大气重金属在线分析仪

江苏天瑞仪器股份有限公司是具有自主知识产权的高科技企业，注册资本46176万。旗下拥有苏州天瑞环境科技有限公司、北京邦鑫伟业技术开发有限公司、深圳市天瑞仪器有限公司、上海贝西生物科技有限公司、天瑞环境科技（仙桃）有限公司五家全资子公司和厦门质谱仪器仪表有限公司、江苏国测检测技术有限公司、上海磐合科学仪器股份有限公司三家控股子公司。总部位于风景秀丽的江苏省昆山市阳澄湖畔。公司从事光谱、色谱、质谱等分析测试仪器及其软件的研发、生产和销售。

空气中的重金属污染物通过风、雨、雪等途径，损伤建筑物、形成土壤及地表水系交叉污染。进入水体的重金属会发生一系列的物理化学反应，诸如氧化、溶解、解吸附、络合作用以及生物甲基化等产生溶于水的金属盐，随水体流动扩散。当流域的物理化学条件发生了变化，这些金属盐又可能会发生还原、沉淀、吸附，进而沉淀于土壤中。不同直径颗粒物所沉积的人体呼吸器官部位为：10 ~ 100 μm，鼻腔；2.5 ~ 10 μm，鼻咽区；0.1 ~ 2.5 μm, 支气管和肺部；0.1 μm 以下，重金属元素具有较强的迁移、富集和隐藏性，经空气、水、食物链等途径进入人体，生物毒性显著，易引发慢性中毒，具有致癌、致畸及致突变作用，对免疫系统有一定影响，严重威胁人体健康。

目前，国家环保部已正式发布《环境空气颗粒物中无机元素的测定-能量色散X射线荧光光谱法》相关标准，表明能量色散X射线荧光光谱仪能够便捷、快速、准确地分析大气颗粒物富集样品中的重金属含量。

能量色散X荧光光谱仪分析原理

X射线管产生的初级X射线照射到平整均匀的颗粒物表面时，样品所含待测元素原子受到激发后发射出特征X射线，经探测器接收后，将其光信号转变为模拟电信号，经过模数变换器将模拟电信号转换为数字信号并送入计算机进行处理，通过专用软件获取元素特征X射线强度，根据元素特征谱峰强度与含量的相应数学模型计算待测元素含量。

EHM-X200大气重金属在线分析仪是天瑞仪器自主研发的双功能全自动在线分析仪器，创新地将技术——X荧光（XRF）无损检测技术、β射线吸收检测技术与空气颗粒物自动富集技术完美结合，符合美国EPA IO-3.3标准方法。它不仅可以监测空气颗粒物质量浓度, 还可以同时对颗粒物中元素成分进行定量分析。该仪器具有10pg/m3量级的检出限，处于世界先进水平，可广泛应用于空气质量监测、污染溯源及源解析、环境评价等领域。

测量环境温度：-40℃~50℃ 
测量环境湿度：0%RH~90%RH
主机工作环境温度：5℃~40℃ 
主机工作环境湿度：30%RH~60%RH
供电电源：220V AC±10%，50Hz±1Hz

 空气颗粒物质量浓度&重金属浓度一体式协同测量，可分析空气颗粒物中成分分布规律。
 配有多种颗粒物切割器供用户选择，实现重金属颗粒物在不同动力学直径上的分布测量。
 铅、镉、铬、砷等30种重金属含量测量，探测灵敏度pg/m3量级，元素种类可扩展。
 主机采用国际标准19”机箱，既可安装在移动监测车上，也可以安装在空气自动站的标准机柜上。
 20年XRF技术积累，防雷工业级电子电气设计，仪器具备极高的运行可靠性与稳定性，24小时/365天无故障运行，同时还具有智能的故障诊断与自排除功能。
 无杂峰光路设计，内置多档滤光片，自动切换实现低背景测量。
 内置校准模块，XRF谱横纵坐标同时自动校准，校准频率可任意设置，还内置了特定金属内标源，可实现自动质控及报警。
 通过质流量控制器及温度、压力传感器稳定控制采样的工况流量，同时可实现流量自动校准。
 具有RS232/485、USB、GPRS、ADSL、以太网等多种数据传输方式，可以实现运行参数、状态以及数据的远程传输、监控和检验。
 系统软件采用先进的分层模块化设计，具有强大、灵活的数据设置、校准、保存、显示、查询、分析、传输等功能。数据符合《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》（HJ/T 212-2005）。同时用户还可以快速、方便地定制扩展其他任何自定义功能。
 的多重防辐射处理，测量时仪器全方位无任何辐射泄漏。

EHM-X200可以连续测量并分析空气中多种颗粒物质量浓度及重金属浓度，并有如下应用：
1. 空气质量监测
2. 空气颗粒物特征分析
3. 空气背景测量
4. 环境评价、许可
5. 污染源定位、溯源
6. 污染预测预警

 监测指标：TSP / PM10 / PM2.5质量浓度，并可同时监测Pb（铅）、Cd（镉）、Hg（汞）、As（砷）、Cr（铬）、Cu（铜）、Zn（锌）、Ni（镍）、Ba（钡）、Fe（铁）、Ag（银）、Se（硒）、Br（溴）、Te（碲）、Sb（锑）、Sn（锡）、Ti（钛）、Co（钴）、Mn（锰）、Pd（钯）、Tl（铊）、Sc（钪）、 Mo（钼）、V（钒）、Cs（铯）、Ga（镓）、Ca（钙）、K（钾）、Sr（锶）、Cl（氯）等30种元素（其它元素可根据用户后续需求扩展）
 适用标准：HM：US EPA IO-3.3 标准方法《X射线荧光光谱法检测环境颗粒物中重金属》
PM：《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续监测系统技术要求及检测方法》
 测量范围：HM：0～100 μg/m3
PM：0～10 mg/m3
 检出限：HM：10 pg/m3量级（采样时间4小时、流速16.7L/min）
PM：<0.5 μg/m3（24小时平均值）
 准确度：HM：<15%（Pb，与国标实验室方法对比，采样时间大于1小时）
PM：±5 μg/m3（24小时）以内
 安全保护：HM：多重X射线辐射安全保护装置，辐射剂量低于2.5 μGy/h（距机箱5 cm处）；仪器门打开自动关闭X光管以保护人员安全
PM：仪器内部电离辐射接近空气背景值
 工作方式：连续自动监测；一年的无故障运行，以及故障自恢复功能
 控制方式：计算机控制，并有自我诊断及设定功能、实时状态监控功能，并可存储十年以上监测数据
 操作界面：中文或英文操作界面，触摸屏操作，显示实时采样流量、采样时间、测量状态、重金属浓度值（标准状态或非标准状态可选择设置）、含量曲线等信息
 安装方式：固定站房标准机柜安装或移动车载式安装

大气颗粒物采集与制备

 环境空气颗粒物采样点设置应符合HJ664相关要求，采样过程按照HJ/T194中颗粒物采样要求执行，当目标元素含量较低或采集PM10(PM2.5)样品时，可适当增加采样体积。无组织排放颗粒物样品采集按照HJ/T55中相关要求设置监测点位，其他与环境空气样品采集要求一致，两类颗粒物样品采集应符合环保部发布的相关标准要求。

大气颗粒物中重金属检测过程如图2所示，首先空气及所携带颗粒物被流量控制的抽气泵抽入切割器，颗粒物采集主要依靠采样器的切割头，PM10采样器切割点是10 μm，并保证10 μm颗粒物的捕集效率在50 %以上，然后颗粒物被某一规格的采样滤膜捕获，常用的采样膜有石英滤膜、聚四氟乙烯滤膜（PTFE）、聚碳酸酯滤膜（PC）等，经过一段时间富集收集，待采样结束后，用镊子将滤膜取出，放入干燥、洁净、已编号的样品盒中保存。

图2  大气重金属收集与检测流程

本实验采用石英滤膜，滤膜（0.4 ～ 0.8 μm）直径47 mm，颗粒物切割器（PM10)，气流量控制1立方米/小时，每次采样24小时。编号为依次1#、2#、……7#。收集的样品予以干燥保存以备测。

大气颗粒物重金属曲线制定与样品分析

    设定适当的测量条件，使用EDX4500H能量色散X荧光光谱仪扫描标准滤膜物质，建立待测元素含量与强度的校准工作曲线，然后对采集的大气颗粒物滤膜未知样品进行测量。

图3 EDX4500H大气颗粒物Pb元素工作曲线

图4 EDX4500H某大气颗粒物富集滤膜X荧光分析谱图

表1  某区域大气富集滤膜重金属EDX4500H分析结果   单位：μg/m3

目前《环境空气质量标准》GB3095-2012中规定，Pb元素的年平均浓度限值为0.5 μg/m3，由于Pb属于毒性较大金属，其浓度限值为多种重金属中较低的。仪器检测到4#样品的Pb元素含量超标，高达2.955 μg/m3，并且Fe元素含量也较高，达到1.062 μg/m3。除此之外，大气中常见的重金属污染物的Fe，Zn两种元素在各个样品中均被检测出。

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