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与氧化剂一起使用RGM检测

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发布时间：2025-06-11 18:58:09 更新时间：2025-06-10 18:58:09

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

与氧化剂联用的反应性气态汞（RGM）检测技术

反应性气态汞（Reactive Gaseous Mercury, RGM）是大气汞污染的重要组成部分，主要包括HgCl₂、HgBr₂、HgO等无机气态汞化合物。相对于元素汞（Hg⁰），RGM具有更高的水溶性、反应活性和沉降速率，更容易通过干湿沉降进入水体和陆地生态系统，并在生物体内累积，对环境和人类健康构成显著威胁。准确监测大气中RGM的浓度对于评估汞污染来源、迁移转化规律以及制定有效的控制策略至关重要。在RGM的检测技术中，利用特定的氧化剂（如氯化钾KCl、溴化剂等）进行转化和富集是核心步骤之一。氧化剂的作用通常是将气态汞组分转化为易于捕集或检测的形式（如Hg²⁺），或作为捕集介质的一部分。以下将详细阐述与氧化剂联用进行RGM检测的关键方面：检测项目、核心仪器、主要方法以及遵循的标准。

检测项目

核心的检测项目是大气环境中反应性气态汞（RGM）的浓度，通常以纳克每立方米（ng/m³）或皮克每立方米（pg/m³）表示。在更全面的大气汞形态监测中，RGM检测常与以下项目结合进行：
1. 元素汞（Hg⁰）：大气汞的主要存在形态，化学惰性，大气寿命长。
2. 颗粒态汞（PBM）：吸附在颗粒物上的汞。
3. 总气态汞（TGM）：通常指Hg⁰ + RGM。

对RGM的准确分离和定量是评估大气汞沉降通量和环境风险的关键。

检测仪器

与氧化剂联用的RGM检测主要依赖以下核心仪器或组件：
1. Tekran 2537/2537B 汞分析仪：这是目前应用最广泛的在线大气汞形态分析系统。其RGM检测模块的核心部件之一就是装有KCl涂层的石英扩散管（Denuder）。该仪器集成了采样、预浓缩（金汞齐富集）、热解吸和检测（冷原子荧光光谱法，CVAFS）于一体。
2. KCl涂层扩散管（Denuder）：这是RGM检测的核心组件。由内壁涂覆一层KCl的石英管构成。当环境空气流经Denuder时，RGM（如HgCl₂）因其强极性和反应性，会与KCl反应生成稳定的化合物（如K₂HgCl₄）而被吸附富集在管壁上；而惰性的Hg⁰则不受影响地通过。后续通过加热Denuder释放出被捕获的汞（通常转化为Hg⁰），再由下游的富集阱（金砂管）捕集，最终热解吸进入CVAFS检测器定量。
3. 空气采样系统：包括采样入口、颗粒物滤膜（通常置于Denuder前，用于去除PBM，避免干扰RGM在Denuder上的吸附）、质量流量控制器、真空泵等，确保恒流、无污染的空气样品进入分析系统。
4. 冷原子荧光光谱仪（CVAFS）：作为最终检测器，具有极高的灵敏度和选择性，是痕量汞检测的金标准方法。
5. 校准系统：用于仪器校准的汞渗透管（或饱和汞蒸气发生器）和零气发生器（提供无汞空气）。

检测方法

基于KCl涂层扩散管与CVAFS联用的方法是目前国际上最成熟、应用最广泛的RGM在线检测方法。其核心步骤包括：
1. 采样与分离：环境空气首先通过颗粒物滤膜去除PBM，然后流经KCl涂层Denuder。RGM被KCl化学吸附（氧化/转化过程），而Hg⁰通过。
2. RGM解析与富集：关闭采样气流，加热Denuder至设定温度（通常约500°C），将吸附的RGM化合物热解并释放出汞蒸气（此时通常是Hg⁰形式）。释放的汞蒸气被下游的富集阱（金砂捕集管）吸附。
3. 汞定量分析：加热富集阱（金管），释放捕集的汞蒸气。载气（高纯氩气或氮气）将汞蒸气带入CVAFS检测池。在特定波长的紫外光照射下，汞原子被激发并释放荧光，荧光的强度与汞原子浓度成正比，从而实现RGM的定量分析。
4. 循环与切换：系统通常包含双通道或多通道设计（例如Tekran 2537B），允许多个富集阱交替进行采样/富集和解吸/分析，实现连续自动监测。

方法的关键在于KCl涂层对RGM的高效、选择性吸附（氧化转化作用），以及后续CVAFS对痕量汞的精确检测。

检测标准

该检测方法遵循严格的国际或国家标准，以确保数据的准确性、可比性和可靠性。主要参考的标准包括：
1. US EPA Method IO-5：全称为《大气中气态总汞和反应性气态汞的测定（自动测量）》（"Determination of Reactive Gaseous and Total Gaseous Mercury in Ambient Air Using Automatic Analyzers"）。这是目前最权威、最详细规定基于KCl Denuder-CVAFS技术在线监测RGM（以及TGM/Hg⁰）的标准方法，对仪器配置、操作程序、性能指标（检出限、精密度、准确度）、校准、质量控制和质量保证（QC/QA）等均有严格要求。
2. US EPA Method 1631, Revision E：虽然主要针对水样中痕量汞的测定（采用溴化剂氧化-金汞齐富集-CVAFS法），但其核心的CVAFS检测原理、汞齐富集技术以及严格的QC/QA要求（如空白控制、平行样、加标回收等）也被广泛应用于包括RGM在内的各类汞检测中，为相关分析提供了技术规范基础。
3. ISO 17852:2006：《水质 — 汞的测定 — 使用原子荧光光谱法》也采用类似的氧化富集和CVAFS检测技术，其部分原理和流程可借鉴用于大气RGM检测的质量控制。
4. 相关研究机构或网络协议：如全球大气汞被动采样网络（GAPS）、欧洲汞监测网络（EMEP）等也制定了基于该方法的具体操作手册和QA/QC协议。

遵循这些标准，特别是EPA IO-5，是保证RGM监测数据有效性和用于法规遵从、模型验证及科学研究的基础。标准中特别强调定期校准、空白测试、系统性能审核（如精密度测试）以及详细的记录保存。