本發(fā)明涉及大氣顆粒物測量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種大氣顆粒物水溶性重金屬快速測量系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
X射線熒光（XRF）法由于具有多元素分析、分析速度快，不需要樣品制備等優(yōu)勢和特點，可以實現(xiàn)大氣重金屬成分的連續(xù)檢測。近幾年，XRF分析儀器技術(shù)得到快速發(fā)展，特別是在小型射線管技術(shù)和能量色散譜儀技術(shù)方面的突破，使得XRF分析儀器在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
大氣重金屬成分主要富集于氣溶膠中，且顆粒越小，重金屬含量越高。氣溶膠細(xì)粒子可直接進入人體的下呼吸道，沉積在肺部，甚至穿過肺泡進入血液或其他器官，對人體健康構(gòu)成極大威脅；富集于大氣顆粒物中的重金屬還可以通過自然沉降和雨水淋溶作用進入土壤和水體，產(chǎn)生交叉污染，對生態(tài)環(huán)境造成潛在威脅。因此，對大氣重金屬成分進行連續(xù)監(jiān)測具有重要的意義。其中大氣顆粒物中水溶性重金屬離子是重金屬健康效應(yīng)的生物有效性評價的一個重要參數(shù)，并具有較高的毒性和生物有效性，因此成為當(dāng)代環(huán)境科學(xué)的熱點話題。
目前，將大氣顆粒物采樣后不經(jīng)樣品消解處理而直接進行定量分析的方法主要有：儀器中子活化法（INAA）、X射線熒光法（XRF）等；原子吸收光譜法（AAS）、質(zhì)譜分析法(MS)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）均具有多元素分析能力、靈敏度高的優(yōu)點，但由于需要樣品消解，實驗室分析周期長，不具備污染現(xiàn)場連續(xù)采樣檢測的能力。儀器中子活化法是將穩(wěn)定原子核轉(zhuǎn)化為放射性原子核，然后分析其射線?，F(xiàn)代中子活化分析利用反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱中子將樣品原子核活化，已發(fā)展為一種成熟的核分析技術(shù)，成為超微量、微量乃至常量元素分析的一種重要手段。但存在著設(shè)備較昂貴、分析費用較高、對不同形態(tài)元素分析需分離處理等問題，不適合大量裝備環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種大氣顆粒物水溶性重金屬快速測量系統(tǒng)和方法，以實現(xiàn)基于X射線熒光法對大氣顆粒物中重金屬的測量。
為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
大氣顆粒物水溶性重金屬快速測量系統(tǒng)，其特征在于：包括：
氣體連續(xù)采樣單元，其具有采樣端和輸出采樣物的輸出端，由氣體連續(xù)采樣單元的采樣端對大氣顆粒物進行連續(xù)抽取；
粒徑切割探頭，其設(shè)置在氣體連續(xù)采樣單元的采樣端處；
大氣顆粒物溶解池，其內(nèi)部盛放有蒸餾水，所述氣體連續(xù)采樣管的輸出端通往大氣顆粒物溶解池中的蒸餾水中；
液體流量控制儀和液體噴射裝置，其中液體流量控制器進液端通過管路與大氣顆粒物溶解池內(nèi)連通，液體流量控制器出液端與液體噴射裝置進液端連接；
三電極體系電解池，其具有工作電極、對電極和參比電極，所述液體噴射裝置出液端向三電極體系電解池的工作電極噴射液體形成射流；
X射線管，其由高壓模塊供電，所述X射線管向三電極體系電解池發(fā)出X射線，使三電極體系電解池內(nèi)部產(chǎn)生熒光；
熒光探測器，其探測端采集三電極體系電解池內(nèi)部產(chǎn)生的熒光光譜信號；
主控單元，其與熒光探測器的輸出端連接，由主控單元接收并處理熒光探測器輸出的熒光光譜信號。
所述的大氣顆粒物水溶性重金屬快速測量系統(tǒng)，其特征在于：所述三電極體系電解池中，工作電極采用多晶硼摻雜金剛石電極，對電極采用Pt金屬網(wǎng)，參比電極采用飽和甘汞電極。
所述系統(tǒng)的大氣顆粒物水溶性重金屬快速測量方法，其特征在于：首先由氣體連續(xù)采樣單元對大氣顆粒物進行連續(xù)抽取，連續(xù)抽取的同時粒徑切割探頭在氣體連續(xù)采樣單元的采樣端對大氣顆粒物進行分離，分離后的細(xì)粒子通過氣體連續(xù)采樣管的輸出端進入盛有蒸餾水的大氣顆粒物溶解池，使細(xì)粒子以小泡狀緩緩?fù)ㄟ^蒸餾水，在大氣顆粒物溶解池內(nèi)制得大氣顆粒物的水吸收液試樣；然后，通過液體流量控制儀和液體噴射裝置，將大氣顆粒物溶解池內(nèi)的水吸收液試樣流入三電極體系電解池，并通過液體流量控制儀和液體噴射裝置精確控制由大氣顆粒物的水吸收液試樣流入三電極體系電解池的試樣量；在三電極體系電解池中，液體噴射裝置出液端將大氣顆粒物的水吸收液試樣軸向沖擊射流到工作電極表面，并徑向跨過電極表面，大氣顆粒物的水吸收液試樣中的水溶性重金屬在工作電極表面沉積；最后，由X射線管向三電極體系電解池發(fā)出X射線，激發(fā)三電極體系電解池內(nèi)工作電極表面的重金屬成分產(chǎn)生熒光，由熒光探測器采樣工作電極表面的重金屬成分受激發(fā)產(chǎn)生的熒光光譜信號，并由主控單元對熒光光譜信號進行接收和處理，實現(xiàn)大氣顆粒物中水溶性重金屬的快速測量。
本發(fā)明基于X射線熒光法（XRF）實現(xiàn)，X射線熒光法是利用高能X射線輻照樣品使之產(chǎn)生分析樣品元素特征熒光輻射，通過分析輻射X熒光光譜實現(xiàn)樣品成分定性和定量分析。
本發(fā)明實現(xiàn)了對大氣顆粒物水溶性重金屬的快速、多組分測量，提高了測量結(jié)果的靈敏度和分析時效性，并具有以下優(yōu)點：
（1）利用光學(xué)方法直接測量大氣顆粒物中的水溶性重金屬，測量快速、簡單。
（2）可以同時檢測大氣顆粒物中的水溶性Pb2+、Hg2+、Zn2+、Cu2+等多種重金屬。
（3）測量靈敏度高，可對大氣顆粒物中低濃度的水溶性重金屬進行檢測，操作方便。
附圖說明
圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，以采樣管2作為氣體連續(xù)采樣單元，采樣管2一端作為采樣端對大氣顆粒物進行連續(xù)抽取，粒徑切割探頭1在采樣管的采樣端對大氣顆粒物進行分離，分離后的細(xì)粒子通過采樣管2另一端即輸出端進入盛有蒸餾水的大氣顆粒物溶解池3，使細(xì)粒子以小泡狀緩緩?fù)ㄟ^蒸餾水，制得大氣顆粒物的水吸收液試樣。
接著，通過液體流量控制儀4和液體噴射裝置5精確控制由大氣顆粒物溶解池3流入三電極體系電解池6的水吸收液試樣的試樣量，三電極體系由多晶硼摻雜金剛石電極作為工作電極61，Pt金屬網(wǎng)作為對電極62，飽和甘汞電極作為參比電極63。其中液體噴射裝置5將水吸收液試樣軸向沖擊射流到工作電極表面，并徑向跨過電極表面，水吸收液試樣中的水溶性重金屬在工作電極表面沉積。
最后，由X射線管9向三電極體系電解池6發(fā)出X射線，激發(fā)三電極體系電解池6內(nèi)工作電極表面的重金屬成分產(chǎn)生熒光，X射線管9由高壓模塊8供電；由熒光探測器9采樣工作電極表面的重金屬成分受激發(fā)產(chǎn)生的熒光光譜信號，并采用計算機11、多通道脈沖分析器10作為主控單元，熒光光譜信號首先由多通道脈沖分析器10接收，再由多通道脈沖分析器10送入計算機，由計算機對熒光光譜信號進行處理，實現(xiàn)大氣顆粒物中水溶性重金屬的快速測量。