什么是气溶胶及PM2.5
除气体和云外，地球大气层还包含称为气溶胶的微小液体和固体颗粒，直径大小0.001~100μm 之间，其中直径≤2.5μm的被称为PM2.5。
雾、烟、霾等都是天然或人为原因造成的大气气溶胶。
气溶胶的来源
自然和人为火灾是气溶胶的重要来源。
气溶胶包括海盐，灰尘和火山灰，以及煤烟，硫酸盐和其他人燃烧化石燃料产生的颗粒。
气溶胶的危害
气溶胶会影响空气质量和公共健康。
有些气溶胶可进入呼吸道深处和肺部，危害人体呼吸道，引起支气管炎、肺炎、肺气肿、肺癌等。侵入肺组织或淋巴结，可引起尘肺。
上世纪十大公害事件有8次是由烟尘或气态污染物引起的。甚至冠状病毒也能通过气溶胶进行传播。它们还能通过反射或吸收阳光以及改变云的形成位置和时间来影响气候。颗粒会改变大气层反射和吸收可见光和红外光的方式。
监测和控制气溶胶污染至关重要。目前监测与检测气溶胶的方法有很多，例如浓度分析、化学分析等，本文主要介绍一种离子色谱法检测颗粒物中水溶性阴离子的方法。
目标离子
氟离子、羟基乙酸根离子、甲酸根离子、氯离子、亚硝酸根离子、溴离子、硝酸根离子、硫酸根离子、草酸跟离子、磷酸根离子十种阴离子。
样品采集及前处理步骤
将大流量PM2.5采样器放置于楼顶，采样头距离楼顶约1.5 m，距离地面约10 m。采样所用A4石英滤膜（滤膜总面积203 mm × 254 mm）在使用前置于马弗炉中780 ℃烧3 小时以上，用以去除滤膜中可能的有机污染物，烧制后将滤膜用烧制过的铝箔纸包裹，待采样。采样后的滤纸对折放回铝箔纸中，包裹严实，再用封口袋密封后带回实验室，待分析。滤膜采样前冷藏保存是为防止滤膜被污染，采样后冷藏保存的目的是防止样品挥发及受到污染。
色谱条件
色谱仪： RPIC-2017离子色谱仪（青岛睿谱分析仪器有限公司生产）
色谱柱： 阴离子分析柱AS19 4×250mm
流速： 1.0mL/min
淋洗液： KOH，用淋洗液发生器控制梯度
柱温： 30℃
抑制电流： 125mA
检测器： 动态量程电导检测器
进样量： 25μl
淋洗梯度： 见下表
标准曲线
标准品谱图（叠加）
6针实际样品谱图（叠加）
图中1：氟离子；2：羟基乙酸盐；3：未知1；4：未知2；5：甲酸盐；6：氯离子；7：亚硝酸盐；8：硝酸盐；9：未知3；10：碳酸盐；11：硫酸盐；12：草酸盐；13：磷酸盐
检测结果
浓度单位：μg/L
分析效果评价
依据低浓度淋洗液分离弱保留离子，高浓度淋洗液洗脱强保留离子，同时兼顾分离度的原则，我们对分析条件进行多次优化。最终确定了淋洗梯度，每种离子的分离度均大于2且测定周期控制在半小时内。梯度淋洗条件下，8mM到50mM淋洗液可同时分离测定14种阴离子及有机酸，同时发现了样品中3种未知物，样品中未发现比磷酸盐保留更强的组分（磷酸盐洗脱时的淋洗液浓度大约为30mM）。保留时间重复性较好说明梯度准确，以上结果均为淋洗液发生器和氢氧根梯度淋洗的优势。
25μL进样体积条件下可检出1μg/L的溴离子并在1~100μg/L区间内与电导信号呈现较好的相关系数，说明动态量程电导检测器具有较高的灵敏度。
经验分享
① 样品本身较脏，含有细小的颗粒，用0.22微米一次性针头过滤器过滤，连续进了几个样品后系统压力越来越大，最后泵超压报警。排查后发现压力增加来自于色谱柱，初步判断应该是色谱柱入口筛板堵塞，马上拆开检查，我们看到色谱柱入口筛板已经由白变黑，被颗粒物堵塞。
更换筛板后，色谱柱压力恢复正常，为了避免再次出现堵塞，我们改为使用两个0.22微米针头过滤器串联的方式进样，系统压力正常没有再出现柱压升高的问题。
左图为单滤头时的压力变化日志，右图为双滤头时的压力变化日志
结论：遇到相对较脏的样品时，多加一个滤头，会保护色谱柱。
注射器与离子色谱之间用两个滤头过滤
② 梯度淋洗是离子色谱的一个难点，由于淋洗液浓度存在梯度变化，基线会随着浓度的变化出现较大的变化，出现台阶或干扰峰。是否能够很好的解决上述问题成为梯度淋洗的关键。
此问题最终通过增加CR-ATC（连续再生阴离子捕获器）单元解决，如图所示，CR-ATC单元分为阳极、再生液通道、阴离子交换膜、淋洗液通道以及阴极。淋洗液中的阴离子（包括氢氧根离子及部分杂质离子）透过阴离子交换膜进入再生液通道，从而达到去除杂质离子的目的。同时阴极不断电解产生氢氧根离子保持阴阳离子平衡。
通过增加CR-ATC单元，淋洗液的背景电导值进一步降低，由于梯度淋洗产生的基线漂移也得到了很好的缓解。下图为使用CR-ATC与不使用CR-ATC进行梯度淋洗的色谱曲线对比图。
无CR-ATC，背景电导高（约0.68μS），淋洗液浓度升高时基线漂移比较明显（0.68～3.54μS），待测离子灵敏度降低。
有CR-ATC，背景电导低（约0.3μS），淋洗液浓度升高时基线漂移不太明显（0.3～0.53μS），待测离子灵敏度提高。
总结
此次共检测了66个样品，样品中有些同种离子的含量相差百倍以上，得益于动态量程检测器宽量程及较低的基线噪声，配置的标准曲线浓度跨越了两个数量级，但标准曲线的相关系数均超过0.999。圆满完成了此次检测任务。
应助达人
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