氣重金屬在線分析儀圖片（從左到右分別為儀器主機(jī),、站房機(jī)柜上的儀器和車載儀器）
1.1 測(cè)量原理
儀器以恒定的工況流量將空氣吸入顆粒物切割器中，以PM2.5為例,，動(dòng)力學(xué)直徑在2.5um附近及以下的顆粒污染物進(jìn)入到儀器的富集系統(tǒng)中,。經(jīng)過一段時(shí)間的富集后，富集系統(tǒng)自動(dòng)切換成β射線分析系統(tǒng)，利用β射線的衰減與顆粒物的質(zhì)量濃度成指數(shù)的關(guān)系,，對(duì)顆粒物的質(zhì)量濃度進(jìn)行分析,。然后卷膜系統(tǒng)地將富集有空氣顆粒物的濾紙移動(dòng)到X射線熒光分析系統(tǒng)，分別利用X射線熒光的能量和強(qiáng)度對(duì)顆粒物中的元素成分進(jìn)行定性和定量的分析,。
圖2 天瑞儀器 EHM-X200大氣重金屬監(jiān)測(cè)示意圖
X射線熒光光譜技術(shù)（XRF）的原理見圖3所示,，可以直接檢測(cè)固體或液體樣品中ppm量級(jí)的元素成分。采用富集后再檢測(cè)的辦法,，使得XRF技術(shù)對(duì)空氣顆粒物中的重金屬成分的檢測(cè)限優(yōu)于0.001ug/m3,。而常規(guī)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)技術(shù)，由于預(yù)處理消解過程中需要將微克量級(jí)的樣品溶解到幾十克的液體中,，而使得濃度被稀釋百萬倍,，從而多數(shù)儀器（譬如ICP-AES,、或原子吸收光譜儀）無法檢出元素含量低于10ug/m3量級(jí)的空氣顆粒物樣品,。
圖3 X射線熒光光譜技術(shù)原理圖
1.2 性能特點(diǎn)
（1）空氣顆粒物濃度,、大氣重金屬濃度一體式協(xié)同測(cè)量,，為污染溯源及源解析提供更數(shù)據(jù)；
（2）TSP,、PM10,、PM2.5三種切割器可供用戶選擇,，應(yīng)用于不同的環(huán)境評(píng)價(jià)場(chǎng)合,；
（3）鉛,、鎘,、砷等30多種重金屬含量測(cè)量，低檢出限在pg/m3量級(jí),；
（4）從光管,、探測(cè)器,、數(shù)字多道分析器（DCMA）到整機(jī)，數(shù)十項(xiàng)XRF核心技術(shù)發(fā)明,；
（5）具有*技術(shù)和測(cè)試報(bào)告,，儀器的可靠性、性得到充分驗(yàn)證,。
1.3 技術(shù)參數(shù)
以下列出了大氣重金屬在線分析儀的一些重要技術(shù)參數(shù)（表1）,。
表1 天瑞儀器 EHM-X200大氣重金屬監(jiān)測(cè)儀技術(shù)參數(shù)
2. 大氣重金屬在線監(jiān)測(cè)能給我們帶來什么？
2.1 及時(shí)獲知大氣顆粒物有害金屬濃度,，確保公眾知情權(quán)
正如十年前我們認(rèn)識(shí)中的大氣顆粒物只有PM10和TSP而沒有PM2.5的概念一樣,，現(xiàn)如今我們也僅僅是簡單地關(guān)注PM2.5的濃度值，而忽視PM2.5中具體的有毒有害物質(zhì)是什么,，有多少,?！恫耢o霧霾調(diào)查：穹頂之下》中多次強(qiáng)調(diào)控制PM2.5中重金屬元素濃度的必要性,，“PM2.5顆粒物進(jìn)入人體后，巨噬細(xì)胞難以消化大氣顆粒物中的重金屬,，使得巨噬細(xì)胞破裂而死,，從而降低了人們的免疫力”。通過大氣重金屬在線分析,，能夠快速有效的了解當(dāng)?shù)氐腜M2.5中所含有的重金屬和非重金屬物質(zhì)的種類和濃度,，就像如今實(shí)時(shí)獲取PM2.5的濃度一樣，公眾可以及時(shí)知道居住地的大氣重金屬濃度值,，合理安排自己的工作生活,，及時(shí)采取措施保護(hù)自身受到污染傷害。
2.2 有利于研究部門分析大氣重金屬日變化趨勢(shì)
常規(guī)大氣重金屬監(jiān)測(cè)手段只監(jiān)測(cè)重金屬元素的日平均濃度的測(cè)量,，但是大氣重金屬隨著氣象參數(shù)與溫度在每天的不同時(shí)間段有著較大的變化,，日平均濃度無法反應(yīng)這些變化。大氣重金屬實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)每天重金屬濃度的小時(shí)值測(cè)定,，有利于分析總結(jié)大氣重金屬和非重金屬元素的日變化規(guī)律,。
圖4 天瑞儀器 EHM-X200大氣重金屬監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)重金屬污染物的小時(shí)變化圖
2.3 為監(jiān)管部門提供污染源解析數(shù)據(jù)，助力決策制定
通過主成分分析與相關(guān)性分析等模型處理,，可以告訴政策制訂者污染來自哪里,、貢獻(xiàn)比率，為源解析工作提供輔助成果,。天瑞儀器EHM-X200大氣重金屬監(jiān)測(cè)儀對(duì)北方某城市長時(shí)間段大氣重金屬在線分析儀測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析后,，得到表1。
表1 EHM-X200大氣重金屬監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)組成分分析
為了進(jìn)一步研究PM2.5與大氣重金屬之間的關(guān)聯(lián),，并為PM2.5的控制提供方向,，我們通過已經(jīng)劃分的三個(gè)組分與大氣PM2.5濃度進(jìn)行相關(guān)性分析,。結(jié)果如圖5，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)主要影響PM2.5的污染源為組分2（冶金工業(yè)廢氣）,。
圖5 EHM-X200大氣重金屬監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)各組分與PM2.5的相關(guān)性,。圖例中顏色的深淺表示相關(guān)性數(shù)值的大小。組分2與PM2.5的相關(guān)性強(qiáng),，這說明影響該地區(qū)PM2.5濃度的主要污染源為冶金工業(yè)廢氣,。
通過風(fēng)向與PM2.5中三組分的關(guān)系圖可以確定各組分污染物的來源方向（圖6）。
圖6 EHM-X200大氣重金屬監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)PM2.5中元素主成分分析得到的各組分與風(fēng)向關(guān)系圖,。圖A是組分1（工業(yè),、生活燃料燃燒）的濃度與風(fēng)向關(guān)系圖，從圖中可以看出組分1主要來源于監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的西南方向（深色區(qū)域）,；圖B是組分2（冶金工業(yè)廢氣）的濃度與風(fēng)向關(guān)系圖,，從圖中可以看出組分2來源于監(jiān)測(cè)點(diǎn)自身范圍內(nèi)（深色區(qū)域）；圖C是組分3（揚(yáng)塵）的濃度與風(fēng)向關(guān)系圖,，從圖中可以看出組分3主要來源于監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的東方及北方（深色區(qū)域）,。圖中顏色深淺由淺到深代表污染的程度由小到大。
2.4 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣重金屬濃度,，提高監(jiān)測(cè)人員工作效率
現(xiàn)有的常規(guī)大氣重金屬監(jiān)測(cè)手段還是原始的手工采樣+實(shí)驗(yàn)室分析方法,，工作量大且效率低。由于常規(guī)實(shí)驗(yàn)室分析技術(shù)重金屬濃度檢測(cè)需要樣品預(yù)處理消解,，從樣品稱量到樣品消解完成大約需要花費(fèi)2個(gè)小時(shí),。而XRF技術(shù)無需樣品預(yù)處理，每個(gè)樣品重金屬濃度檢測(cè)可以在10分鐘以內(nèi)完成,，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)無人值守,、24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣中的30種重金屬元素，節(jié)省了 的人力成本,，且相對(duì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量方法而言,，耗材少價(jià)格低，維護(hù)量低,，無二次污染,。
綜上所述，通過江蘇天瑞儀器的EHM-X200大氣重金屬監(jiān)測(cè)儀不僅可以監(jiān)測(cè)大氣顆粒物濃度,，還可以實(shí)現(xiàn)大氣顆粒物中重金屬元素濃度的監(jiān)測(cè),，為大氣顆粒物重金屬元素的污染監(jiān)測(cè)和控制提供科學(xué)依據(jù)。
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