環(huán)境水質(zhì)分析中重金屬檢測技術(shù)應(yīng)用探析

經(jīng)正彤 肖代

摘要：隨著環(huán)境問題的日漸嚴(yán)峻，環(huán)境水質(zhì)分析的受關(guān)注力度不斷提升，重金屬檢測技術(shù)在環(huán)境水質(zhì)分析中的應(yīng)用也開始成為學(xué)界關(guān)注焦點(diǎn)?；诖耍疚膶⒑唵谓榻B環(huán)境水質(zhì)分析中的常用重金屬檢測技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例，深入探討重金屬檢測技術(shù)的具體應(yīng)用，希望研究內(nèi)容能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)界人士帶來一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境水質(zhì);重金屬檢測;原子吸收光譜法

中圖分類號(hào)：X832????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1671-2064（2019）17-0000-00

0引言

受現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展影響，我國各地均出現(xiàn)了不同程度的水污染問題，重金屬問題便屬于其中代表，這一污染不僅會(huì)影響自然生態(tài)，還很容易對人們的身體健康造成威脅。但結(jié)合實(shí)際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，環(huán)境水質(zhì)分析中重金屬檢測技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)?shù)那闆r仍時(shí)有發(fā)生，為盡可能改善這一現(xiàn)狀，正是本文圍繞環(huán)境水質(zhì)分析中重金屬檢測技術(shù)應(yīng)用開展具體研究的原因所在。

1環(huán)境水質(zhì)分析中的常用重金屬檢測技術(shù)

1.1原子吸收光譜法

作為環(huán)境水質(zhì)分析中最為常用的重金屬檢測技術(shù)之一，原子吸收光譜法具備選擇性好、分析速度快、檢出限低、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)^[1]，被列為廢水與地表水金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)分析方法。在應(yīng)用原子吸收光譜法進(jìn)行重金屬檢測的實(shí)踐中，結(jié)合火焰原子吸收光譜法與縫式石墨管原子捕集技術(shù)的金屬銻檢測為其中代表，配合DDTC-MIBK體系，水樣中的金屬銻可實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的檢測。而在應(yīng)用熱解-原子吸收光譜法的廢水樣檢測中，檢測可有效測定總有機(jī)汞、痕量無機(jī)汞。此外，配合0.45μm的膜進(jìn)行過濾處理，原子吸收光譜法可更為快速、便捷的完成重金屬檢測，如總汞含量可由此開展熱解法測定，無機(jī)汞含量可基于冷原子吸收光譜法測定，有機(jī)汞含量可通過二者之差求得。

1.2電化學(xué)方法

作為一種基于物質(zhì)電化學(xué)性質(zhì)的檢測方法，電化學(xué)方法能夠有效測定物質(zhì)的組成和含量，因此電化學(xué)方法也能夠較好服務(wù)于環(huán)境水質(zhì)分析中的重金屬檢測。電化學(xué)方法在應(yīng)用中一般將試液視作化學(xué)電池的重要組成部分，并根據(jù)電流-電壓曲線、電量、電流、電位、電導(dǎo)、電阻等某種電參數(shù)與被測物質(zhì)濃度之間存在的一定關(guān)系^[2]，完成重金屬濃度檢測。電化學(xué)池中的電化學(xué)反應(yīng)屬于電化學(xué)方法檢測重金屬的基礎(chǔ)，伏安滴定法、極譜法、溶出伏安法、電位分析法均屬于典型的電化學(xué)方法。在電化學(xué)方法的具體應(yīng)用中，基于脈沖極譜法的自然水體中銅、鉛、鋅、鈷、鎘、鎳濃度檢測屬于其中代表，檢測的支持電解質(zhì)選用鈣螯合樹脂中流出的洗脫液，并基于這類樹脂實(shí)現(xiàn)預(yù)濃集，通過洗脫液配比的針對性調(diào)整，即可分別洗脫銅、鉛、鋅、鈷、鎘、鎳六種金屬，最終完成檢測。

1.3液相色譜法

在環(huán)境水質(zhì)分析的重金屬檢測中，液相色譜法的應(yīng)用可大幅提升檢測的選擇性和靈敏性，高效分離特點(diǎn)使得液相色譜法在理論層面上可較好滿足重金屬檢測需要，高靈敏度液相色譜法近年來的應(yīng)用也日漸廣泛化。為進(jìn)一步提高檢測精度，液相色譜法進(jìn)行的重金屬檢測多與分光光度法聯(lián)用并且受到業(yè)界廣泛關(guān)注，因此重金屬檢測中選擇性和靈敏度難以統(tǒng)一的矛盾可由此得到較好解決。需要注意的是，液相色譜法與分光光度法的聯(lián)合應(yīng)用需重點(diǎn)關(guān)注輔助絡(luò)合劑、試劑取代基的影響，色譜保留機(jī)理也需要同時(shí)得到重視。

1.4熒光分析法

熒光分析法主要由分子熒光光譜法和原子熒光光譜法組成，基于重金屬離子對熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光增強(qiáng)或熒光猝滅作用，熒光分析法可用于水質(zhì)環(huán)境分析中的重金屬檢測，一般情況下重金屬離子的濃度越大，產(chǎn)生的熒光增強(qiáng)或熒光猝滅作用越大。在圍繞重金屬離子的熒光分析法檢測中，LiangJG等人的研究具備較高借鑒價(jià)值，研究利用牛血清白蛋白輔助進(jìn)行檢測，通過提高重金屬CdSe量子點(diǎn)（巰基乙酸包被）的熒光性能和穩(wěn)定性，最終保證Ag⁺檢測具備70nmol/L的檢出限。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，熒光分析法相較于傳統(tǒng)的原子吸收光譜法、分光光度法，具備選擇性強(qiáng)、檢出限更低等優(yōu)勢，且能夠省略分離、顯色等步驟，但由于應(yīng)用范圍較窄，熒光分析法的實(shí)用性受到一定程度制約。

1.5紫外-可見分光光度法

利用200～800nm光譜區(qū)輻射可由某些物質(zhì)中價(jià)電子能級(jí)躍遷吸收理原理，即可通過產(chǎn)生分子的紫外可見吸收光譜實(shí)現(xiàn)對重金屬的全方位分析。紫外-可見分光光度法本質(zhì)上屬于一種基于物質(zhì)對光選擇性吸收的分析方法，在該方法的應(yīng)用中，需采用一定物質(zhì)與重金屬離子結(jié)合，而特定光的吸收便會(huì)使得物質(zhì)出現(xiàn)變化，這種變化會(huì)隨著重金屬的濃度提升而放大，基于朗伯-比耳定律，即可完成水質(zhì)環(huán)境中重金屬的檢測。在紫外-可見分光光度法檢測環(huán)境水質(zhì)的具體應(yīng)用中，以鉛為例，可采用二甲酚橙與pH為6.10的緩沖溶液進(jìn)行水體中鉛的測定，鉛可與二甲酚橙形成穩(wěn)定的紅色配合物，配比為1：1，在580mm波長處運(yùn)用分光光度法進(jìn)行吸光度測定，即可最終結(jié)合鉛的加入量與吸光度增強(qiáng)值存在的線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)水體中微量鉛的測定。結(jié)合相關(guān)實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，紫外-可見分光光度法在環(huán)境水質(zhì)分析的重金屬檢測中具備應(yīng)用廣泛、簡便快速、方法可靠、設(shè)備簡單等優(yōu)勢，但存在的譜線重疊、局限性較大、選擇性不足、靈敏度較低等劣勢也需要得到重視。為有效彌補(bǔ)這類不足，近年來出現(xiàn)的新型紫外-可見分光光度法的應(yīng)用應(yīng)得到重視，如三波長法^[3]、導(dǎo)數(shù)吸光光度法、雙波長吸光光度法。

1.6生物化學(xué)分析法

作為近年來國內(nèi)外學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)，生物化學(xué)分析法屬于重金屬檢測領(lǐng)域的前沿方法，免疫分析法、酶分析法均屬于其中代表。以酶分析法為例，在形成酶活性中心的甲巰或巰基與重金屬離子結(jié)合后，由于酶活性中心的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，且酶活力下降，因此底物中的電導(dǎo)率、pH值、顯色劑顏色將發(fā)生變化，酶分析法由此即可通過定量分析而得出水體中的重金屬濃度^[4]。異檸檬酸脫氫酶、葡萄糖氧化酶、過氧化物酶、酶有脲酶、均可用于測定水體中的痕量重金屬。相較于傳統(tǒng)的重金屬檢測技術(shù)，基于酶分析法的水體重金屬檢測技術(shù)具備經(jīng)濟(jì)、快速、方便等優(yōu)勢，但也同時(shí)存在準(zhǔn)確性和靈敏性不足缺陷，這就使得酶分析法無法完全滿足環(huán)境水質(zhì)分析中重金屬檢測需要。而對于免疫分析法來說，該方法的痕量重金屬測定以抗原與抗體的特異性為原理，并具備高選擇性、高靈敏度優(yōu)勢，但由于免疫分析法的應(yīng)用需基于金屬離子與針對性絡(luò)合物的反應(yīng)形成，該方法的實(shí)用性因此受到負(fù)面影響。

2實(shí)例分析

2.1檢測對象

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文以養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的重金屬檢測作為研究對象，檢測圍繞淡水養(yǎng)殖用水與海上養(yǎng)殖用水展開，二者的檢測結(jié)果判定存在顯著差異。

2.2設(shè)備與試劑選擇

養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的重金屬檢測采用的主要設(shè)備包括原子吸收分光光度計(jì)、雙道原子熒光光度計(jì)、多功能極普儀、可見分光光度計(jì)、高效真空抽濾機(jī)?？倢?shí)驗(yàn)采用優(yōu)級(jí)純級(jí)別的鹽酸、硫酸、硝酸，其他試劑級(jí)別為分析純。

2.3檢測方法

采用火焰原子吸收分光光度法進(jìn)行淡水養(yǎng)殖用水中銅、鋅、鉛、鎘、鐵、錳、六種重金屬的檢測，具體檢測需結(jié)合水樣前處理情況，并細(xì)分為螯合萃取法與直接法;采用高錳酸鉀氧化-二苯碳酰二肼分光光度法進(jìn)行淡水養(yǎng)殖用水中總鉻的檢測;采用原子熒光分光光度法進(jìn)行淡水養(yǎng)殖用水中汞、砷的檢測。

采用原子熒光分光光度法進(jìn)行海水養(yǎng)殖用水中砷、汞的檢測;采用原子吸收分光光度法進(jìn)行海水養(yǎng)殖用水中銅、鋅、鉛、鎘、鐵、錳的檢測，具體檢測需結(jié)合水樣前處理情況，并細(xì)分為石墨爐法與火焰法;采用高錳酸鉀氧化-二苯碳酰二肼分光光度法進(jìn)行海水養(yǎng)殖用水中總鉻的檢測;采用陽極溶出-極譜儀法連續(xù)測定海水養(yǎng)殖用水中的鋅、鉛、鎘三種元素。

2.4檢測處理

為保證檢測的精確性，以下幾方面檢測處理工作必須得到重視：（1）在開始實(shí)驗(yàn)前，檢測人員需使用30%HNO₃進(jìn)行所有塑料、玻璃儀器的處理，需浸泡24h以上，并使用自來水清理干凈殘留的HNO₃，使用去離子水沖清理自來水殘留，由此即可保證所使用儀器的潔凈。為避免二次污染問題出現(xiàn)，需將處理后的容器放入干凈密閉的容器中控干保存。（2）采用二級(jí)水作為實(shí)驗(yàn)室用水，采用離子交換或多次蒸餾等方法制取，在基于極譜儀法的鋅、鉛、鎘檢測中，需采用礦泉水進(jìn)行檢測。（3）不應(yīng)使用抽濾處理用于檢測水體中汞、砷的水樣。（4）在明確是否需要進(jìn)行抽濾處理后，取一定水樣加入硝酸或硫酸，以此保證溶液的PH值小于2，并采用冰箱進(jìn)行保存，檢測需在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。為保證檢測質(zhì)量，需保證檢測用樣品不被污染。（5）結(jié)合淡水與海水的不同，基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確檢測方法與檢出限的差別。（6）判定標(biāo)準(zhǔn)。采用NY5052-2001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行海水養(yǎng)殖用水水質(zhì)判定，采用NY5051-2001標(biāo)準(zhǔn)判定淡水養(yǎng)殖用水水質(zhì)。（7）質(zhì)量控制。為保證養(yǎng)殖池塘水質(zhì)重金屬檢測質(zhì)量，需針對性開展質(zhì)量控制，并分析相關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)，以此保證重金屬檢測技術(shù)在應(yīng)用中的粗差、隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差均符合預(yù)期要求，此質(zhì)量控制不區(qū)分淡水與海水。（8）檢測前處理。為進(jìn)一步提高檢測精度，在檢測前需同時(shí)做兩個(gè)樣品空白，并避免樣品空白受到污染，以此提升檢測準(zhǔn)確度。（9）檢測方法選擇。在具體的檢測方法選擇中，需結(jié)合長期以來的檢測經(jīng)驗(yàn)、國家與行業(yè)的最新標(biāo)準(zhǔn)選擇檢測方法。

2.5適用的檢測方法

結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)，本文明確了養(yǎng)殖池塘水質(zhì)重金屬檢測的適用檢測方法，具體方法如下：（1）火焰原子吸收分光光度法可較好服務(wù)于淡水養(yǎng)殖用水的鉛、鎘、銅、鋅四種重金屬檢測，檢測可采用直接法進(jìn)行。（2）石墨爐原子吸收分光光度法較為適用于海水中的銅元素檢測，海水養(yǎng)殖用水中鎘、鉛、鋅也能夠采用該方法得到較好檢測。（3）二苯碳酰二阱分光光度法可較好服務(wù)于淡水與海水中的鉻元素檢測。（4）原子熒光光度法可較好服務(wù)于淡水及海水中砷、汞兩種重金屬檢測。

3結(jié)語

綜上所述，環(huán)境水質(zhì)分析中重金屬檢測技術(shù)應(yīng)用需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的原子吸收光譜法、電化學(xué)方法、液相色譜法、熒光分析法、紫外-可見分光光度法、生物化學(xué)分析法等內(nèi)容，則提供了可行性較高的重金屬檢測技術(shù)選用路徑。為更好完成環(huán)境水質(zhì)重金屬檢測，各類新型檢測技術(shù)的應(yīng)用必須得到重視。

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收稿日期：2019-07-24

作者簡介：經(jīng)正彤（1993—），女，江蘇鎮(zhèn)江人，本科，助理工程師，研究方向：水質(zhì)分析;肖代（180—）男，江蘇揚(yáng)州人，本科，工程師，研究方向：水質(zhì)分析。