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原子吸收光度計對大氣重金屬元素分析研究進展
閱讀：2083 發(fā)布時間：2016-12-27大氣顆粒物通過吸收和散射太陽輻射能、改變云層厚度和反照率,，影響地表-大氣系統(tǒng)的能量交換,，間接或直接影響氣候變化。同時,，通過影響大氣能見度及酸沉降分布,，PM10和PM2.5對空氣質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。大氣顆粒物濃度越高,、成分越復雜,，城市大氣能見度越低，空氣質(zhì)量也越差,，而生態(tài)環(huán)境也會不同程度遭受污染,。
顆粒物的粒徑越小，巨大的比表面積越可能吸附更多的有害物質(zhì),，而且其化學成分越復雜,，毒性越大，并且有更高的反應和溶解速度,。而流行病學資料顯示,，呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病的發(fā)病率及死亡率與PM2.5密切相關,。一般情況下,，大氣顆粒物主要通過呼吸系統(tǒng)和胃腸道系統(tǒng)對生物機體產(chǎn)生影響，其進入人體的途徑主要有呼吸作用,、吞食作用,、皮膚接觸3種方式。通過呼吸作用或者皮膚接觸,，重金屬元素進入并富集在人體內(nèi)；而重金屬元素還會隨著顆粒物的沉降作用進入水體及植物生態(tài)系統(tǒng),，并在食物鏈中逐漸富集,，人類通過吞食作用使得部分大氣顆粒物中的重金屬zui終進入人體，危害人體器官。不同粒徑的大氣顆粒物在人體呼吸道不同部位的對應沉積和阻留位置見圖5,。
顆粒物中的重金屬對人體健康的危害首先取決于其化學活性,，其次才取決于其含量大小，所以顆粒物中不同種類,、不同含量的重金屬對人體的作用部位和危害程度也不同,。以顆粒物中的重金屬元素為例，Pb通過呼吸,、攝取,、皮膚接觸及胎盤傳輸?shù)确绞礁患谌梭w的內(nèi)臟組織、骨路組織等部位,，不僅能危害人體正常的新陳代謝,，抑制酶的活性，還能導致腦損傷等,；Cd主要富集在腎臟皮層,、肝臟、胰腺,、甲狀腺,、膽囊、等部位,，容易引起肺氣腫和蛋白尿,；Cr不僅能引起嘔吐和持續(xù)的腹瀉，還能引起刺激性皮炎,、發(fā)鼻穿孔,、過敏性濕瘆、皮膚潰爛等癥狀,，3 g的富集量就能對成人致死,。As被癌癥研究機構(gòu)LARC歸為一類致癌物，很少量就能引發(fā)皮膚損傷,、角化癥,、肺癌和膀胱癌等病變，同時,，As對人體也有潛在致畸作用,。Zn過量可能引起急性中毒，發(fā)生嘔吐,、腹瀉等胃腸道癥狀,，會破壞人類及動物的呼吸道等器官。V是一種能被全身吸收的毒性物質(zhì),，能影響胃腸,、神經(jīng)系統(tǒng)和心臟,，中毒時腎、脾,、腸道出現(xiàn)嚴重的血管痙攣,、胃腸蠕動亢進等癥狀，可引起呼吸系統(tǒng),、神經(jīng)系統(tǒng),、腸胃系統(tǒng)、造血系統(tǒng)的損害及新陳代謝的改變,，甚至有生命危險,。
4 檢測儀器和方法
大氣顆粒物檢測的方法有許多種，涉及的測量儀器也各不相同,。一般來講,，檢測大氣顆粒物TSP、PM10,、PM2.5濃度的方法主要有濾膜稱重法,、光散射式測量法、壓電晶體法,、β射線吸收法,、微量振蕩天平法、電荷法等,；測量大氣顆粒物中重金屬元素種類和含量的方法有質(zhì)子誘導X 射線發(fā)射法（PIXE）,、原子熒光光譜法（AFS）、能量色散X射線熒光光譜法（EDXRF）,、中子活化分析法（INAA）,、離子色譜法(IC)、石墨爐原子吸收光譜法（GF-AAS）,、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）,、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）、穆斯堡爾譜儀分析法,、X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)光譜儀分析法（XANES）,、飛行時間質(zhì)譜法（TOF）等。表1比較了常用大氣顆粒物濃度的檢測方法,。表2給出了目前部分廠家生產(chǎn)的大氣顆粒物測量儀器的指標情況,。從表1和表2可知，目前主流的大氣顆粒物濃度檢測方法已經(jīng)基本實現(xiàn)自動,、在線,、連續(xù)測量，但對顆粒物中重金屬元素的測量仍基本處于實驗室取樣分析階段,。而實驗室取樣分析的方法對樣本質(zhì)量要求非常高,，檢測過程繁瑣費時,，不僅無法實現(xiàn)污染現(xiàn)狀和趨勢實時感知的預警功用，而且分析成本很高,。
對顆粒物源解析、非均相和多相物理化學過程分析,、細顆粒物化學成分分析,、粒徑和光學性質(zhì)綜合測量等方面，多使用質(zhì)譜分析類儀器,，對應用于大氣顆粒物檢測的光譜類儀器,，國外僅有Cooper Environmental ServicesLLC公司生產(chǎn)的XactTM 620型大氣金屬監(jiān)測儀（AMM）可實現(xiàn)在線測定顆粒物中的重金屬元素，且沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,。對于大氣顆粒物濃度測量,，雖然有在線監(jiān)測系統(tǒng)，但這類設備的功能單一,，僅能監(jiān)測顆粒物濃度,，無法監(jiān)測顆粒物濃度中的重金屬污染物含量，更無法實現(xiàn)顆粒物與重金屬污染物的同步監(jiān)測,。對于能夠同時測量大氣顆粒物濃度和重金屬元素含量的自動,、在線、連續(xù)測量儀器,，在國內(nèi)外仍屬于空白,。
5 相關技術標準
對于大氣顆粒物監(jiān)測，一些組織和國家發(fā)布了相關標準,，世界衛(wèi)生組織（WHO）,、美國和中國的相關標準見表3。對大氣顆粒物中重金屬元素檢測相關標準,，中國仍然處于嘗試研究階段,。以2012年國家環(huán)境保護部第3次修訂的《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標準》為例，雖然新標準重點
增設了PM2.5的濃度限值,，但是僅對其中所含的部分污染物質(zhì)濃度(如SO2,、NO2、BaP,、Pb,、Cd、Hg,、As等)有限值規(guī)定,，對Se、Br,、Te,、Sb,、Co、Pd,、Tl,、Sc、Mo,、V等相關重金屬元素的含量限值都沒有涉及,。中國關于環(huán)境空氣、大氣固定污染源等方面的現(xiàn)行相關標準（表4）中,，僅對很少一部分重金屬元素（如Pb,、As、Hg,、Sn,、Cd、Ni等）的監(jiān)測標準和檢測方法做了規(guī)定,?？梢姡瑢τ谥袊髿忸w粒物中的重金屬元素分析,，無論是濃度限值還是分析技術方法,、標準等均處于不成熟、不完善狀態(tài),。與發(fā)達國家比較成熟的監(jiān)測標準相比,，中國相關標準中涉及大氣顆粒物中重金屬元素的監(jiān)測方法不僅數(shù)量很少，且部分方法較為落后,。以Hg元素檢測為例,，中國標準中需要用到巰基棉等有毒的化學試劑，這對監(jiān)測人員的身體健康是一大威脅,。因此,，無論是法律法規(guī)、監(jiān)測標準方面,，還是測量儀器設備開發(fā)方面,，中國在大氣顆粒物重金屬元素檢測領域與發(fā)達國家仍存在較大差距。
中國《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》在2011年4月發(fā)布,，這標志著中國在“五毒”重金屬元素Pb,、Hg、Cd,、Cr,、As及類金屬的整治力度進一步加大。若中國要在2016年1月1日正式實行環(huán)境空氣質(zhì)量標準GB 3095—2012,，不僅需要繼續(xù)完善相關法律法規(guī)及檢測標準,，也必須配套檢測領域
的成熟儀器方能滿足環(huán)境空氣質(zhì)量評價的相關要求,。
結(jié)論
為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護法》和《中華人民共和國大氣污染防治法》，保護和改善生活環(huán)境,、生態(tài)環(huán)境,，保障人民身體健康，國家環(huán)境保護部,、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局于2012年2月29日發(fā)布了第3次修訂的《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標準》,。但是，對于中國大氣顆粒物中的污染物尤其是重金屬元素污染物的監(jiān)測,，無論是濃度限值還是分析技術方法、標準等,，均處于不成熟,、不完善狀態(tài)。大氣環(huán)境顆粒物中各種污染物的組成,、時空分布,、源解析等相關研究凸顯出緊迫性和必要性。集中研究大氣顆粒物,，可為全面開展TSP,、PM10、PM2.5監(jiān)測打下詳實的資料基礎,，也可為大氣污染防治和改善城市大氣環(huán)境提供理論依據(jù)和科技支撐,，而研究測量方法、技術標準和設計相關檢測儀器,，尤其是自動,、在線、連續(xù)監(jiān)測大氣顆粒物的濃度及其所含重金屬元素的種類及含量等一體化儀器更顯迫切,。