常 艳

（山西金硕源环境检测有限公司,山西 长治 047500）

汞，俗称水银，处于常温环境下极其容易蒸发。在自然环境中，汞是常温下唯一的液态金属，生理毒性很强，能造成严重的环境污染。即使汞浓度低，也会对人类生活环境、动植物生长产生毒害作用。自20世纪70年代以来，空气环境中汞含量越来越大，引发了非常严重的环境问题，引起各行业专家的高度重视。现阶段，在环境治理方面，汞污染成为重点研究内容。汞污染研究对未来环境监测和管理产生重要影响。

1 空气环境汞污染

1.1 空气环境中汞污染的来源

空气中出现汞污染情况主要是由自然排放所及人为活动造成的。自然排放主要指火山活动、矿藏等会有大量汞释放，使得水体、土壤以及植物表面的汞元素含量增加，造成严重的空气环境汞污染；人为活动指的是使用燃煤设备、金属冶炼、垃圾焚烧等过程中会释放大量的汞。依据统计分析数据得知，燃烧煤炭释放的汞达到空气汞含量的30%以上。经济不断发展，人们物质生活水平也日益提高，但与之相应的却是对环境的不断破坏。汞的排放量正在逐年增长，目前累计汞排放量早已超出2 493.8 t。工业生产和生活中，原材料处理、汞燃料燃烧、矿物冶炼等行为都会造成汞污染，人为活动排放到环境中的汞9.1×105～6.2×106 kg／a；火山以及矿藏释放等汞的排放量是1.0×105～4.9×106 kg／a。电子、冶金以及化工业制汞的排汞量超过含汞废气的排放标准，形成十分严重的环境污染[1]。

1.2 空气环境中汞污染物的分布特性

颗粒汞和气态汞是空气环境中汞污染物的两种存在状态。通常，汞有三种价态：元素汞、一价态汞和二价态汞。元素汞挥发程度高，在空气中比较稳定，能够持续半年到两年的时间，达到空气环境中汞含量的90%，是汞存在的主要形式。剩下的10%是和大气颗粒保持紧密联系的颗粒汞，以及具有溶解性特点的二价无机汞化合物、甲基汞、二甲基汞。

（1）汞具有可挥发性。不管是可以溶解还是不能溶解的汞化合物会有一部分挥发到大气中。汞的挥发程度和化合物的形态、表面吸附力、大气湿度等密切相关。甲基汞的挥发性是最大的，且有机汞的挥发性要大于无机汞。

（2）汞的转移循环。土壤和植物的蒸腾作用将汞释放到空气中，气体状态的汞也能转化成液化和固态的汞。比如汞进入水体后，经过一系列反应和作用可溶于水中、聚集在生物体内以及挥发到大气中等。

（3）汞的烷基化。微生物作用和影响下，无机汞的毒性会增强，转化为甲基汞、苯基汞和二甲基汞等。淡水淤泥中的厌氧细菌促使无机汞甲基化形成一甲基汞和二甲基汞。

（4）其他物质对汞的吸附作用。水和土壤中存在胶体，对汞产生吸附作用。硫醇、伊利石、胺类化合物等都是水中的吸附剂，对汞产生的吸附力有大有小，但都具有吸附能力[2]。

2 空气环境中汞污染的分析测试技术

汞元素的物理和化学性质特殊，其在空气环境中具有很强的流动性，不会处于固定位置，在不同介质的影响下会出现稀释扩散和转换的情况，对人类的生活环境造成危害。调查显示，空气中严重的汞污染导致北美和欧洲偏僻湖泊中鱼类汞的积累。控制空气环境中的汞污染最重要的是做好汞污染物的分析测试。

2.1 汞的收集

自然大气环境中的汞含量较少，其吸附能力比较强，从而收集起来不容易，应用吸附剂时需要充分考虑实际情况。对空气中汞进行收集主要有液态收集和固态收集两种。液态收集的原理是利用吸附剂的化学吸附性，高锰酸钾、二氧化锰、硫化物等是在收集液体时常使用的吸附剂；固态收集是根据物理吸附特点，使用汞齐法，也就是贵重金属收集方式。在收集的过程中要注意液体吸附剂会受到稀释影响，无法获得良好收集效率，从而不能够作为对有机汞、痕量汞等的有效收集途径；虽然固体吸附剂有着良好的痕量汞收集效果，但很容易在收集中有钝化情况及屏蔽效应出现。为此，部分地区收集汞污染物会选择使用吸收管的方式。根据统计数据信息，同样的环境条件下，通过高锰酸钾收集空气中的汞污染物比金线管富集程度高；根据固体和液体的吸附性特点，使用酸化巯基棉对汞污染物进行收集和处理，有机汞和无机汞的回收率可达到90%。扩散-溶蚀方法用于收集汞污染物，能够分离不同状态的汞（气体和粒子状态），溶蚀管道内壁涂有贵金属，当过滤材料有气流经过时，气态汞在扩散后会被管壁的银、金吸附。

2.2 预处理

汞污染物与其化合物没有稳定的性质，很容易挥发，极易受到环境温度以及离子价态的影响，并被还原，吸附在容器壁上。测量空气环境中汞含量时，要预先处理汞样，从而防止出现汞收集损失情况。另外，一些汞污染物测定方法需要对单质态汞进行测定，因此，需预先处理样品中形态不同的汞，将其转化成单质态汞。预处理主要有两种方式。

（1）氧化法。使用酸和氧化剂，转化的方法为使用物质将不同形态汞向离子态汞进行转化，加入还原剂后可还原成单质态原子。

（2）金汞齐富集法。直接转化形态不同的汞为单质态汞，经过贵金属构成汞齐收集。汞齐在高温环境下分解，汞以原子汞蒸汽的形式与金分离[3]。

2.3 汞污染物的分析测试技术

测定汞污染物的方式有很多种，常见的碘化亚铜检气管法、沉淀比色法、电势滴定法、试纸法、二硫腙比色法、毛细管电泳法、原子吸收、原子荧光法、中子活化法等方法，都有着良好的测定效果。这些分析测试法各具有一定的优势和缺陷，在收集和测试汞污染物的过程中，具有较强操作性和较高灵敏度的是比色法、冷原子吸收法、冷原子荧光法等。

（1）冷原子吸收法。这是分析和测定痕量汞采用的最普遍的方式，也称为非火焰原子吸收法。测定和分析的过程中，水蒸气和汞蒸汽具有强烈的紫外光吸收作用，在测汞仪器收纳汞蒸汽之前要先使用干燥剂除去水蒸汽。由于硅胶吸附水蒸汽的同时会吸附汞蒸气，将对冷原子吸收法应用及检测灵敏度产生影响。针对这种情况，可以通过增加吸收池的长度、减少体积的方法提高这种方法的吸收灵敏度。除此之外，改变吸收池的形态、优化载气速度和还原器内液气两相的体积比等方式也能大幅度提高吸收灵敏度。

（2）冷原子荧光法。经过酸加热消解后，试样中的汞已经被硼氢化钠或是硼氢化钾还原为原子态汞，再通过载气（氩气）放入到原子化器具中，在特制的汞空心阴极灯多次照射下，基态汞原子被激发到高能态，在去活化回到基态的时候，发射出特殊波长的荧光，其荧光强度和汞的含量成正比关系，和标准系列进行比较定量。

（3）比色法。试样经过消化后，处于酸性溶液中汞离子和二硫腙生成橙红色络合物，溶解于三氯甲烷，与标准系列比较定量。这种测定方式的缺点为可选择性以及灵敏度差，和原子吸收法相比效率不高。

（4）冷原子吸收光谱法。在波长253.7 nm的共振线中汞蒸汽能够产生较强的吸收作用。催化酸或者是酸消解汞试样后汞转化成离子状态。在强酸性介质中，以氯化亚锡还原成元素汞，以干燥空气（如氮气）作为载体，在汞测定仪中收纳元素汞，之后进行冷原子的吸收和测定工作中。一定浓度范围下，汞含量和吸收的数值呈比例增长，然后再对比其和标准系列中的定量差别。

（5）气相色谱法。试样中的甲基汞，用氯化钠研磨后加入含有铜离子的盐酸（1+11），萃取工作完成后，通过过滤和离心，调试上清液为一定酸度，使用巯基棉来吸附，接着使用盐酸（1+5）洗脱，应用萃取甲基汞方式，结合应用带电子捕获鉴定器进行气相色谱仪分析。

随着科学技术的进步和发展，仪器分析技术水平越来越高。测定汞污染物以及化合物的过程中，应用了电化学法、气相色谱法、中子活化法、液相色谱法与毛细管电泳法等有效方式[4]。通常情况下，色谱分析法主要是对空气环境之中含有的有机汞化合物进行测定，电化学法检测限为 ppm 数量级，毛细管电泳法有着良好的发展前景。

2.4 测定环境空气颗粒态汞的方法

汞在空气环境中以各种各样形态的化合物存在，颗粒状态只有一小部分，只占据空气中汞含量的4%。尽管颗粒汞地占据份额较小，空气颗粒是吸附与转换气态汞重要的介质场所。空气环境中含有少量的颗粒汞，主要的特点是不易采集。国外使用大流量的采样器对空气环境之中的颗粒汞进行收集，在微石英滤膜上放置样品，运用硝酸-高锰酸钾湿式来分解，以还原氧化原子吸收法以及加热分解金汞齐来吸收，再进行物质测定[5-6]。通过在石英管中加入具有两种收集特点的酸化巯基棉，能够收集空气中的颗粒汞和处于发挥状态的汞，从而实现有机汞和无效汞的有机分离。采用大流量采样器对空气环境中的颗粒汞进行收集的过程中，原子荧光法可明确颗粒汞含量，当采样体积是360m3时，浓度检测后最低值是2×10-3 μg／m3，回收率达到了90%～105%。测定空气悬浮颗粒为 PM 10以及 PM 2.5粒级颗粒汞水平，可知PM 2.5颗粒汞在PM 10颗粒汞含量中占据大约30%。一直以来，分离和测定空气环境中总汞和颗粒汞是未曾解决的难题。在采样的过程中，受到汞污染物的吸附性和发挥性特点影响，很难实现两种形态汞完全分离。为此，相关的专家根据两种形态汞的扩散性质不同，使用了代替传统的滤膜过滤、金砂填充的石英管，避免不同形态的汞吸附在滤膜上和两种形态汞互相干扰，实现有效分离[7]。

3 结语

针对空气环境中汞污染的测试分析，受到仪器设备与经费投入的影响，使用冷原子吸收法、比色法和冷原子荧光法等测定分析方法。为了降低和处理汞污染，在未来的发展中要重视和研究汞污染的分析测试技术，建立专门的监测结构，对环境空气汞污染进行有效处理，防止汞污染破坏自然环境，维护人民生命安全，促进经济的可持续发展。