【热点应用】滤膜里的空气密码：PM2.5/PM10元素分析，守护呼吸安全底线

空气中有毒污染物的存在，多年来一直是世界各国的研究课题。美国环境保护署（EPA）针对环境空气中悬浮颗粒物健康影响的研究，聚焦于可被吸入的颗粒物，即空气动力学当量直径≤10 μm的颗粒物，这类颗粒物被分为 PM10（粒径 2.5-10 μm）和 PM2.5（粒径小于 2.5 μm）。这类颗粒物除了具有化学毒性外，还会对人体健康构成重大威胁。

传统上，人们会依据 EPA IO-3.3 方法，采用能量色散 X 射线荧光光谱法（EDXRF）对空气滤膜上的悬浮颗粒物进行元素分析，该方法明确了对空气滤膜中 44 种元素开展分析的操作流程。

针对空气滤膜元素分析检测，使用 Epsilon 4 能量色散型X射线荧光光谱仪（空气质量版），该仪器配备 15 W、50 kV 银阳极 X 射线管、6 个光束滤光片、氦气吹扫装置、高分辨率硅漂移探测器、样品自旋装置以及 10 位自动进样器。

Epsilon 4 台式EDXRF

实验共采用 Micromatter Co（Eastsound，WA）的 71 种单元素空气滤膜标准品进行校准曲线建立，包括以聚酯薄膜为支撑基底的 17833 至 17887 系列、以聚碳酸酯气溶胶滤膜为基底的 41360 至 41387 系列，同时使用了包括美国国家标准与技术研究院标准参考物质 2783 空白样在内的多款空白标准品。

实验设置五种检测条件，以优化不同元素组的激发效果（见表1）。单个样品的总检测时长为 25 分钟，各条件下的检测时长可根据实际需求调整。

Epsilon 配套软件搭载高性能解卷积算法，即便样品光谱中存在元素特征峰重叠的情况，也能对光谱进行分析并确定各元素特征峰的净强度，这是实现精准痕量元素分析的关键。

表1  五种优化后的检测条件

为验证本方法的准确度，实验选取两款物理性质不同的美国国家标准与技术研究院标准参考物质 2783 空气滤膜标准品（编号 405 和 431），各连续检测 10 次。针对每种元素，将检测所得的平均浓度、标准偏差（标准差，1σ）与标准品证书上的标定值进行对比（见表 2）。

检测结果显示，两款空气滤膜标准品的标定浓度与实测浓度高度吻合。对于部分元素，其在标准品中的含量低于本方法的检出限，此类情况均标注 “＜检出限”。

表2  NISTSRM 2783 空气滤膜标准品的准确度检测结果

检出限是衡量仪器性能的重要指标。本实验中，方法的检出限（LLD）通过对空白样品进行 20 次平行检测计算得出，且依据 EPA IO-3.3 方法的规定，以 1σ 为基准。检出限的计算基于 25 分钟的样品检测时长，结果见表 3。为作对比，表中同时列出了 EPA IO-3.3 方法规定的检出限值。当单个样品检测时长设为 45 分钟时，本方法所有元素的检出限值均低于 EPA IO-3.3 方法的规定限值（见表 3），这表明 Epsilon 4 完全符合 EPA IO-3.3 方法的要求。

表3 空气滤膜中悬浮颗粒物的检出限（LLD，1σ）