一种适用于大气干湿沉降中重金属分析的样品采集及提取方法

摘要

一种适用于大气干湿沉降中重金属分析的样品采集及提取方法，它有三大步骤：一、采样：采用我国国家标准《环境空气降尘的测定重量法》GB/T15265-94中湿法采样进行。二、样品的收集和保存；三、样品的提取，包括以下步骤：1、滤膜的准备；2、超声振荡；3、样品抽滤；4、抽滤后的溶液为大气湿沉降样品，可定量分析其中的重金属组分，经计算得到湿沉降中重金属的湿沉降量和沉降通量；5、滤膜上的样品为干沉降样品，可定量分析其中的重金属组分，经计算得大气干沉降和其中重金属的沉降量和沉降通量。本发明是一种适用于对干湿沉降样品中大气重金属定量分析的、可靠易行的样品采集及提取方法，它在环境保护技术领域里具有较好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于大气干湿沉降中重金属分析的样品采集及提取方法，属于环境保 护技术领域。

背景技术

大气干湿沉降是指在自然环境条件下，依靠重力作用或雨雪冲刷沉降到地面的颗粒物。 由于大气颗粒物的粒径不同，沉降区域和影响范围不一样，直径大于100μm的粗颗粒通常在 源区附近落到地面，而小于2.5μm的细颗粒物（PM_2.5）会随着气流输送到源区1000km远的 区域。随着城市化和工业化的不断推进，城市降尘量明显增加，降尘中各种重金属含量也逐 渐增加。大气重金属是向生态系统中输入与富集重金属最重要的外源因子之一。据KLOKE 的报道，在许多工业发达国家，大气沉降对生态系统中重金属累积贡献率在各种外源输入因 子中排列首位。

大气干湿沉降不仅对生态环境产生物理侵害，更严重的是产生化学危害，并可产生二次 污染，如土壤中的重金属被植物吸收，进而被动物或人类食用，会对人体造成很大危害。

重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、 化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富集性，很难在环境中降解。并 且重金属具有高毒性和持久毒性，一旦进入环境体系就成为永久性潜在的污染物质，能够产 生一系列的环境学效应，其长期存在会对环境构成极大地潜在威胁。目前我国由于在重金属 的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起 严重的环境污染。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和 贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。重金属有利或有害不仅取决于金属的种类、 理化性质，而且还取决于金属的浓度及存在的价态和形态，即使有益的金属元素浓度超过某 一数值也会有剧烈的毒性，使动植物中毒，甚至死亡。金属有机化合物（如有机汞、有机铅、 有机砷等）比相应的金属无机化合物毒性要强得多；可溶态的金属又比颗粒态金属的毒性要 大；六价铬比三价铬毒性要大等等。

大气干湿沉降样品收集一般分为干沉降样品收集、湿沉降样品收集和总沉降样品收集。 收集设备主要有3种，一种是采用中华人民共和国国家标准《环境空气降尘的测定重量法 （GB/T15265-94）》里所规定的内径15±0.5cm，高30cm的圆筒形集尘缸；第二种是用干湿 沉降仪，仪器中有两个桶分别用来采集干沉降和湿沉降样品；第三种是自制采样设备，根据 科学研究的需要，由科技工作者自制的大气干湿沉降样品采集装置。3种收集设备的优缺点 和使用范围见表1。

表1三种大气干湿沉降样品收集设备的比较

干沉降样品收集通常是模拟自然情况下颗粒物的干沉降过程对样品进行收集，基于集尘 缸收集设备的干沉降收集方法又分为干法收集、湿法收集和玻璃球法收集3种，干法收集是 在集尘缸内不加任何介质，大气尘直接沉降在容器内部；湿法收集时在集尘缸内加入一定量 的液体--通常为乙二醇C₂H₆O₂；玻璃球法收集是在集尘缸中平铺一层直径为1.2cm的玻璃球。 3种收集方法的比较见表2。

表2干法、湿法、玻璃球法3种收集方法的比较

综合以上采样方法的优缺点，大气干湿沉降样品采样采用我国国家标准《环境空气降尘 的测定重量法》GB/T15265-94中湿法采样进行。

此方法仅给出了大气降尘总量和降尘中可燃物质的测定方法，并未考虑针对大气降尘中 化学组分分析所应采用的提取方法。此方法中的坩埚提取存在以下几方面问题：

（1）坩埚加热提取过程中溶液易迸溅出来，影响化学成分的定量分析。

（2）坩埚加热提取后，颗粒物会附着于坩埚壁上，样品难以取下。

（3）坩埚加热浓缩时间较长，不利于大量样品的快速处理。

（4）坩埚加热将湿沉降样品全部挥发，无法进行湿沉降样品中化学组分分析。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种适用于大气干湿沉降中重金属分析的样品采集及提取 方法，它克服了现有技术的不足，是一种可靠、易行的大气降尘中重金属样品收集方法。

2、技术方案：本发明一种适用于大气干湿沉降中重金属分析的样品采集及提取方法，其 特征在于包括如下的步骤：

步骤一：采样：采用我国国家标准《环境空气降尘的测定重量法》GB/T15265-94中湿 法采样进行。

步骤二：样品的收集和保存

取样品前应把手洗净，样品收集时，先利用尺子量一下总沉降集尘缸内样品的高度，记 录到采样表中。取少量样品于小号收集瓶内，用于实验室测定其pH值和电导率；把剩余的 样品用大容器带回实验室。采样后所有样品用样品瓶保存，再放入干燥器或带有干燥剂的冷 藏箱中保存，由专人保管运送至实验室。如样品不能及时分析，应将样品放入实验室冰箱的 冷藏箱中。

步骤三：样品的提取，包括以下步骤：

a滤膜的准备

首先计算抽滤时需要的滤膜数量（按照每个降尘样品需要2-6张滤膜准备，因为有的样 品抽滤过程中会堵塞滤膜，此时需更换新滤膜）。为了检验滤膜上是否含有不耐高温的杂质， 可将滤膜平铺在铝箔纸上，放置于鼓风干燥箱中100℃烘1h，然后放置在干燥器中平衡24h 以上，之后进行称重（m₀），并一一编号，备用。所选滤膜为有机材质，不含重金属等无机组 分。

b超声振荡

将样品瓶中的样品摇匀后放到超声波清洗器中，加入的水尽量高于样品瓶中的液面，以 期将样品瓶壁上的颗粒物全部震荡下来。设置参数：温度，30℃～50℃；超声频率，80%～90%； 超声时间，20～30min。若瓶壁上残留颗粒物，可进行多次超声振荡。（参数设置可根据实际 情况自行调整。）

c样品抽滤

将滤膜放置在溶剂过滤器上，用软管连接溶剂过滤器和隔膜真空泵，开通电源后缓慢倒 入超声振荡后的样品，直到样品全部抽滤完毕，将样品瓶用极少量的高纯水进行清洗，并进 行抽滤。

d抽滤后的溶液可视为大气湿沉降样品。可用ICP-MS、原子荧光或原子吸收等方法定量 分析其中的重金属组分，分析后的重金属的浓度即为湿沉降中重金属的浓度，再根据采样时 间和集尘缸横截面积计算大气重金属的湿沉降量和沉降通量。

e滤膜上的样品即为干沉降样品。抽滤后的滤膜先风干24h以上，然后放入烘箱中100℃ 烘1h，在干燥器中平衡24h以上，之后进行称重。前后两次的质量之差为干沉降样品的重量， 再根据采样时间和集尘缸横截面积计算大气干沉降量和沉降通量。

f称重后的滤膜可按照传统的膜样品进行消解后，用ICP-MS、原子荧光或原子吸收等方 法进行重金属定量分析，再根据采样时间和集尘缸横截面积计算干沉降中大气重金属的干沉 降量和沉降通量。

其中，步骤二中所述集尘缸的材质为玻璃、有机玻璃、陶瓷、塑料等非金属材质。

其中，步骤三中所述滤膜的材质为混合纤维素膜、Teflon膜等有机膜。

其中，此提取方法不仅适用于湿沉降样品中的重金属元素和干沉降样品中稳定不挥发的 重金属元素分析，也适用于湿沉降样品中的非重金属元素和干沉降样品中稳定不挥发的非重 金属元素分析，以及干湿沉降样品中水溶性无机盐组分分析。

3、优点及功效：本发明一种适用于大气干湿沉降中重金属分析的样品采集及提取方法， 其优点是：集尘缸可以随时随地使用，加入的乙二醇在采样时可以有效地避免“二次起尘”现 象和抑制微生物滋生；抽滤所需要的时间较短，样品处理彻底，不会出现迸溅、附着等现象； 抽滤的溶液可以作为湿沉降样品，滤膜样品作为干沉降样品，分别分析湿沉降和干沉降样品 和其中重金属的沉降量和沉降通量。

附图说明

图1为本发明流程框图

具体实施方式

见图1，本发明提供一种适用于大气干湿沉降中重金属分析的样品采集及提取方法，该 方法具体步骤如下：

步骤一：采样：采用我国国家标准《环境空气降尘的测定重量法》GB/T15265-94中湿 法采样进行。采样前用游标卡尺测量集尘缸内径，按不同方向至少测量三处，取算术平均值 （D）。采样面积为：S=Pi*（D/2）²，Pi=3.14。

步骤二：样品的收集和保存

取样品前应把手洗净，样品收集时，先利用尺子量一下总沉降集尘缸内样品的高度（H）， 记录到采样表中。取少量样品于小号收集瓶内，用于实验室测定其pH值和电导率；把剩余 的样品用大容器带回实验室。采样后所有样品用样品瓶保存，再放入干燥器或带有干燥剂的 冷藏箱中保存，由专人保管运送至实验室。如样品不能及时分析，应将样品放入实验室冰箱 的冷藏箱中。

步骤三：样品的提取，包括以下步骤：

a滤膜的准备

首先计算抽滤时需要的滤膜数量，按照每个降尘样品需要5张滤膜准备；为了检验滤膜 上是否含有不耐高温的杂质，可将混合纤维素滤膜平铺在铝箔纸上，放置于鼓风干燥箱中 100℃烘1h，然后放置在干燥器中平衡24h以上，之后进行称重（m₀），并一一编号，备用。

b超声振荡

将样品瓶中的样品摇匀后放到超声波清洗器中，加入的水尽量高于样品瓶中的液面，以 期将样品瓶壁上的颗粒物全部震荡下来。设置参数：温度，30℃；超声频率，90%；超声时 间，20min。若瓶壁上残留颗粒物，可进行多次超声振荡。

c样品抽滤

将滤膜放置在溶剂过滤器上，用软管连接溶剂过滤器和隔膜真空泵，开通电源后缓慢倒 入混匀后的样品，直到样品全部抽滤完毕，将样品瓶用极少量的高纯水进行清洗，并进行抽 滤。

d抽滤后的溶液可视为大气湿沉降样品。可用ICP-MS、原子荧光或原子吸收等方法定量 分析其中的重金属组分，分析后的重金属的浓度即为湿沉降中重金属的浓度，再根据采样时 间和集尘缸横截面积计算大气重金属的湿沉降量和沉降通量。

e滤膜上的样品即为干沉降样品。抽滤后的滤膜先风干24h以上，然后放入烘箱中100℃ 烘1h，在干燥器中平衡24h以上，之后进行称重（m₁）。前后两次的质量之差为干沉降样品 的重量（Mg=m₁-m₀），再根据采样时间和集尘缸横截面积计算大气干沉降通量（Mg-t=Mg/(S*T) T:采样时间）。

f称重后的滤膜可按照传统的膜样品进行消解后，用ICP-MS、原子荧光或原子吸收等方 法进行重金属定量分析，再根据采样时间和集尘缸横截面积计算干沉降中大气重金属的干沉 降量和沉降通量。

注：因为有机材质的抽滤膜在抽滤之后重量会减少，因此，在抽滤实验中，应选取至少 10张做抽滤的空白实验，即只抽滤高纯水，分别称量抽滤前后滤膜的重量，取10张滤膜抽 滤后减少量的平均值作为抽滤膜的质量减少值。