ICS 71.040.40 G 04 中华人民共和国国家标准 GB/T35099—2018 微束分析扫描电镜-能谱法 大气细粒子单颗粒形貌与元素分析 Microbeam analysis-Scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectrometry-Morphology and element analysis of single fine particles in ambient air 2018-05-14发布 2019-04-01实施 国家市场监督管理总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T35099—2018 目 次 前言 引言 IV 1 范围 规范性引用文件 2 3术语和定义 分析原理 4 仪器和材料 5 6 样品采集与保存 样品分析 7 数据处理和结果计算 8 9 分析结果发布 附录A（资料性附录） 核孔膜及核孔膜上颗粒物扫描电镜形貌 附录B（资料性附录） 扫描电镜单颗粒分析记录表格参考格式 附录C（资料性附录）环境空气中颗粒物主要种类、单颗粒典型形貌及能谱特征 GB/T35099—2018 前言 本标准按照GB/T1.12009给出的规则起草。 本标准由全国微束标准化技术委员会（SAC/TC38）提出并归口。 本标准起草单位：国家环境分析测试中心、北京化工大学 本标准主要起草人：董树屏、殷惠民、李玉武、陈航宇、任立军、杜祯宇、徐仲均。 Ⅲ GB/T350992018 引言 近年来，环境空气中细粒子（PM2.5）污染防控已成为我国社会广泛关注的环境问题。准确识别细 粒子来源类型，为有针对性地治理颗粒物污染、改善环境空气质量提供技术支持是我国科技工作者面临 的一项艰巨任务。对不同粒径颗粒物来源进行定性识别和定量解析是大气颗粒物研究的主要内容之 一，是环境政策制定和污染防治的重要依据。 目前，环境空气细粒子来源解析的主要方法是以环境样品采集与全样品化学分析结果为基础的受 体模型法。对环境空气细粒子的研究已经从早期的全样品化学分析逐步拓展到了单颗粒分析。因为单 颗粒分析所需采样时间短，很少量的样品就可以进行分析，这使得对环境空气细粒子短期组分变化的测 量更精确。此外，单颗粒分析的数据可以用来作为自然源或人为源的“指纹”。单颗粒分析已经成为国 内外表征环境空气细粒子特征的重要技术手段。 扫描电子显微镜与能谱仪联用（SEM-EDS)是简便快捷的单颗粒表征技术之一。该技术可直观识 别区分颗粒物种类，对其来源类型作出直观和清晰的判断，并且根据颗粒物数目的计数统计给出源贡献 率，得到不同粒径范围的颗粒物污染特征。该技术和原有的全样品分析手段相结合，使源解析工作更全 面、更准确，特别是针对特定污染源的识别有其特有的优势，可望在雾霾污染防治工作中发挥重要作用。 IV GB/T350992018 微束分析扫描电镜-能谱法 大气细粒子单颗粒形貌与元素分析 1范围 本标准规定了利用扫描电子显微镜（SEM）及能谱仪（EDS）观测环境空气中细粒子单颗粒形貌、定 性分析元素，对环境空气颗粒物进行分类的方法。扫描电镜用于颗粒物的形貌观察和粒径测量，X射线 能谱仪用于颗粒物主要元素定性分析。 本标准适用于在电子束轰击下稳定的颗粒物分析，不适用于硝酸盐、铵盐等热不稳定的颗粒物 分析。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T27025检测和校准实验室能力的通用要求 HJ618环境空气PM10和PM2.5的测定重量法 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 单颗粒singleparticle 环境空气中粒径尺寸范围在0.5μm~10μm的单个颗粒物。 3.2 核孔膜 capillary-pore polycarbonate aerosol filters 采用核径迹蚀刻制备的专用聚碳酸酯膜。 SNG 4 分析原理 子，由探测器探测二次电子信号并转成电信号，经放大器放大后在显示器上显示出样品的表面形貌及粒 径大小 X射线能谱仪（EDS）工作原理：聚焦电子束轰击样品表面，激发出样品组成元素的特征X射线 根据特征X射线的能量确定元素种类，根据谱线强度进行定性分析。 综合分析单颗粒的形貌特点、粒径及主要元素组成等信息，与不同污染源颗粒物典型形貌及特征谱 图进行比较，可识别单颗粒可能来源。基于一定数量（如300个～1000个）单个颗粒物的分析数据，可 得到不同粒径范围内各类颗粒物的数目百分数。 1 GB/T35099—2018 5仪器和材料 5.1 环境空气颗粒物样品采集装置 采样装置应符合HJ618中关于小流量采样器的要求。 5.2采样滤膜 核孔膜，滤膜直径：47mm，滤膜孔径：0.2μm或者0.4μm（扫描电镜形貌参见附录A中图A.1）。 5.3 样品盒 样品盒盒内直径47mm，带盖，所用材质及样品盒结构应保证不对样品膜造成污染。 5.4镀膜仪 用于样品表面导电层的喷镀。 5.5 5碳质双面胶带 导电胶带，用于在样品台上固定试样。 5.6 扫描电子显微镜（SEM) 5.6.1电子源：钨灯丝或场发射源 5.6.2加速电压：能满足单颗粒分析需要（15kV~20kV)。 5.6.3图像分辨率：优于30nm。 5.6.4放大倍数：满足单颗粒分析要求（500倍～30000倍）。 5.7X射线能谱仪（EDS) 5.7.1 能谱仪能量分辨率：优于137eV。 5.7.2 检测元素范围：5B一92U。使用前，能谱分析系统用标样校正。 6 样品采集与保存 6.1买 采样方案 按照HJ618设置采样点并制定采样时段计划。 6.2 2样品采集 6.2.1样品采集装置 采样装置可使用小流量空气颗粒物采样器。核孔膜的阻力较大，采样装置标注的最大流量应大于 实际工作流量，以保证装上核孔膜后能够达到采样时工作流量要求。 6.2.2样品采集方法 样品采集应符合HJ618中的相关要求。采样装置距采样器放置平面1.5m左右，周围无明显遮挡 物影响。 将核孔膜放人采样头中并密封。肉眼观察核孔膜有两面光亮和一面光亮之分，一面光亮的膜需要 2 GB/T35099—2018 让光亮面对看空气（颗粒物）流动方向，两面光亮的任何一面均可。采样头与小流量采样器联接，通过采 样器的泵抽吸空气，使得环境空气通过采样膜，其中颗粒物过滤到核孔膜上。采样时可参考下列参数： 采样头直径47mm；采样流量5L/min～20L/min（流量可调）。 6.2.3颗粒物负载量 膜上颗粒物负载量控制标准如下：颗粒物应呈稀疏、分散分布，大部分颗粒物之间应有空隙，无互相 覆盖、叠加（参见图A.2）。 核孔膜上的颗粒物负载量主要由采样流量、采样时间和采样时的环境空气中颗粒物浓度等因素 决定： a） 采样流量：主要由所用采样装置确定。比如有些型号采样器在采集PM10或PM2.5样品时， 工作流量是固定的。不同型号的工作流量取决于切割器。 b) 采样时间：在环境空气颗粒物污染状况相同或相似情况下，采集时间与采样器流量有关。流量 大则所需时间短，流量小则需要适当延长采样时间。 环境空气颗粒物浓度：在流量相同的情况下，采样时间与环境空气颗粒物浓度有关。颗粒物浓 C 度高时，采样所需时间少。环境空气颗粒物浓度通常可用空气质量指数判断。 为控制滤膜上颗粒物负载量，表1给出的是在采样头直径为47mm、流量为5L/min，在不同空气 质量指数条件（颗粒物为首要污染物时）下对应的采样时间参考值。 表1不同空气质量指数对应的采样时间参考值 空气质量指数 0~50 50~100 100~200 200~300 300~400 >400 采样时长/min 240 180 90~120 60 30 20 6.3样品保存 采样结束后，用镊子将滤膜取出，放入干燥洁净、已编号的样品盒中（5.3）。按要求做好采样记录 （采样记录表参考格式参见附录B）。样品应在干燥、洁净、室温环境下保存于硅胶干燥器中。 7试样分析 7.1试样制备 取负载有颗粒物的核孔膜样品，裁取部分滤膜固定在扫描电镜专用样品台上。具体步骤如下： a) 用乙醇将样品台擦净，在扫描电镜专用样品台侧面分别编号； b) 剪取1cm²左右的颗粒物滤膜，用碳质双面胶带（5.5）将其固定在电镜样品台上； 将已固定好待测试样的样品台放入镀膜仪（5.4）中喷镀导电膜，以便能够利用扫描电镜进行观 察分析。所喷镀的金属元素应是一般环境空气颗粒物中不常见元素（如Au，Pd等元素），以减 少对能谱分析结果的影响。具体操作按照喷镀设备操作说明进行。 7.2试样测量 7.2.1扫描电镜及能谱仪工作参数 测量时工作参数如下： a）加速电压：15kV~20kV； 5710