水環(huán)境重金屬分析儀的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李玥琪 胡敬芳鄒小平 高國偉,

1.北京信息科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，北京 100192；2.北京信息科技大學(xué)傳感器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101

一、引言

水體中重金屬主要來自重工業(yè)開采、冶煉、加工過程的違規(guī)排放的廢氣、廢水和廢渣，水體中金屬有利或有害不僅取決于金屬的種類、理化性質(zhì)，而且還取決于金屬的濃度、價(jià)態(tài)和形態(tài)，即使有益的金屬元素濃度超標(biāo)，也會產(chǎn)生劇烈毒性，使動(dòng)植物死亡，給人民生活用水帶來嚴(yán)重威脅[1]。

在過去，我國為謀求經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，走了不少“先發(fā)展后治理”的老路，現(xiàn)如今，我國已經(jīng)是世界第二大經(jīng)濟(jì)體，習(xí)總書記在十九大報(bào)告中提出了要加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國，實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展。加快水污染防治，實(shí)施流域環(huán)境和近岸海域綜合治理。水環(huán)境重金屬污染問題成為非常重要的民生問題，加速相關(guān)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級或淘汰出局成為必然。隨著我國化工、冶金、地質(zhì)、環(huán)保等相關(guān)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)不斷優(yōu)化，在這些產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化過程中，必備的檢測項(xiàng)目和檢測需求必將隨之增多，這將帶給檢測分析儀器行業(yè)無限機(jī)遇。

水質(zhì)重金屬分析儀應(yīng)用于地表水、工業(yè)制程水和工業(yè)廢水等水質(zhì)中多種重金屬在線分析，包括環(huán)保部《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》中的一類和二類防控重金屬項(xiàng)目[2]?，F(xiàn)在市面上的水質(zhì)重金屬分析儀的主要測量原理包括光學(xué)法、電化學(xué)法和生物化學(xué)法[3]。光學(xué)法測量的是原子外層或內(nèi)層電子能級改變的產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長和強(qiáng)度，有較強(qiáng)的選擇性，分析范圍廣，靈敏度高，但受限儀器大型，適用于實(shí)驗(yàn)室。電化學(xué)法是根據(jù)溶液中物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)及其變化規(guī)律，建立電學(xué)量與被測物之間的計(jì)量關(guān)系，具有儀器簡單、靈敏度高、易于微型化等優(yōu)點(diǎn)，適合用于在線、實(shí)時(shí)檢測水環(huán)境。生物化學(xué)法是利用生物大分子對待測物的特異性識別能力，當(dāng)待測物與分子識別元件結(jié)合后，產(chǎn)生的復(fù)合物、光、熱等信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柣蚬庑盘柕葋磉M(jìn)行定量分析，有強(qiáng)的特異性識別能力，反應(yīng)迅速、分析成本低，受限于傳感器的穩(wěn)定性和一致性，還沒有得到廣泛商業(yè)化應(yīng)用。

本文將從這三種基本檢測原理出發(fā)，對水環(huán)境中重金屬檢測儀的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析討論，對其發(fā)展趨勢予以展望。

二、水環(huán)境重金屬分析的研究現(xiàn)狀

1、基于光學(xué)法的水環(huán)境重金屬分析儀

在光學(xué)法[4]中常用于檢測水環(huán)境中重金屬離子的方法有原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、光電比色法。

原子吸收光譜法（Atomic Absorption Spectroscopy,AAS）[5]是利用不同元素的特征譜線不同，通過其原子蒸汽對特征輻射吸收的作用來進(jìn)行元素分析。這種方法具有靈敏度高，較強(qiáng)的選擇性的優(yōu)點(diǎn)，能夠檢測大部分的金屬元素，檢測限在ppm級，少數(shù)金屬的檢測限可達(dá)到ppb級。

王增煥[6]等人以吡咯烷基二流代甲酸銨和二乙氨基二硫代甲酸鈉為蟄合劑，采用商品化的固相萃取柱，分離海水中的鎘、銅、鉛、鎳和鋅五種重金屬，采用原子吸收光譜法進(jìn)行定量測定。線性范圍分別為0.02μg/L、2.6μg/L、0.06μg/L、0.18μg/L 和 0.3μg/L，加標(biāo)回收率為93.8～104%。

原子發(fā)射光譜法（Atomic Emission Spectroscopy,AES）[7]是根據(jù)不同化學(xué)元素的離子在熱激發(fā)或電激發(fā)下，發(fā)射出的特征光波輻射不同來進(jìn)行定性定量分析。

洪欣[8]等人提出了采用微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法來測定河流和湖泊沉積物中11中重金屬元素（Ag、Cd、Co、Cr、Mn、Ni、Pb、Sb、V、Zn）。各元素的檢出限為0.20～2.00mg/kg，回收率在81.6～112%。方法準(zhǔn)確度和精密度都滿足河流和湖泊沉積物多種重金屬離子同時(shí)檢測的需求，有很強(qiáng)的實(shí)用性。

光電比色法[3]是光學(xué)分析法的一種，是將水樣進(jìn)行消解處理，水樣中的目標(biāo)重金屬元素全部氧化為離子態(tài)，與顯色劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成特定顏色的絡(luò)合物，在一定的波長處，該絡(luò)合物具有最大吸收，得到吸光度與待測物濃度呈線性關(guān)系，據(jù)此，測定未知離子絡(luò)合物的吸光度就可以得出目標(biāo)重金屬離子的濃度。

李萌[9]等人設(shè)計(jì)了一款基于電化學(xué)和比色方法聯(lián)用的方法來檢測渾濁水樣中的重金屬離子Cd2+、Pb2+、Cu2+，待測金屬離子由于電化學(xué)吸附作用而沉積在工作電極表面，加入特定的金屬指示劑，通過比色法定量分析溶解的待測重金屬離子濃度，這種方法為儀器的便攜化提供了可能性。

在重金屬儀器的快速蓬勃發(fā)展中，也出現(xiàn)了基于光電比色法向著全自動(dòng)方向發(fā)展的新型儀器——全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀[10]，它是目前離子領(lǐng)域分析技術(shù)的新突破。它將比色分析法的檢測過程完全自動(dòng)化，模擬人工操作，將樣品、試劑和顯色劑加入比色皿中產(chǎn)生顏色反應(yīng)，其濃度與顏色成正比，經(jīng)比色計(jì)檢測透光強(qiáng)度，得到相應(yīng)的峰值吸光度，再通過標(biāo)準(zhǔn)曲線自動(dòng)計(jì)算得到相應(yīng)的濃度，徹底消除了由人工因素產(chǎn)生的誤差。

采用中科院長春光機(jī)所最新研制的光柵分光系統(tǒng)的AutoChem系列全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀（圖1）[11]打破了國外對智能間斷化學(xué)分析儀的壟斷。用高質(zhì)量的軍用光柵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濾波片，引入波段連續(xù)覆蓋的概念。試劑消耗量在微升級，幾乎沒有易消耗品。

基于這種光譜檢測原理的儀器發(fā)展技術(shù)成熟，靈敏度高，但是普遍存在儀器體積大，不能用于現(xiàn)場測試，并且易受環(huán)境溫度影響的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)制約了它適應(yīng)現(xiàn)在檢測發(fā)展的能力。

2、基于電化學(xué)法的水環(huán)境重金屬分析儀

電化學(xué)方法[12]應(yīng)用于水環(huán)境中重金屬檢測主要離子選擇電極法、溶出伏安法、計(jì)時(shí)電流法。

離子選擇電極法[13]是一種電位法測量溶液中某些離子活度的指示電極，對溶液中的特定離子具有特殊的選擇性響應(yīng)。

梁榮寧[14]等人檢測海水中的汞離子，采用高靈敏度非對稱聚合物膜旋轉(zhuǎn)電極檢測技術(shù)成功地將離子選擇性電極的檢出限降低至1.9nmol/L。

溶出伏安法[13]是最常用電化學(xué)分析法的一種，它將控制電位電解富集與伏安分析相結(jié)合的一種新的伏安分析技術(shù)，是通過記錄電流i與電壓U的函數(shù)曲線來對物質(zhì)進(jìn)行分析。根據(jù)溶出時(shí)工作電極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)，可將溶出伏安分析分為陽極溶出伏安法和陰極溶出伏安法。金屬離子的定量分析多用陽極溶出伏安法。

陳沖[15]等人設(shè)計(jì)了一套基于溶出伏安法的水體重金屬現(xiàn)場快速檢測儀，采用高精度低噪聲放大器及電路設(shè)計(jì)提高這套系統(tǒng)的穩(wěn)定性，選擇玻碳電極做為工作電極，通過測定Zn和Cu兩種重金屬離子的溶出伏安特性曲線，相關(guān)系數(shù)分別高達(dá)0.997和0.995，從而說明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

計(jì)時(shí)電流法[13]是將電化學(xué)工作電極控制在一單電位階躍或雙電位階躍后，記錄響應(yīng)電流與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而定量計(jì)算出電解質(zhì)溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的離子濃度。

陳旭海[16]等人針對傳統(tǒng)計(jì)時(shí)電流法在檢測樣品時(shí)出現(xiàn)的系統(tǒng)延遲造成偏差的問題，提出了一種引入經(jīng)典控制理論中慣性環(huán)節(jié)來減緩電壓上升的速度，經(jīng)緩沖作用后，響應(yīng)電流將會快速出現(xiàn)峰值，由峰值快速測出被測物濃度的解決辦法，易拓展為多通道檢測裝置，適合大規(guī)模電化學(xué)電極陣列。實(shí)驗(yàn)以K3[Fe(CN)6]為例，結(jié)果顯示經(jīng)過改進(jìn)的計(jì)時(shí)電流法的峰電流是傳統(tǒng)方法的產(chǎn)生的i-t曲線的信噪比從17dB上升到62dB，靈敏度同時(shí)得到了顯著提高。

賓俊[17]運(yùn)用Savitzky-Golay平滑法處理重金屬電化學(xué)分析儀測量數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)的曲線噪聲，用切線識別法校正基線漂移，最小二乘法擬合散點(diǎn)數(shù)據(jù)，得到曲線各區(qū)間的擬合函數(shù)式，在測量范圍內(nèi)，參比電極和工作電極之間的電壓的測量擬合曲線相關(guān)系數(shù)為0.9996，平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.27mV，與理論值非常接近，平均電流分辨率達(dá)到2nA。用此儀器測量Cd2+和Pb2+的混合溶液，兩者的擬合曲線相關(guān)系數(shù)分別為0.9932和 0.9961。

基于電化學(xué)檢測原理的分析儀易做到小型化、自動(dòng)化、運(yùn)行維護(hù)成本低，可以進(jìn)行價(jià)態(tài)分析、在線檢測和現(xiàn)場分析，測量的信號是電信號，不需要進(jìn)行信號再轉(zhuǎn)換靈敏度高，檢測限可以達(dá)到ppb級，因此，受到越來越多重金屬分析儀廠商青睞。

近幾年，基于電化學(xué)檢測原理的水環(huán)境重金屬分析儀的發(fā)展除了追求更低的檢測限，更高的靈敏度以外，研究人員將重心放在以下幾個(gè)方面：

（1）提高儀器的便攜性、操作的簡便性，發(fā)揮觸摸屏優(yōu)勢，提高用戶人機(jī)交互的體驗(yàn)

中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研制了一種USB插頭式微型電化學(xué)分析儀[18]，圖2是整體外觀示意圖，真正地做到了微型化，不再需要獨(dú)立供電，可以即插即用。同時(shí)電流測量范圍為1nA～5mA，電位范圍為-5～+5V，能滿足常用電化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)的要求。上位機(jī)采用Borland Delphi 7.0開發(fā)的32位應(yīng)用程序，能實(shí)現(xiàn)包括線性掃描法、循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電流法等多種電化學(xué)方法。

現(xiàn)階段國內(nèi)外各大廠商都推出了基于電化學(xué)檢測原理的便攜式的水環(huán)境重金屬分析儀的產(chǎn)品，主要包括兩類：通用型和專項(xiàng)型。通用型水質(zhì)重金屬分析儀可以檢測的重金屬種類多，但通常靈敏度相對不高；專項(xiàng)性水質(zhì)重金屬分析儀只針對某種重金屬離子的檢測，因此檢測原理單一，儀器設(shè)計(jì)復(fù)雜度降低，成本低，檢測靈敏度高。通用型產(chǎn)品占據(jù)著重金屬分析儀市場的大份額，表1中所列是各大廠商目前最新款的通用型便攜式水環(huán)境重金屬分析儀特點(diǎn)的比較。

表1 各大廠商的通用型便攜式水環(huán)境重金屬分析儀（圖3）性能特點(diǎn)比較

（2）將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入水環(huán)境重金屬分析領(lǐng)域，真正實(shí)現(xiàn)大面積水域，實(shí)時(shí)在線檢測

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的引進(jìn)對水環(huán)境檢測具有極重要的意義。隨著半導(dǎo)體技術(shù)、微系統(tǒng)技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用開始蓬勃發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)極大地?cái)U(kuò)展了人們獲取信息的能力，將客觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡(luò)連接在一起，為人們提供最直接的、最有效的信息。將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于水環(huán)境重金屬檢測中，形成“分布使用傳感器+服務(wù)器數(shù)據(jù)中心”的模式，使得大面積實(shí)時(shí)在線監(jiān)測水環(huán)境重金屬含量變化成為可能。

王旭[23]等人設(shè)計(jì)了一種新型的基于光尋址電位傳感器（LAPS）的重金屬檢測儀器（圖4）。LAPS是一種基于硅基底的高靈敏光學(xué)式電化學(xué)傳感器件，利用其光可尋址特性檢測局部信號，非常適合構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。LAPS檢測重金屬Pb2+的檢測范圍是10-7mol/L～10-1mol/L，靈敏度為26.43mV/Pb2+，檢測限為10-7mol/L。使用大功率無線路由器，無線網(wǎng)卡分別與ARM開發(fā)板、上位機(jī)連接從而搭建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在1km范圍內(nèi)穩(wěn)定通信，基本實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離快速自動(dòng)化檢測。

萬浩[24]設(shè)計(jì)了一種基于LAPS重金屬檢測的新型雜化微電極陣列電化學(xué)傳感器（圖5），采用偏最小二乘法與局部最優(yōu)值法對檢測結(jié)果自校正。針對溶液pH變化對微電極陣列檢測結(jié)果造成的干擾，溶出伏安法以檢測水環(huán)境中的Zn、Fe、Cu為例，證實(shí)其可行性，檢測靈敏度分別為36.3nA/ppb，11.2nA/ppb，4.6nA/ppb，穩(wěn)定性好，基于此傳感器，又設(shè)計(jì)了可用于太湖重金屬現(xiàn)場檢測的無線浮標(biāo)傳感系統(tǒng)[25]，基于Wi-Fi無線通信構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)。

（3）借助云服務(wù)器完成數(shù)據(jù)存儲，開展在線存儲和聯(lián)機(jī)操作，為后期處理數(shù)據(jù)帶來極大的方便，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可溯源提供可能

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，數(shù)據(jù)的存儲與自動(dòng)分析能力成為占領(lǐng)市場、開拓市場的有利武器。檢測儀器往往隨著使用時(shí)間的累加，存儲的數(shù)據(jù)量會越來越大?，F(xiàn)在市售的產(chǎn)品大部分依靠內(nèi)部存儲器，有的提供外部存儲插口，數(shù)據(jù)可以直接存放SD卡或U盤中。這樣的存儲方式面對大量數(shù)據(jù)時(shí)顯得力不從心，也無法進(jìn)行數(shù)據(jù)的縱向?qū)Ρ群蜋M向?qū)Ρ取，F(xiàn)在云存儲技術(shù)日益成熟，只要設(shè)備能夠聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)將直接備份到云端，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多地、多平臺共享數(shù)據(jù)，這為數(shù)據(jù)后續(xù)的處理分析提供方便。

原有的水質(zhì)重金屬分析儀的上位機(jī)平臺一般能夠?qū)崿F(xiàn)的功能包括選擇分析方法、控制開關(guān)以及數(shù)據(jù)的存儲，往往在檢測數(shù)據(jù)收集完成之后依靠專業(yè)人員以及Origin軟件分析才能得到結(jié)果?，F(xiàn)在，上位機(jī)平臺研究向著智能化的方向發(fā)展，軟件系統(tǒng)能根據(jù)用戶需求進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)處理、結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)算法解決測量過程中可能出現(xiàn)的噪聲、漂移、插值擬合等問題，甚至很多專用型便攜性設(shè)備能夠直接給出測量結(jié)果。

隨著智能手機(jī)的普及，借助手機(jī)觸摸屏作為便攜式儀器的操作界面成為未來的發(fā)展方向。這樣既節(jié)約了產(chǎn)品硬件成本，又增強(qiáng)了軟件界面的可移植性。無論是IOS系統(tǒng)還是安卓系統(tǒng)，開發(fā)技術(shù)越來越成熟，開發(fā)周期越來越短，APP的軟件維護(hù)和升級都能夠借助手機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，同時(shí)數(shù)據(jù)存儲也可以利用手機(jī)成熟的硬件資源優(yōu)勢。

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研制了一款基于Android平臺的便攜式痕量重金屬離子檢測儀[26]，檢測原理如圖6所示，儀器的精度達(dá)到普通電化學(xué)分析儀的標(biāo)準(zhǔn)，用戶對檢測前端設(shè)備的控制、圖形曲線的查看以及對數(shù)據(jù)的管理都可以進(jìn)行手機(jī)上進(jìn)行。設(shè)計(jì)同時(shí)兼顧專業(yè)用戶和普通用戶，專業(yè)用戶可以直接查看數(shù)據(jù)圖形、處理數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)；普通用戶按照操作指南可以完成檢測，得到檢測結(jié)果。手機(jī)聯(lián)網(wǎng)后，可以直接將數(shù)據(jù)上傳至Windows+IIS+ASP+Access方法搭建的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)可溯源是檢測儀器數(shù)據(jù)存儲發(fā)展的另一個(gè)方向。檢測試驗(yàn)多為大量重復(fù)性試驗(yàn)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)條件多變，這使得實(shí)驗(yàn)員后期整理分析數(shù)據(jù)非常困難。由美國HACH公司生產(chǎn)的HQd系列的水質(zhì)分析儀[19]能夠自動(dòng)記錄電極的序列號，當(dāng)前的校正數(shù)據(jù)、用戶ID、樣品ID、時(shí)間以及日期，均保存在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)日志中。每個(gè)測量數(shù)據(jù)都能與樣品ID，用戶ID。電極序列號等數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，保證了完整的數(shù)據(jù)追溯性和報(bào)表監(jiān)管。

（4）利用微加工工藝制作微電極陣列，適合批量生產(chǎn)，保證了電極響應(yīng)的一致性，有效節(jié)約成本

芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab-on-a-chip）是水環(huán)境重金屬分析儀的另一個(gè)重要發(fā)展方向，集成于芯片上的微系統(tǒng)利用日益成熟的集成工藝，成功地降低了成本、減小體積，同時(shí)提高了傳感器的一致性和靈敏度。

Z.Zou[27]提出了一種微型化集成芯片檢測電路（圖7），采用微加工技術(shù)將三電極系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上，如圖7所示，實(shí)現(xiàn)了芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab-on-achip），可以直接用來檢測水環(huán)境中的重金屬離子Pb2+和Cd2+，檢測范圍分別為25-400ppb和28-280ppb，檢測限為8ppb和93ppb。這種集成芯片成本低，對環(huán)境無污染，可以即用即丟，可以實(shí)現(xiàn)自然水環(huán)境的在線檢測。

W.Moujahid[28]提出了在硅片上集成三電極系統(tǒng)（圖8），工作電極和對電極均為鉑電極，參比電極為Ag/AgCl。微電極陣列系統(tǒng)可以持續(xù)工作72h，顯示了非常好的穩(wěn)定性，檢測人工海水中的Cu2+的靈敏度可以達(dá)到 2.93±0.14μA/cm2，檢測下限為 1μmol。

3、基于生物化學(xué)法的水環(huán)境重金屬分析儀

生物化學(xué)法[3]常用于的水環(huán)境重金屬檢測的方法有酶抑制法、免疫分析法。

酶抑制法[29]是指當(dāng)待測溶液中含有重金屬抑制劑時(shí)，特異性的酶活性受抑制，產(chǎn)生電位差，以此測定待測溶液中重金屬含量。

D.B.Kestwal[30]等人提出了一種基于修飾蔗糖酶和葡萄糖氧化酶抑制的超微電極的電化學(xué)傳感器檢測水中重金屬離子Hg2+、Ag+、Pb2+、Cd2+，瓊脂糖凝膠膜作為電極的保護(hù)膜提高了檢測精度，基質(zhì)和抑制劑能透過膜迅速擴(kuò)散，傳感器總的檢測范圍10-10～10-7mol，檢測限為10-10mol。

免疫分析法[29]利用的是抗原抗體特異性結(jié)合反應(yīng)檢測，用于重金屬離子檢測的有熒光偏振免疫檢測、酶聯(lián)免疫吸附檢測和KinExA免疫檢測等。

H.Yu[31]等人提出了一種基于KinExATM3000的自動(dòng)免疫傳感器，并對Uo6+進(jìn)行檢測，檢測范圍是1.4～2.4μg/kg，檢測變異系數(shù)為3.5～5.9%，平均回收率高達(dá)99.17%。

功能核酸能與目標(biāo)特異性結(jié)合，且對目標(biāo)有催化功能，禹亞莉[32]設(shè)計(jì)了一種基于DNA雙鏈電荷轉(zhuǎn)移原理，利用胸腺嘧啶對汞離子的特異性識別，采用計(jì)時(shí)電流法的檢測水中汞離子的電化學(xué)生物傳感器。測量范圍是 1nmol～104nmol檢測限為0.5nmol。

在應(yīng)用于檢測水環(huán)境中重金屬離子時(shí)，生物傳感器具有高度的特性選擇性，體積小，樣品用量少，但同時(shí)受到生物分子本身特性的限制，存在可靠性和穩(wěn)定性差，樣品前期處理過程復(fù)雜，對儀器設(shè)備的安裝環(huán)境和使用維護(hù)要求較高，難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場或在線檢測。

三、水環(huán)境重金屬分析的發(fā)展趨勢

近幾年水環(huán)境重金屬分析儀發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，各種新興技術(shù)的引進(jìn)為它的升級增加了無限可能。下一代水環(huán)境重金屬分析儀存在許多機(jī)遇與挑戰(zhàn)，對它的發(fā)展作如下展望：

1、利用新材料，制作高靈敏的離子選擇性電極、化學(xué)修飾電極、微電極；特異性高的酶傳感器、免疫傳感器、微生物傳感器；

2、隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸遠(yuǎn)距離的能力的不斷增加，真正做到河域、湖域的大面積傳感器分布，實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)；

3、針對檢測數(shù)據(jù)，使用不斷發(fā)展更加先進(jìn)的算法，進(jìn)行校正，減小噪聲，提高信噪比，提升儀器性能。

四、總結(jié)

重金屬檢測為水環(huán)境監(jiān)控提供重要的參考依據(jù)，基于光譜學(xué)檢測原理的重金屬分析儀技術(shù)相當(dāng)成熟，常用于在實(shí)驗(yàn)室分析溶液中的重金屬含量，受限于儀器本身體積龐大，無法滿足現(xiàn)場、在線檢測的需求，從而基于電化學(xué)方法成為了現(xiàn)在發(fā)展勢頭強(qiáng)勁的發(fā)展方向，在市場份額比重加大，其商業(yè)化產(chǎn)品的種類數(shù)量大幅增加，應(yīng)用的場景也越來越廣泛。基于生物化學(xué)法商業(yè)化的重金屬分析儀還處于起始階段，具有較大發(fā)展?jié)摿?，隨著困擾生物化學(xué)法的核心技術(shù)的突破，有望形成更多元化的商業(yè)化產(chǎn)品。