大氣顆粒物（PM2.5、PM10）是大氣污染狀況的重要監(jiān)測指標(biāo)，由于顆粒物粒徑較小（0.1~100μm），因此可以直接進(jìn)入人體胸部甚至肺部，會對人們的身體健康造成損害，特別是其中的汞、鎘、鉛、鉻等重金屬元素，均具有很強(qiáng)的生物毒性。對大氣顆粒物中的元素組成進(jìn)行解析，一方面成為日常環(huán)境監(jiān)測的必要工作，另一方面還可以為污染物溯源、遷移擴(kuò)散研究等課題提供支持，以更好地指導(dǎo)污染的預(yù)防和治理。

大氣顆粒物的元素組成十分復(fù)雜，而且不同地區(qū)差異較大，在無污染地區(qū)以鈉、鎂、鋁、硅等輕元素為主，在工業(yè)煙氣中則可能含有較高的重金屬元素。因此，方便快捷地進(jìn)行多元素分析是大氣顆粒物監(jiān)測的必然要求。X 射線熒光光譜（XRF）作為一種高通量元素分析方法，可以同時分析原子序數(shù) 4（Be）~92（U）的幾乎所有元素，檢出限低至亞 ppm 級，并且無需復(fù)雜的樣品前處理過程，是大氣顆粒物成分分析的重要工具。此外，環(huán)境保護(hù)部已經(jīng)頒布執(zhí)行的 HJ830-2017《環(huán)境空氣 顆粒物中無機(jī)元素的測定——波長色散 X 射線熒光光譜法》標(biāo)準(zhǔn)，也為 XRF 在大氣顆粒物分析中的應(yīng)用提供了技術(shù)指導(dǎo)與規(guī)范要求。

本實驗使用 ARL Perform’X 4200 波長色散型 X 射線熒光光譜儀（下圖）對空氣濾膜樣品進(jìn)行分析。該光譜儀使用 4.2kW 高功率 Rh 靶 X 射線管作為光源，Be 窗厚度為 50μm（可選 30μm），這意味著儀器擁有較高的靈敏度，對于鈉、鎂、鋁、硅等輕元素也能獲得非常穩(wěn)定的測試結(jié)果。高達(dá)百位的自動進(jìn)樣器還能進(jìn)行大批量樣品的自動分析，可以大大提高總體測試效率。

在樣品制備方面，與 ICP-MS、AAS 等分析方法不同的是，沉積在空氣濾膜上的顆粒物樣品無需進(jìn)行消解，可以直接進(jìn)入 X 射線熒光光譜儀中進(jìn)行分析。同時，由于空氣濾膜中沉積的顆粒物屬于薄層樣品，基體效應(yīng)小，因此其工作曲線還擁有較寬的線性范圍和較低的檢出限。

圖 2 空氣濾膜

利用空氣濾膜商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)樣品，可以建立各元素的定量曲線。圖 3 為其中部分重金屬元素的曲線。

圖 3 元素定量分析曲線

各元素的線性相關(guān)系數(shù)（R2）與估計標(biāo)準(zhǔn)誤差（SEE）列于表 1 中。從表中可以觀察到， 各元素 SEE 值約為 0.05~0.5μg/cm2，說明該方法具有較高的準(zhǔn)確性。

通過空白濾膜的重復(fù)測試，我們可以測定該方法中各元素的檢出限，詳見表2。低于 0.01 μg/cm2 的檢出限能夠充分滿足 HJ830-2017 標(biāo)準(zhǔn)的測試要求。

ARL Perform‘X 波長色散 X 射線熒光光譜儀性能優(yōu)異，能夠同時進(jìn)行多元素分析，其高準(zhǔn)確度和低檢出限能夠充分滿足 HJ830-2017 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的測試要求，是大氣環(huán)境監(jiān)測的強(qiáng)大工具。