大气重金属污染监测技术现状及展望

王春迎，马越超，崔延青，刘 晔

（河北先河环保科技股份有限公司，石家庄 050035）

大气重金属污染监测技术现状及展望

王春迎，马越超，崔延青，刘 晔

（河北先河环保科技股份有限公司，石家庄 050035）

大气重金属污染对人和生态环境影响巨大，迫切需要进行大气重金属含量的监测；文章列举了国内外测定大气重金属的标准及几种常用的测量方法及仪器，并比较了各种方法的优缺点；介绍了国内外大气重金属监测网络现状；提出应积极开发大气重金属在线监测仪，进行日常监测。

颗粒物;重金属;测量方法;监测网络

近年来，随着社会经济的快速发展，我国的环境空气污染特征也发生了显著变化，区域性大气污染问题日趋严重，灰霾、光化学烟雾和酸雨等复合型大气污染问题较为突出，重金属污染也成为“十二五”凸显的重大环境问题。我国大气中的重金属污染主要来源于工业生产、燃煤气体释放、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等，这些可吸入颗粒物分散并悬浮在大气中，其中的一些金属元素如Pb、Cd、Cu、Zn等，对人体的危害极大[1]。因此监测大气中的重金属，对于直接判断环境空气对人体健康的危害、评价城市大气环境质量、制定防治对策都具有重要的现实意义。

1 大气重金属监测技术

1.1 国内外大气重金属测定的相关标准

大气颗粒物中的金属元素分析目前多用等离子体原子发射光谱法、原子吸收光谱法、X射线荧光光谱分析法、电感耦合等离子质谱法、中子活化分析法、原子荧光法、电化学分析法等[2]。

部分国家或组织的有关标准见下表。

1.2 大气重金属元素测量方法及仪器

1.2.1 等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）

李玉武等[3]用等离子体发射光谱法测定大气颗粒物中的无机元素，采用HNO3-HClO4消解体系把样品完全消解，选用石英滤膜测定了大气颗粒物中的重金属元素，测量精度优于5%。周有福[4]应用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）同时测定空气总悬浮颗粒物中多种元素的方法，采用中流量TSP采样器及过氯乙烯滤膜采样，以硫酸-灰化法处理样品，选择合适的内标元素，得到样品中多种共存元素的含量。邓继等[5]采用密闭微波消解ICP-AES法测定大气颗粒物中金属元素的含量。

该方法具有快速、准确、受干扰小、灵敏度高、线性范围宽、多元素同时测定或依次顺序测定等优点。但比电感耦合等离子体质谱法的灵敏度略低，可用于除Cd、Hg等元素以外的绝大部分重金属的测定。

部分国家有关标准方法汇总表

1.2.2 原子吸收光谱法（AAS）

娄涛等[6]采用原子吸收光谱法测定大气颗粒物中的重金属Pb、Cd、Cu、Zn，采用HNO3-HClO4消解体系，把样品完全消解，结果的准确度和精密度较高。吴明开等[7]用藓袋法监测铜陵市大气的重金属（Cu、Cd、Cr、Pb、Zn）污染状况，选取5个监测点，以大灰藓(Hypnum plumaeforme)为材料，用尼龙筛网(网眼2.0mm×2.0mm)做成15.5cm×5.5cm的矩形袋子，每袋放3g，2007年3月22日悬挂于各监测点，完全暴露在空气中，2个月后取回，采用原子吸收光谱法对样品中Cu、Cd、Cr、Pb、Zn等重金属元素含量进行测定。

该方法是大气颗粒物测定的一种传统方法，价格较低，可测定的元素达70多种，但普遍存在测试劳动强度大、效率低，线性范围窄的问题，原则上只能进行单一元素的检测，不能同时测定多种元素，且在测定一些元素的灵敏度上也不能令人满意。

市面上有LUMEX-MARKETING Ltd生产的基于Zeeman效应原子吸收光谱的RA-915型空气汞监测仪，可以用于空气中汞的实时在线监测。

1.2.3 X射线荧光光谱法（XRF）

Virag Szilagyi等[8]用X射线荧光光谱法(XRF)分析了大气气溶胶中的金属元素Na、A1、K、Ca、Mn、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sr等的含量。

该方法具有灵敏度高、无损检测、测定快速、前处理简单等特点，检测下限为μmol/mol，是大气颗粒物分析中的一种新方法，但至今国内外还没有合适的颗粒物标准样品。

目前Cooper Environmental Services LLC 公司的XactTM 620大气金属监测仪（AMM）可以在线测定颗粒物中的Sb、As、Ba、Br、Ca、Cr、Co、Cu、Fe、Pb、Hg、Mn、Ni、Se、Ag、Sn、Ti、Tl、V、Zn等重金属含量。

1.2.4 原子荧光光度法（AFS）

许月辉[9]采用高锰酸钾溶液吸收、富集氧化汞，用原子荧光光度法测定空气中的汞含量。

该方法的检出限比原子吸收法要低，谱线清晰，干扰少，灵敏度较高，线性范围大，但是测定的金属种类有限。

1.2.5 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）

廖可兵等[10]用ICP-MS测定大气颗粒物中14种微量金属元素，具有良好的准确度和精密度，其检出限比ICPAES法要低2～3个数量级。如何凰[11]等测定了2002年厦门地区大气气溶胶中TSP、PM10和PM2.5的质量浓度，并用ICP-MS分析了其中的18种金属元素的含量，研究表明存在Zn、Pb等重金属严重污染。

该方法仅适用于元素分析。其检测下限为×10-3μmol/mol，是最先进的痕量分析方法，但设备价格昂贵，易受污染。

2 国外重金属监测网络

美国建立了完善的National Air Toxics Trends Station（NATTS），拥有较先进的重金属污染物排放自动在线以及便携式监测设备，可以立体监测大气中的有毒有机物和重金属。近日，EPA又提出2011—2015年的战略计划：开展National Air Toxics Assessment，通过National Air Toxics Trends Station （NATTS）监测有毒空气，包括有毒有机物，PM10中的重金属（镍、砷、镉、锰、铍、铅），TSP中铬、苯并芘、萘等污染物，采取措施改善和提高空气质量。监测重金属采用的方法是IO3.5，即电感耦合等离子体-质谱（ICP-MS）法测量PM10中的重金属。对所有污染物监测的采样频次是每6日1次，持续一年。

佛兰德斯Flanders的空气污染物监测网络[12]建立于1973年，由25个监测站组成。1981年开始监测重金属，现在网络中有38个测量点，主要监测PM10中的Pb、Cd、As、Ni、Zn、Cu、Sb、Cr和Mn。测量方法是在现场用blanco滤纸采样，用X射线荧光光谱仪（XRF）分析，此种分析方法与AAS或ICP-MS方法等效。

英国的重金属监测网络中大约有16个站点。网络的目的是测量重金属的背景浓度和沉积量。这些站点特定选择在农村地区，不会受到工厂或主要交通干线等污染源的影响。还有单独的英国环境-资助的网络（由NPL管理），监测城市和工业地区的重金属。监测的重金属主要有铝（Al）、砷（As）、锑（Sb）、钡（Ba）、铍（Be）、镉（Cd）、钙（Ca）、铯（Cs）、铬（Cr）、钴（Co）、铜（Cu）、铁（Fe）、铅（Pb）、锂（Li）、锰（Mn）、镁（Mg）、汞（Hg）、钼（Mo）、镍（Ni）、钾（K）、铷（Rb）、钪（Sc）、硒（Se）、钠（Na）、锶（Sr）、锡（Sn）、钛（Ti）、钨（W）、铀（U）、钒（V）和锌（Zn）等。

2012年印度的网络监测中对重金属的监测采用TSP采样器，根据每6天采集一次每日24h的样品，然后使用火焰原子吸收的方法分析含量。监测网络中有6个站点，监测砷、铍、镉、铬、铅、锰和镍等。

3 我国大气中重金属监测现状

我国大气监测项目主要集中在常规三项SO2/NOx/PM10，目前在城市地区已经建立了113个重点城市的监测网络，并在国内其他地区建立了质控站、背景站、农村站、温室气体监测站等，进行了空气质量监测网络的扩展，但是目前尚未开展重金属污染物监测项目，也未建立重金属立体监测网络，因而无法建立有效的环境重金属扩散和迁移模型，缺乏重金属污染物排放自动在线以及便携式监测设备，重金属监测分析多以取样带回实验室分析为主，不能快速对未知污染源进行追根溯源和定位，也不能快速地进行重金属污染趋势预测以及污染预警。

4 展望

本文综述了大气重金属监测的标准和常见的测量分析方法，及国内外监测网络现状。虽然测量分析重金属含量的方法很多，但是大部分分析仪器携带不方便，价格昂贵，无法应用到环境大气在线监测项目中；虽然在大气重金属的来源、化学特征、迁移与转化及其生物有效性方面取得了一定的研究性成果，国外也建立了许多重金属监测网络，但是开发灵敏度高、操作简单、轻便的大气重金属在线监测仪器及进行大规模的日常监测还需要深入研究，进行大气重金属的环境影响评价研究有待加强，从而为提高大气重金属污染的综合治理水平提供重要依据。

[1]周卫静.大气颗粒物中重金属元素的测定研究[R].河北大学，2009.

[2]陈如君，曹守仁，吉荣娣.大气颗粒物中金属元素预处理方法的比较选择[J].环境与健康杂志，1989，6（6）：17-19.

[3]李玉武，张雅琳，狄一安，刘咸德.等离子体发射光谱法测定大气颗粒物中的无机元素[J].岩矿测试，2000，3.

[4]周有福，施林熙，王振风.空气总悬浮颗粒物中多种元素的同时测定[J].福建分析测试，2000，9（2）：1234-1237.

[5]邓继，陈国海，郑晓红，等.密闭微波消解ICP-AES法测定大气颗粒物中金属元素[J].环境监测管理与技术，2009，21（1）： 28-32.

[6]娄涛，吕鹂，谭亚翎，等.原子吸收光谱法测定大气颗粒物中的重金属[J].仪器仪表与分析监测，2006（2）.

[7]吴明开，曹同，张小平.藓袋法监测铜陵市大气重金属污染的研究[J].激光生物学报，2008，04.

[8]Virag Szilagyi，Zsuzsanna Hartyani.Development of an X-ray fluorescence spectrometric method for the analysis of atmospheric aerosol samples[J].Microchemical Journal，2005，79：37-41.

[9]许月辉.原子荧光光度法测定空气中的汞[J].中国卫生工程学，2008，7（1）： 30-33.

[10]廖可兵，刘爱群，聂西度，等.大气颗粒物中微量元素的质谱分析[J].武汉理工大学学报，2006，28(12)：52-55.

[11]何鹰，陈发荣，庄峙厦，等.电感耦合等离子体.质谱法研究大气颗粒物中元素浓度[J].环境化学，2003，22（3）：294-298.

[12]Elke Adriaenssens.ANALYSIS OF HEAVY METALS IN AMBIENT AIR[J].Spectroscopy Focus，2007，4.

Monitoring Technology and Prospect of Atmospheric Heavy Metal Pollution

WANG Chun-ying, MA Yue-chao, CUI Yan-qing, LIU Ye

X831

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1006-5377（2012）05-0049-03