大气颗粒物中的重金属研究.doc

大气颗粒物中重金属的研究 摘要：大气颗粒物，特别是可吸入颗粒物(PM10)中含有的重金属通过呼吸进入人体后，会造成各种人体机能障碍,影响身体健康。文章总结了国内外有关大气颗粒物中重金属元素的研究现状，主要围绕大气颗粒物中重金属元素的来源、分布、化学特性、迁移转化等方面进行论述，同时也讨论了颗粒物中重金属检测方法的研究进展。 关键词：大气颗粒物；重金属；化学种态；源解析 大气颗粒物(TSP)是大气污染物中数量最大、成分复杂、性质多样、危害较大的一种物质，大气颗粒物中的重金属污染物具有不可降解性，不同化学形态的金属元素具有不同的生物可利用性，重金属的长期存在可能对环境构成极大的潜在威胁[1]。近年来，国内外对TSP中金属元素的特征及浓度研究较多，但对TSP中金属元素的形态及迁移研究尚不多见[2]粒径小于10μm的大气颗粒物[称可吸入颗粒物(PM10)或可吸入悬浮颗粒物(RSPM)] 含有更高含量的重金属，据报道,大约75%～90%的重金属分布在PM10中，且颗粒越小，重金属含量越高[3]。大气颗粒物通过呼吸进入人体后，其中的重金属可造成各种人体机能障碍,导致身体发育迟缓，甚至引发各种癌症和心脏病。基于以上原因，大气颗粒物重金属的行为机理一直是国内外环境科学者所关注的热门课题，并在重金属来源、分布与积累、环境活性、迁移转化、生物毒性等方面积累了较多的研究成果。本文综合他人研究结果，对大气颗粒物中重金属的相关研究进行综述。 1大气颗粒物的来源分析 大气颗粒物中重金属的来源分析方法一般有聚类分析(HCA)、化学质量平衡(CMB)、因子分析(FA)、多重线性回归分析(MLR)、富集因子法(EF)等，其中聚类分析和富集因子法是常用的重金属来源研究的分析手段。 聚类分析法又称群分析、簇群分析，是一种多变量统计方法。该分析法首先根据所研究的样品之间存在的不同程度相似性(亲疏关系)，找出一些能够度量样品之间相似程度的观测量，以这些观测量为划分类型的依据，然后根据它们的关系密切程度分成一个由小到大的分类系统。王婉等[4]应用ICP-MS技术测定铅同位素丰度比，并结合多种元素分析数据采用聚类分析分析了北京市大气样品中Pb的来源。富集因子法可以判别大气颗粒物中污染元素的人为成因和自然成因。通过计算大气颗粒物中重金属元素的富集程度，将富集因子值大于10的元素判定为人为来源元素。Chao等[5]的研究认为最好以当地土壤而非地壳平均物质为参考物质计算富集因子；杨建军等[6]对太原市大气颗粒物中金属元素的富集特征的研究表明，对人体危害较大的金属元素主要富集在直径≤2.0μm的细颗粒中，Pb、Cu、Zn、Se、As等主要来自人为污染，Al、Fe、Ca等主要来自自然来源；杨复沫等[7]对北京大气细颗粒物中金属元素的含量按季节分别进行了研究，认为各元素的富集因子均在春季最低,反映了其主要排放源的季节性变化。 2大气颗粒物中重金属的化学形态 2.1重金属在大气颗粒物中的化学形态 由于不同的化学相中的重金属具有不同的化学活性，因此有关重金属化学形态及其转化方面的研究得到了国内外学者的广泛重视。在环境中存在着由无机金属及其化合物向有机金属化合物的转化途径，目前在金属甲基化方面研究得最为深入，有多种金属和类金属元素都可在环境中发生甲基化反应,如汞(Hg)、铅(Pb)、锡(Sn)、钯(Pd)、铊(Tl)、铂(Pt)、金(Au)、铬(Cr)、锗(Ge)、钴(Co)、锑(Sb)和砷(As)等[8]。已有的研究表明, 重金属对环境的危害首先取决于其化学活性, 其次才取决于其含量[9]。因此，判断重金属对环境的危害，不仅需要知道这些粒子中金属元素的含量，更为重要的是应该了解这些元素的化学形态分布。重金属污染物与其它无机、有机污染物的最大区别是不可降解，只会发生形态的转化。对于同一种重金属，在不同的形态下毒性可能有很大的差别。在有关重金属化学形态的研究中，如何进行形态的分类和提取相当重要。有的学者采用SMT(The Standard Measurement sand Testing Program of the European Community)分类法把金属的存在形态划分为7类，即水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物、硫化物结合态和残渣态[10]。Tessier[11]采用连续提取法把固体颗粒金属的存在形态划分为5类，即可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态；赵美萍[8]把重金属的形态分为：①溶解态和难溶态；②无机态和有机态；③离子态和络合态；④氧化态和还原态；李显芳等[12]采用序列提取的方法把铅的总量分成环境可迁移态、碳酸盐和氧化物态、有机质和残渣态3个分量；代革联[13]采用连续化学浸提萃取的方法分析了铅元素在污染颗粒中主要以残渣态