環(huán)境水質(zhì)分析中重金屬檢測(cè)技術(shù)研究

孫 瑩 竇銘超

通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)（天津）有限公司

1 引言

在我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常用到含重金屬或相對(duì)應(yīng)的化合物作為原輔料，而在生產(chǎn)后期并沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的處理，或者處理得不夠到位，導(dǎo)致排放的廢水中殘留較多的重金屬元素，從而對(duì)地表水、地下水造成極大的污染。重金屬污染是關(guān)系到人類(lèi)健康和生命的重大環(huán)境問(wèn)題，精準(zhǔn)檢測(cè)水質(zhì)中的重金屬含量，能夠確保環(huán)境水質(zhì)得到切實(shí)有效的保護(hù)，并為水體中的重金屬污染防治提供技術(shù)依據(jù)。因此，本文對(duì)于水質(zhì)重金屬的危害、檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用情況，進(jìn)行了分析。

2 水體中重金屬的危害

在水體中的重金屬污染對(duì)于我國(guó)的環(huán)境有十分嚴(yán)重的危害。一般來(lái)說(shuō)，重金屬進(jìn)入水體的方式有兩種，一是通過(guò)地質(zhì)侵蝕、風(fēng)化等天然源的形式，二是通過(guò)人為污染的形式，如礦山開(kāi)采、金屬冶煉加工、化工廢水的排放、農(nóng)藥化肥的濫用和生活垃圾的棄置等方式；加之重金屬具有較高的移動(dòng)性、較低的中毒濃度和較強(qiáng)的富集性等特點(diǎn)，導(dǎo)致重金屬污染具有較大的隱匿性和滯后性。

水體中的重金屬不僅無(wú)法被生物降解，甚至在微生物的作用下，部分重金屬元素還可能轉(zhuǎn)化成為毒性更強(qiáng)的重金屬化合物，進(jìn)而再經(jīng)食物鏈的生物放大作用，逐級(jí)成千百倍地富集，使水生生物的生物環(huán)境有巨大改變，導(dǎo)致植被和動(dòng)物死亡，造成生態(tài)系統(tǒng)中各級(jí)生物的不良反應(yīng)，甚至危害包括人體和其他生命體的生命健康安全。重金屬對(duì)人體所產(chǎn)生的危害程度，和其種類(lèi)、性質(zhì)、存在形態(tài)和濃度等因素有著至關(guān)重要的聯(lián)系。所以，關(guān)注重金屬污染問(wèn)題，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臋z測(cè)技術(shù)和處理措施，以確保水質(zhì)符合國(guó)家相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 環(huán)境水質(zhì)分析中重金屬檢測(cè)技術(shù)

3.1 紫外-可見(jiàn)分光光度法

紫外-可見(jiàn)分光光度法是一種基于物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收特性，而建立的分析方法，此方法的原理是利用物質(zhì)中價(jià)電子的能級(jí)躍遷，對(duì)200mm～800nm 光譜區(qū)輻射進(jìn)行吸收，從而產(chǎn)生分子的可見(jiàn)紫外吸收光譜，進(jìn)而可對(duì)物質(zhì)做定性、定量分析，其定量依據(jù)為朗伯－比耳定律。紫外-可見(jiàn)分光光度法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、方法可靠、簡(jiǎn)便快速、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但其前處理復(fù)雜、靈敏度或選擇性不夠好，存在一定的局限性。

3.2 原子吸收光譜法

原子吸收光譜法是一種基于待測(cè)元素的基態(tài)原子蒸汽對(duì)其特征譜線的吸收，根據(jù)特征譜線的特征性和譜線被減弱的程度，對(duì)待測(cè)元素進(jìn)行定性定量分析的儀器分析方法。樣品需要通過(guò)原子化器提供合適的能量，將試樣中的待測(cè)元素轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子，這就要求實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將燃燒器調(diào)整到合適的高度，以保證重金屬元素能夠原子化完全。該法具有檢測(cè)速度快、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于地表水、地下水和廢水等領(lǐng)域的重金屬檢測(cè)。

3.3 原子熒光分光光度法

原子熒光分光光度法也是水中重金屬檢測(cè)的重要方法之一，該方法利用氫化物發(fā)生技術(shù)，使水中待測(cè)金屬元素得到分離，所生成的氫化物在氬氫火焰中進(jìn)行原子化，氬氫火焰的熒光效率較高，且背景值較低，測(cè)定時(shí)形成的氫化物元素和金屬熒光波長(zhǎng)位于紫外波段，對(duì)于紫外區(qū)域的檢測(cè)，無(wú)色散原子熒光儀靈敏性非常高。

相對(duì)于紫外-可見(jiàn)分光光度法、原子吸收光譜法，熒光分析法有更高的靈敏度、更低的檢出限，還具有重現(xiàn)性好、選擇性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，且在樣品測(cè)定前不需經(jīng)過(guò)分離、富集、顯色等前處理過(guò)程，操作簡(jiǎn)單便捷，但由于許多重金屬元素本身不會(huì)產(chǎn)生熒光，需要另外加入熒光物質(zhì)才可滿足熒光分析的條件，而熒光物質(zhì)只對(duì)幾種特定的重金屬離子有響應(yīng)，如汞、砷、鉛和銻等，其他多數(shù)金屬離子則不能產(chǎn)生響應(yīng)，這在一定程度上限制了原子熒光法在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)工作中的應(yīng)用。

3.4 電感耦合等離子原子發(fā)射光譜法

電感耦合等離子原子發(fā)射光譜法是一種比較典型的光譜分析方法，它的激發(fā)光源是電感耦合等離子體炬，能夠?qū)λ|(zhì)中重金屬進(jìn)行有效檢測(cè)。改技術(shù)具有基體干擾性比較小，檢出限低，靈敏度較高，分析速度快、能夠多元素同時(shí)測(cè)定，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，成為水質(zhì)重金屬檢測(cè)的最有效方法之一。此外，該法還可與分離富集技術(shù)相結(jié)合，在水中重金屬元素含量為痕量水平時(shí)，可通過(guò)溶劑萃取法、共沉淀法和離子交換法等富集技術(shù)，降低方法檢出限，改善測(cè)試精密度和準(zhǔn)確度，在海水重金屬檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，此類(lèi)富集技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。

3.5 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法是將電感耦合等離子體的高溫電離特性，與質(zhì)譜儀的靈敏快速掃描的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合而形成的一種高靈敏度的分析技術(shù)，是一種微量與超微量多元素同時(shí)分析的方法，具有靈敏度高、檢出限低，分析過(guò)程快捷，分析取樣量少等優(yōu)點(diǎn)，它可以同時(shí)測(cè)量周期表中大多數(shù)元素,測(cè)定分析物濃度可低至納克/升的水平，是目前最有效的痕量元素的檢測(cè)手段之一，且可以測(cè)定現(xiàn)有其他技術(shù)難以分析的飲用水標(biāo)準(zhǔn)中特殊要求的鈾和鉈。電感耦合等離子體質(zhì)譜法技術(shù)的出現(xiàn)，具有其他方法不可比擬的優(yōu)越性，但其儀器昂貴，購(gòu)置成本較高。

3.6 生物化學(xué)法

生物化學(xué)法是重金屬檢測(cè)的一種新型方法，主要有免疫分析法和酶抑制法兩種檢測(cè)方法。

免疫分析法的原理是利用抗體與抗原的特異性反應(yīng)，即將適量的抗體加入到水中，使抗體與水中的重金屬元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而測(cè)定水中重金屬的含量。該方法具有高靈敏度、高選擇性、不會(huì)產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點(diǎn)。

酶抑制法是通過(guò)改變酶活性中心的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，引起酶活力下降，進(jìn)而使底物與酶系統(tǒng)中的顯色劑顏色、pH 和電導(dǎo)率等隨之變化，從而進(jìn)行定量分析的技術(shù)。此技術(shù)由于具有方便、快速、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，非常適合水質(zhì)重金屬的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，但是靈敏度和準(zhǔn)確性不夠好，只能做定性分析。

3.7 電化學(xué)法

電化學(xué)法是以電化學(xué)反應(yīng)特性，測(cè)定物質(zhì)含量的方法，其基礎(chǔ)是在電化學(xué)池中所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，主要可分為電位分析法、溶出伏安法、極譜法與伏安滴定法。電化學(xué)法具有儀器占據(jù)空間小、購(gòu)置成本低的優(yōu)點(diǎn)，但檢測(cè)過(guò)程受基體效應(yīng)的影響較大。

3.8 流動(dòng)注射法

流動(dòng)注射法是在封閉的系統(tǒng)中，將待測(cè)水樣向連續(xù)流動(dòng)的載液中斷續(xù)地注入，待二者充分混合后，進(jìn)入流動(dòng)檢測(cè)池進(jìn)行光度檢測(cè)，即可測(cè)得水中重金屬的含量。該方法由于具有分析快速、靈敏度高、重現(xiàn)性好、耗用試劑少、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于大批量樣品的分析，可實(shí)現(xiàn)多組分的同時(shí)測(cè)定，是溶液分析技術(shù)的一次技術(shù)飛躍。

4 水質(zhì)重金屬檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

我國(guó)現(xiàn)有的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和排放標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于各重金屬元素均推薦了多種測(cè)試方法，針對(duì)上述介紹的幾種檢測(cè)技術(shù)，一般來(lái)講，對(duì)于易揮發(fā)元素如砷、汞、硒、銻等，原子熒光法適用性較強(qiáng)；對(duì)于高溫元素如鋇、鈹、鉬等，電感耦合等離子發(fā)射光譜法則較原子吸收法、分光光度法靈敏，對(duì)于地表水、地下水中該類(lèi)元素的測(cè)定，該方法檢出限也基本能夠滿足相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，但質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中個(gè)別金屬元素所對(duì)應(yīng)的一類(lèi)限值較低，此時(shí)應(yīng)選擇電感耦合等離子體質(zhì)譜法。對(duì)于多元素的同時(shí)分析，電感耦合等離子發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法較其它方法更占優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

重金屬污染是危害最大的水污染問(wèn)題之一，對(duì)人體健康有著極大的危害性，因此，準(zhǔn)確測(cè)定環(huán)境中重金屬元素具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。但同時(shí)，重金屬檢測(cè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期性的工作，專(zhuān)業(yè)人員在檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)具體測(cè)試的金屬元素，選擇合適的分析技術(shù)，以得到更為精確、有效的測(cè)試結(jié)果，為環(huán)境保護(hù)及治理工作提供有力的技術(shù)依據(jù)。