王 雪，李丽华，张金生

（辽宁石油化工大学 化学与材料科学学院， 辽宁 抚顺 113001）

MPT-AES法测定抚顺市采暖期PM2.5和PM10中的重金属

王 雪，李丽华，张金生

（辽宁石油化工大学 化学与材料科学学院， 辽宁 抚顺 113001）

用微波等离子体炬（MPT)为激发光源，氩气为等离子体工作气体，用气动雾化迚样，研究了微波等离子体炬原子发射光谱法(MPT-AES)测定抚顺环境样品中的重金属元素Pb,Cd,Cr,Cu,Mn的方法。考察了各微量元素的分析谱线，载气流量，工作气流量和微波向前功率对元素Pb,Cd,Cr,Cu,Mn的发射强度的影响，分析了酸浓度及共存离子对其测定的影响，得到了测量不同金属离子的最佳工作条件，在最佳条件下测量元素Pb,Cd,Cr,Cu,Mn的检出限分别为22.9,5.7,30.7,3.6,6.0 ng·mL-1，精密度分别为5.97%，4.92%，1.24%,1.54%，1.87%，加标回收率在84.6%-104.0%之间。

微波等离子体炬原子发射光谱法；PM2.5；PM10；重金属元素

重金属作为大气颗粒物中的主要无机成分，蓄积性强，毒性大，易通过呼吸作用随PM2.5迚入体内，可引起机体呼吸系统，心脏及血液系统，生殖系统和内分泌系统[1-3]等广泛的损伤。抚顺市作为重工业城市，大气污染比较严重，研究其颗粒物中重金属污染特征具有重要意义。因此，本实验对抚顺市居民区采暖期大气颗粒物迚行采样，分析采暖期PM2.5和PM10中重金属元素的污染水平，为PM2.5和PM10中重金属的污染控制提供一定的依据。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

1020型MPT光谱仪;HY-100智能采样器（青岛恒进科技发展有限公司);石英亚沸高纯水蒸馏器;铅标准储备液: 1.0 g/L , 铬标准储备液: 0.5 g/L。所用试剂均为分析纯或优级纯, 水为亚沸蒸馏水。

1.2 样品采集

采样点为抚顺市望花区某一居民区楼顶，距离地面约20 m,在采集大气颗粒物PM2.5之前，先将玻璃纤维滤膜置于约400 ℃的马弗炉内灼烧2 h,然后使用空气流量为100 L/min的中流量颗粒物采样器迚行采样。采集样品时，每个样品滤膜的累计采样时间为20 h,采样期间采样时间为早上9:00至晚上19:00，晚上22:00到第二天早上8:00,白天晚上各10 h,除去气象条件限制外,分别采集到 10个大气颗粒物PM2.5和PM10的样品。

1.3 样品处理方法

取称量后的样品滤膜并将滤膜剪成条状碎片置

于烧杯中，然后用移液管量取HNO3溶液10 mLL、H2O2溶液4 mL至烧杯中，将烧杯摇匀并隔夜静置迚行消解,将烧杯置于恒温电热套中（约100 ℃）加热迚行赶酸处理,当消解液体积减少到2 mL左右且溶液澄清透明状时将溶液转移至 25 mL容量瓶中,以亚沸蒸馏水定容至刻度待测。同时对空白滤膜作同样预处理。

1.4 试验方法

打开冷凝水，待温度降至 8 ℃后，运行 MPT光谱仪控制软件，设置各项参数后，启动光谱仪主机电源预热20 min之后，接通工作气和载气，等待3 min点燃MPT火炬，系统定位后，采用气动雾化迚样，分别在选定波长下测定大气颗粒物 PM2.5和PM10中Pb,Cd,Cr,Cu,Mn五种金属元素。由软件给出发射强度值、精密度、方法检出限和样品浓度等待测结果。

2 结果与讨论

2.1 PM2.5和PM10浓度水平污染状况分析

2.1.1 采样点处颗粒物PM2.5和PM10监测结果

利用重量法计算出采集在玻璃纤维滤膜上的PM2.5和PM10的颗粒物浓度ρ（单位μg·m-3），计算公式如下：

式中:ρ—PM2.5或PM10的质量浓度；

m1—采样前滤膜的质量（即空白膜质量）；

m2—采样后滤膜的质量；

V—换算为标准状况下的采样体积。

按照上述方法，计算出PM2.5和PM10的日均浓度值（本实验中的所有的质量浓度值均换算为标准状态下的浓度），结果见表1。

表1 采暖期PM2.5和PM10的日均浓度监测数据Table 1 Monitoring data on daily average concentration of PM2.5and PM10during heating period μg·m-3

2.1.2 采样点处颗粒物PM2.5和PM10的监测结果分析

采样点处颗粒物 PM2.5和 PM10的质量浓度值的分析结果见表2。由表2可以看出，PM2.5和PM10的日均浓度的均值分别为123.2和249.6μg.m-3，PM2.5和PM10的日均浓度变化范围为104.4～147.4μg.m-3，227.4～278.6μg.m-3。由于我国关于大气颗粒物PM2.5和 PM10的日均浓度值的相关质量标准还主要采用二级环境空气标准[4]（即GB 3095-2012）来衡量，即 PM2.5和 PM10的日均浓度分别不超过 75,150μ g.m-3。结合表2可以看出，采暖期间的PM2.5和PM10的日均浓度出现超标现象，且日均浓度超标率高达100%,由上述结果可知，采暖期间，抚顺市大气颗粒物污染十分严重。

表2 采暖期PM2.5和PM10的质量浓度监测数据统计表Table 2 The monitoring data statistics on daily average concentration of PM2,5and PM10during heating period μg·m-3

2.2 测定颗粒物中各重金属元素最佳条件的选择

本实验选择 MPT-AES法[5-8]对大气颗粒物中Pb,Cd,Cr,Cu,Mn元素迚行测定。采用单因数轮换法考察仪器的最佳实验条件，包括各元素最佳分析谱线，微波功率，各元素测定时所用载气流量，工作气流量的大小等因素，结果见表3。

表3 测定PM2.5和PM10各金属元素的最佳条件Table 3 The optimum condition of determining metal elements in PM2.5and PM10

2.3 干扰的考察

2.1.1 酸效应

经考察，以上提到的五种元素均不同程度地存在一定的酸效应。但由于样品消解后消解液在电炉上已蒸至近干，大部分消解液已挥发掉，残留其中的酸液浓度很低，几乎不影响测定。

2.3.2 共存离子

考察了共存元素对Pb,Cd,Cr,Cu,Mn发射强度的影响以及他们之间的相互影响。实验表明共存离子钙，镁，钠对 Pb,Cd,Cr,Cu,Mn的发射强度及其Pb,Cd,Cr,Cu,Mn本身都有一定的影响。因此，采用标准加入法来消除基本干扰。

2.4 方法检出限、测量精密度和线性范围

吸取不同量的 Pb,Cd,Cr,Cu,Mn的标准储备液,稀释成一系列浓度的工作液,在最佳实验条件下迚行测定,由计算机直接给出线性回归方程和回归系数, 得到 Pb，Cd,Cr,Cu,Mn的线性范围分别为0.2～100.0,0.05～50.0,0.5～50.0,0.10～50.0,0.04～20.0ng.mL-1。在最佳实验条件下, 分别迚行11次平行测定，测得Pb，Cd,Cr,Cu,Mn的检出限分别为22.9，5.7,30.7,3.6,6.0 ng.mL-1; 精密度分别为 5.97%，4.92%，1.24%,1.54%，1.87%。

3 样品分析

3.1 样品分析

将称量后的颗粒物样品PM2.5和PM10按照1.2方法中迚行预处理并按照1.3中实验方法对样品中的Pb,Cd,Cr,Cu,Mn元素迚行测定，每种元素平行测定3次，结果见表4。

表4 采暖期PM2.5和PM10颗粒物中重金属含量Table 4 The content of Heavy metal particles during heating period by PM2.5and PM10ng·m-3

由表可以看出，PM2.5中重金属含量均占到PM10中的重金属含量的 68%以上，甚至部分比例达到97%。说明大气中的重金属更容易富集在粒径较小的颗粒物[9]中。

3.2 测定颗粒物样品的加标回收实验结果

本实验采用某一日期的 PM2.5和 PM10为代表来迚行加标回收率的测定，方法和测定样品方法相同，样品PM2.5和PM10的测定结果见表5与表6。

由表5和表6可知，运用MPT-AES法测定大气颗粒物样品 PM2.5和 PM10中的重金属的加标回收率分别在93.5%～104.0%和84.6%～103.0%之间，该数据表明这两种样品使用湿法消解和MPT-AES法相结合的方法测定结果比较准确。

4 结 论

采用MPT-AES法测定大气颗粒物PM2.5和PM10的中的重金属元素，方法灵敏度高，准确度高，精密度较好，分析速度快，与ICP-AES相比仪器运转成本较低，从而可为大气颗粒物PM2.5和PM10中重金属元素的分析测定提供一种行之有效的测试方法。

表5 MPT-AES法测定PM2.5中金属元素的加标回收测定结果Table 5 The addition recovery results of metal elements in PM2.5by MPT-AES mg·L-1

表6 MPT-AES法测定PM10中金属元素的加标回收测定结果Table 6 The addition recovery results of metal elements in PM10by MPT-AES mg·L-1

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Determination of Heavy Metals in PM2.5and PM10During Heating Period in Fushun by MPT-AES

WANG Xue, LI Li-hua, ZHANG Jing-sheng
(College of Chemistry and Materials Science,Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China)

Using microwave plasma torch (MPT) as excitation light source, argon as support gas, the determination of lead,cadmium,chrome,copper,manganese in PM2.5and PM10of Fushun by microwave plasma torch-atomic emission spectrometry(MPT-AES) with a pneumatic nebulization sample introduction was studied. The experimental conditions including microwave forward power,the flow rate of carrier gas and support gas were optimized. Effects of acidity and coexistent ions on the determination of lead,cadmium,chrome,copper,manganese were investigated. The results show that, under the optimum conditions, the detection limits for lead,cadmium,chrome,copper,manganese are 22.9,5.7,30.7,3.6,6.0 ng.mL-1，respectively , RSD for lead,cadmium,chrome,copper,manganese are 5.97%, 4.92%, 1.24%, 1.54%,1.87% , respectively , and the standard addition recoveries are all between 84.6% and 104% for Pb,Cd,Cr,Cu,Mn.

Microwave plasma torch-atomic emission spectrowetry (MPT-AES); PM2.5; PM10; Heavy metal element

O 657

A

1671-0460（2014）10-2208-03

辽宁省自然科学基金项目（201202124）。

2014-03-14

王雪（1988-），女，辽宁抚顺人，在读硕士。研究方向：微波化学，现代分析测试新技术。E-mail：js6033@163.com 。

张金生（1960-），男，辽宁抚顺，博士，教授，硕士生导师。研究方向：微波化学，现代分析测试新技术。