摘要：为进一步提升大气颗粒物重金属污染排放浓度检测的精度，应用电感耦合等离子体质谱法测量前，采用超声波振荡预处理可在一定程度上避免传统消解法造成的元素损失。该测定方法操作便捷，结果可靠性强，相对标准偏差小，符合大气颗粒物重金属污染排放浓度检测的要求，对类似污染物浓度测定有参考意义。

　　关键词：大气颗粒物；重金属；电感耦合等离子体质谱法；超声波振荡；消解法

　　0引言

　　在我国工业化进程快速发展的进程中，环境污染问题日益严重，大气环境污染特征也发生了显著的变化[1]。铅（Pb）、钒（V）、锰（Mn）等重金属元素是大气颗粒物的重要构成，主要来源于工业生产排放。由于大气颗粒物重金属污染物难以自然降解，在生态系统中长期存在，严重威胁人类的身体健康[2]。基于此，开展大气颗粒物重金属污染排放浓度检测方法研究是重金属污染治理的重要基础[3]。本文探究电感耦合等离子体质谱法测量大气颗粒物重金属浓度时应用超声波预处理的测定效果。

　　1实验部分

　　1.1仪器和试剂

　　本研究选用电感耦合等离子体质谱法检测待测大气滤膜样品中的重金属成分以及含量。使用高效颗粒物采样器收集研究区空气中的颗粒物，选择合适的采样流量（如1~5 L/min）和采样时间（24 h），确保收集到足够的颗粒物。实验选择合适的振荡溶剂，基于超声波振荡方法将滤膜上捕获的大气颗粒物重金属成分振荡下来进行预处理，配置振荡液后，采用电感耦合等离子体质谱法进行测定。

　　实验用等离子质谱仪为美国PerkinElmer公司生产，型号为NexION1000Q型，射频额定功率为1 000 W，采样深度参数为1.00 mm，载气指标为15.6 L/min，辅助气指标为1.18 L/min，蠕动泵进样时间50 s，进样流速30 r/s，Torch-H以及Torch-V工作参数分别为2.94、0.33 mm。超声波清洗器为我国昆山市超声仪器有限公司生产，型号为KQ-300DE，其主要参数如下：超声功率300 W，加热功率400 W，容量10 L，温度设定范围为室温-80℃,工作时间为1~480 min可调，有液位保护功能。

       1.2内标选择

　　配置Pb、Mn、Cd、Zn标准溶液，采用在线内标加入法配置Re、Sc、Rh、Ge等内标溶液。内标元素选择时需要考虑元素的化学性质、仪器性能以及元素之间的谱线干扰等因素，内标元素应该与样品中的目标元素在化学性质上尽可能相似，以减少由于样品中目标元素变化所带来的误差，一般选择具有相似电荷和半径的元素。选择的内标元素应与目标元素在测量波长上不重合，避免因信号干扰造成分析结果不准确。因此选定Pb-Re、Mn-Sc、Cd-Rh以及Zn-Ge为内标元素，可以看出对应的内标元素干扰情况相近，可以显著提高分析的准确性和稳定性。

　　1.3样品测定

　　采用全消解法进行样品预处理，实验共制备2份滤膜模拟样品，70℃烘干后备用，分别采用超声波法-电感耦合等离子体质谱法（简称超声波法）、电感耦合等离子体质谱法（简称常规方法）测定大气颗粒物重金属浓度的精度。其中超声波法测定方法为：取溶剂为150 mL的烧瓶，取采集TSP滤膜样品1张，加入25 mL 1%的硝酸后应用超声波清洗器（KQ-300DE）振荡处理，设置振荡时间10 min，振荡完成后静置沉淀，经该方法预处理后去除杂质，稀释至合适浓度。采用同样方法对空白滤膜进行处理。进过上述处理后，电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定重金属含量，将样品引入到高温等离子体中，使其中的元素蒸发、离子化，并生成单一的离子粒子。应用质谱仪对上述离子进行分离和检测。上述液体样品通过喷雾系统进入等离子体源，先经过雾化形成细小的雾滴。雾化后的样品在电感耦合等离子体中被高温加热，其中的原子和分子离子化为带正电荷的离子。离子经过离子束传输系统进入质谱仪，在此过程中，离子被加速和聚焦，进入质谱分析器。质谱仪根据离子的质量与电荷比将其分离，并通过检测器记录每个离子的数量及其强度[4]。通过分析上述离子的强度与质量，计算出样品中各元素的质量分数。测定中采用标准曲线法定量，其质量分数在（0.1~100.0）×10-9。常规法测定中，不需要进行超声波振荡预处理，其余测定过程同上。

　　2实验结果

　　2.1振荡液浓度测定

　　振荡液浓度以及时间对于实验中超声波振荡频率有着重要的影响，为此通过对比分析确定两个参数的选值。如图1所示，分别采用浓度（全文“硝酸浓度”均为“φ（H3NO3）”)为1%、2%、5%、10%、20%的硝酸作为超声波振荡液，分析滤膜样品（浓度为50.0×10-9）Pb、Zn、Cd、Mn等重金属的回收率变化情况，对比看出，较2%、5%、10%以及20%浓度相比，当硝酸浓度为1%时，滤膜样品中Pb、Zn、Cd、Mn等重金属的回收率分别为93.3%、93.1%、91.5%、89.5%，对比后认为，选择1%浓度的硝酸振荡液，能够取得较好的回收效果。

　　2.2振荡时间测定

　　根据2.1实验结论，量取1%浓度的硝酸振荡液25 mL，分析样品（浓度为50.0×10-9）中Pb、Zn、Cd、Mn等重金属的回收率变化情况，实验结果如图2所示。从图2中可以看出，较1、5、15、30 min相比，振荡时间设置为10 min时，滤膜样品中Pb、Zn、Cd、Mn等重金属的回收率分别为95.2%、93.8%、90.3%、90.3%，振荡时间增加，回收率提高较少。对比后认为，实验时设置振荡时间为10 min左右，能够取得较好的回收效果。

　　2.3准确度测定

　　分别选择质量分数为1.0×10-9、50.0×10-9、100.0×10-9的含Pb、Zn、Cd、Mn等重金属的滤膜样品，依次根据超声波震荡法以及常规消解法进行准确度和精密度测定。与此同时，选择质量分数为1.0×10-9、50.0×10-9滤膜样品，将质量分数为1.0×10-9、50.0×10-9的标准溶液加入其中，烘干后测定加标回收率。测定结果如表1所示，对比可以看出，较常规方法相比，Pb、Zn、Cd、Mn等重金属含量的测定结果基本一致，相对标准偏差分别为0.05%~1.54%、0.01%~0.19%、0.01%~0.85%、0.09%~0.54%，相对较小，符合实验要求。

　　另外，加入1.0×10-9、50.0×10-9的标准溶液后，（本节“回收量”均为“质量分数”）测定的Pb回收量分别为2.74×10-9、46.52×10-9，回收率分别为91.33%、93.04%；Zn回收量分别为2.83×10-9、47.34×10-9，回收率分别为94.33%、94.68%；Cd回收量分别为2.71×10-9、46.45×10-9，回收率分别为90.33%、92.90%；Mn回收量分别为2.80×10-9、47.32×10-9，回收率分别为93.33%、94.64%，加标回收率测定结果符合要求。

　　2.4精密度测定

　　为进一步验证实验的准确度，取滤膜样品（Pb、Zn、Cd、Mn等重金属质量分数为1.0×10-9），采用电感耦合等离子体质谱法重复测定10次，结果显示Pb相对标准偏差为2.19%，Zn、Cd、Mn等重金属元素的相对标准偏差分别为3.32%、3.59%以及2.86%，即实验精度度良好，符合实验要求。

　　2.5讨论

　　大气颗粒物中重金属常见预处理方法对比，如表2所示，其目的在于去除干扰成分，将不同形态的金属转变为同一种可测态[5]。经过预处理后，优选X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法等开展大气颗粒物重金属污染排放浓度检测研究[6]。本实验研究显示，应用电感耦合等离子体质谱法测量大气颗粒物重金属浓度前，采用超声波振荡预处理方法能够取得较好的测定效果。该方法便捷，相对标准偏差小，可在一定程度上避免消解法造成的元素损失，满足大气颗粒物重金属污染排放浓度检测的要求。

　　3结语

　　工业化时代，大气污染问题日益验证，重金属附着在大气颗粒中会对人体健康造成危害[7-8]。选择合适的重金属预处理方法和检测方式，提升测定结果的精密度，使其能够更加准确的反应大气重金属的污染情况。

参考文献

　　[1]迟振龙.大气颗粒物重金属污染排放浓度及环保检测技术研究[J].环境科学与管理，2024，49（1）：143-147.

　　[2]杨宁，李绪志，秦玉飞，等.报废汽车拆解厂大气颗粒物重金属污染特征，来源解析及健康风险评价[J].化工矿物与加工，2023，52（2）：34-42.

　　[3]王玲，束浩杰，王宏刚，等.唐山市曹妃甸地区大气降尘矿物学特征及环境意义—以华北理工大学校区为例[J].岩石矿物学杂志，2023，42（2）：285-290.

　　[4]杨宇，余爱华，陈红华，等.大气颗粒物重金属检测预处理及测定方法的应用对比[J].四川环境，2023，42（2）：312-316.

　　[5]邓珊钐，蔡自刚.某市工业区和市区环境空气颗粒物中重金属污染特征[J].化工生产与技术，2024，30（2）：33-36.

　　[6]苏晓梅，李旭，韩瑞萍，等.2017—2019年昆明市两城区大气细颗粒物中重金属分布特征及来源分析[J].职业与健康，2023，39（2）：239-242.

　　[7]祝婕，邓文叶，何静，等.“乌—昌—石”区域典型行业大气颗粒物重金属健康风险评价研究[J].新疆环境保护，2024，46（1）：21-27.

　　[8]樊瑾，王融融，李诗瑶，等.工矿区不同类型生物结皮对大气降尘重金属的富集规律及其影响因子[J].生态学报，2023，43（8）：3168-3180.