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原子吸收光度計(jì)對(duì)大氣重金屬元素分析研究進(jìn)展
閱讀：2085 發(fā)布時(shí)間：2016-12-27大氣顆粒物通過吸收和散射太陽(yáng)輻射能,、改變?cè)茖雍穸群头凑章?，影響地?大氣系統(tǒng)的能量交換，間接或直接影響氣候變化,。同時(shí),，通過影響大氣能見度及酸沉降分布，PM10和PM2.5對(duì)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(fù)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(huì)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(xué)成分越復(fù)雜,，毒性越大,，并且有更高的反應(yīng)和溶解速度。而流行病學(xué)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(guān)。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(duì)生物機(jī)體產(chǎn)生影響,，其進(jìn)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(jìn)入并富集在人體內(nèi),；而重金屬元素還會(huì)隨著顆粒物的沉降作用進(jìn)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(jìn)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(duì)應(yīng)沉積和阻留位置見圖5,。
顆粒物中的重金屬對(duì)人體健康的危害首先取決于其化學(xué)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(duì)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(dǎo)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(duì)成人致死。As被癌癥研究機(jī)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(shí),，As對(duì)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(huì)破壞人類及動(dòng)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(shí)腎,、脾,、腸道出現(xiàn)嚴(yán)重的血管痙攣、胃腸蠕動(dòng)亢進(jìn)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(xiǎn)。
4 檢測(cè)儀器和方法
大氣顆粒物檢測(cè)的方法有許多種,，涉及的測(cè)量?jī)x器也各不相同,。一般來講，檢測(cè)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(cè)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(cè)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(dǎo)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(shí)間質(zhì)譜法（TOF）等,。表1比較了常用大氣顆粒物濃度的檢測(cè)方法。表2給出了目前部分廠家生產(chǎn)的大氣顆粒物測(cè)量?jī)x器的指標(biāo)情況,。從表1和表2可知,，目前主流的大氣顆粒物濃度檢測(cè)方法已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、在線,、連續(xù)測(cè)量,，但對(duì)顆粒物中重金屬元素的測(cè)量仍基本處于實(shí)驗(yàn)室取樣分析階段,。而實(shí)驗(yàn)室取樣分析的方法對(duì)樣本質(zhì)量要求非常高，檢測(cè)過程繁瑣費(fèi)時(shí),，不僅無法實(shí)現(xiàn)污染現(xiàn)狀和趨勢(shì)實(shí)時(shí)感知的預(yù)警功用,，而且分析成本很高。
對(duì)顆粒物源解析,、非均相和多相物理化學(xué)過程分析,、細(xì)顆粒物化學(xué)成分分析、粒徑和光學(xué)性質(zhì)綜合測(cè)量等方面,，多使用質(zhì)譜分析類儀器,，對(duì)應(yīng)用于大氣顆粒物檢測(cè)的光譜類儀器，國(guó)外僅有Cooper Environmental ServicesLLC公司生產(chǎn)的XactTM 620型大氣金屬監(jiān)測(cè)儀（AMM）可實(shí)現(xiàn)在線測(cè)定顆粒物中的重金屬元素,，且沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,。對(duì)于大氣顆粒物濃度測(cè)量，雖然有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，但這類設(shè)備的功能單一,，僅能監(jiān)測(cè)顆粒物濃度，無法監(jiān)測(cè)顆粒物濃度中的重金屬污染物含量,，更無法實(shí)現(xiàn)顆粒物與重金屬污染物的同步監(jiān)測(cè),。對(duì)于能夠同時(shí)測(cè)量大氣顆粒物濃度和重金屬元素含量的自動(dòng)、在線,、連續(xù)測(cè)量?jī)x器,，在國(guó)內(nèi)外仍屬于空白。
5 相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
對(duì)于大氣顆粒物監(jiān)測(cè),，一些組織和國(guó)家發(fā)布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),，世界衛(wèi)生組織（WHO）、美國(guó)和中國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表3,。對(duì)大氣顆粒物中重金屬元素檢測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),，中國(guó)仍然處于嘗試研究階段。以2012年國(guó)家環(huán)境保護(hù)部第3次修訂的《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》為例,，雖然新標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)
增設(shè)了PM2.5的濃度限值,，但是僅對(duì)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(duì)Se、Br,、Te,、Sb、Co,、Pd,、Tl、Sc,、Mo,、V等相關(guān)重金屬元素的含量限值都沒有涉及。中國(guó)關(guān)于環(huán)境空氣,、大氣固定污染源等方面的現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（表4）中,，僅對(duì)很少一部分重金屬元素（如Pb、As,、Hg,、Sn、Cd,、Ni等）的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法做了規(guī)定,。可見,，對(duì)于中國(guó)大氣顆粒物中的重金屬元素分析,，無論是濃度限值還是分析技術(shù)方法、標(biāo)準(zhǔn)等均處于不成熟,、不完善狀態(tài),。與發(fā)達(dá)國(guó)家比較成熟的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)相比，中國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中涉及大氣顆粒物中重金屬元素的監(jiān)測(cè)方法不僅數(shù)量很少,，且部分方法較為落后,。以Hg元素檢測(cè)為例，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中需要用到巰基棉等有毒的化學(xué)試劑,，這對(duì)監(jiān)測(cè)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)方面,，還是測(cè)量?jī)x器設(shè)備開發(fā)方面,，中國(guó)在大氣顆粒物重金屬元素檢測(cè)領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在較大差距。
中國(guó)《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(biāo)志著中國(guó)在“五毒”重金屬元素Pb,、Hg、Cd,、Cr,、As及類金屬的整治力度進(jìn)一步加大。若中國(guó)要在2016年1月1日正式實(shí)行環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3095—2012,，不僅需要繼續(xù)完善相關(guān)法律法規(guī)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),，也必須配套檢測(cè)領(lǐng)域
的成熟儀器方能滿足環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的相關(guān)要求。
結(jié)論
為貫徹《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》和《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》,，保護(hù)和改善生活環(huán)境,、生態(tài)環(huán)境，保障人民身體健康,，國(guó)家環(huán)境保護(hù)部,、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)》。但是,，對(duì)于中國(guó)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(cè),，無論是濃度限值還是分析技術(shù)方法、標(biāo)準(zhǔn)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(shí)空分布,、源解析等相關(guān)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(cè)打下詳實(shí)的資料基礎(chǔ),，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(cè)量方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)相關(guān)檢測(cè)儀器,，尤其是自動(dòng)、在線,、連續(xù)監(jiān)測(cè)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,。