用汞齊化結合原子熒光光譜法測定環(huán)境空氣中總氣態(tài)汞

Warm T Corns and Peter B Stockwell ( PSA / UK)

Richard J C Brown and Andrew S Brown ( NPL / UK )

Introduction引言

      空氣污染仍然是一個(gè)備受關(guān)注的問(wèn)題。需要對總氣態(tài)汞（TGM）進(jìn)行準確的空氣質(zhì)量測量，以監測一般人群的暴露情況，評估立法符合性限值，并向公眾提供信息。由于汞對人類(lèi)健康的有害影響，它被認為是一種重要的污染物。燃煤發(fā)電廠(chǎng)是向大氣排放汞的最大人為來(lái)源。燃燒危險廢物、氯堿工業(yè)、火葬場(chǎng)、破壞汞產(chǎn)品、溢出汞以及對含汞產(chǎn)品或含汞廢物的不當處理和處置也會(huì )將其釋放到環(huán)境中。元素汞主要引起健康影響時(shí)，它被吸入的蒸汽形式，它可以通過(guò)肺部吸收。高暴露的癥狀包括：震顫；情緒變化；失眠；神經(jīng)肌肉變化；頭痛；感覺(jué)障礙；神經(jīng)反應變化；認知功能測試的表現缺陷。在極度暴露時(shí)，可能會(huì )出現腎臟效應、呼吸衰竭和死亡。人們主要通過(guò)汞蒸氣接觸環(huán)境空氣中的汞，絕大多數汞蒸氣是元素汞（工業(yè)和沿海地區除外）。汞對健康的影響是累積的。

      在這張海報中，我們將描述使用金汞齊富集-原子熒光光譜法手動(dòng)和自動(dòng)TGM測量的儀器和方法。典型結果將來(lái)自歐洲各地。

Sampling and Instrumentation 取樣和儀器

     PSA 10.525 Sir Galahad系統如圖1所示。校準是通過(guò)在已知溫度下使用氣密注射器注入飽和汞蒸氣來(lái)實(shí)現的[1]。分析儀可配置為手動(dòng)遠程取樣或自動(dòng)連續測量。對于手動(dòng)取樣，使用泵以控制的流速將樣品穿過(guò)浸金石英捕集器（Amasil）。通常使用100毫升/分鐘的樣品流速，每周更換一次捕集器。這相當于1立方米的樣品體積。在該方法的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，即使樣品量如此大，也沒(méi)有發(fā)現金捕集器中毒。這是由于A(yíng)masil TM捕集器的大表面積和測量過(guò)程中的自清潔程序。值得注意的是，金汞齊富集器會(huì )收集所有形式的汞，因此測量值代表TGM。人工取樣的取樣安排如圖2所示。

    取樣后，將試管送回實(shí)驗室進(jìn)行汞的測定。這是通過(guò)使用大約800°C的溫度從遠程捕集器熱解吸汞來(lái)實(shí)現的。氬的載氣將解吸的汞從遠程捕集器轉移到永久捕集器。然后將汞熱解吸并送至原子熒光光譜儀。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，一個(gè)位于中央實(shí)驗室的分析儀可用于在許多地點(diǎn)監測汞。儀器的大樣本量和固有靈敏度提供了低于0.01ng/m3的方法檢測限值。測量周期的持續時(shí)間少于5分鐘，并且一旦清潔，富集管就可以重新使用。圖3顯示了remote富集分析的示意圖。

Typical Results 典型結果

    國家物理實(shí)驗室（NPL）目前代表英國環(huán)境、食品和農村事務(wù)部（DEFRA）在英國13個(gè)地點(diǎn)測量氣態(tài)汞總量，作為其英國重金屬監測網(wǎng)絡(luò )運作的一部分。圖4-7所示為基于英國四個(gè)城市/工業(yè)場(chǎng)地3年內每周平均值的汞濃度圖。

Automated Continuous Measurements 自動(dòng)連續測量

       10.525 Sir Galahad可配置為連續自動(dòng)測量TGM。在這種情況下，使用泵和質(zhì)量流量控制器裝置連續地將樣品穿過(guò)永久性捕集器。示意圖如圖8所示，說(shuō)明了典型的布置。樣品流速通常在800-1000ml/min之間，收集時(shí)間為5-30分鐘，具體取決于空氣監測現場(chǎng)的預期濃度范圍。TGM濃度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)如圖9所示。這項研究是在瑞典沿海地區使用兩個(gè)平行的PSA分析儀進(jìn)行的。兩個(gè)分析儀之間取得了很好的一致性。每個(gè)分析儀產(chǎn)生的平均值在測量不確定度范圍內一致。這一點(diǎn)尤其令人印象深刻，因為對于自動(dòng)測量而言，在每個(gè)采樣周期內，一個(gè)測量的汞含量?jì)H為5-30 pg。

Conclusions 結論

       在這張海報中，我們概述了進(jìn)行TGM測量的重要性，以便監測汞暴露在普通人群中的情況，并制定合理的立法。我們已經(jīng)描述了手動(dòng)和自動(dòng)方法的方法和工具。

      多年來(lái)，NPL成功地使用了手動(dòng)方法，這種方法提供了利用位于中央實(shí)驗室的單個(gè)分析儀運行多個(gè)空氣監測站點(diǎn)的優(yōu)勢。收集大量樣品而不會(huì )毒害金汞齊富集器很大程度上取決于A(yíng)masil材料提供的高表面積的能力。手工取樣的方法檢測限在0.01ng/m3以下。

      對于NPL作為英國重金屬監測網(wǎng)絡(luò )運行的一部分進(jìn)行的測量，已確定在95%置信區間內，環(huán)境空氣中總氣態(tài)汞濃度的擴展不確定度為16.7%[2]。請注意，這遠低于歐盟為這些測量設定的50%的目標不確定度[3]。自動(dòng)化在線(xiàn)測量提供了集中趨勢的優(yōu)勢，這在監測城市和工業(yè)場(chǎng)所時(shí)尤為重要，因此可以觀(guān)察和控制工業(yè)活動(dòng)導致的更高水平的暴露。自動(dòng)進(jìn)樣的方法檢測限在0.05ng/m3以下，遠低于環(huán)境空氣中TGM的典型濃度。

Reference

[1] R. Dumarey, E. Temmerman, R. Dams and J. Hoste, The accuracy of the vapour injection calibration method for the determination of Hg by amalgamation CV-AAS. Anal. Chimica Acta., 1985, 170, 337.

[2] R. J. C. Brown, A. S. Brown, R. E Yardley, W. T. Corns, P. B. Stockwell, A practical uncertainty budget for ambient mercury vapour measurement. Atmospheric Environment (2008), doi:10.1016/j.atmosenv.2007.12.012

[3] Council Directive 2004/107/EC of the European Parliament and of the Council of 15 December 2004 relating to arsenic, cadmium, mercury, nickel and polycyclic aromatic hydrocarbons in ambient air, Official Journal of the European Union, L023, 2005, 3-16.

Winner of an award for a Noteworthy Paper on Metrology in Chemistry following research conducted in collaboration with NPL (UK):

“Establishing SI traceability for measurements of mercury vapour” Analyst, 2008,133,‎946–953 )

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