重金屬檢測技術在環(huán)境水質分析中的應用探討

王 蕾

（東營興達環(huán)境檢測技術有限公司，山東 東營 257300）

中國重工業(yè)企業(yè)的蓬勃發(fā)展促進了中國經濟的快速發(fā)展，并極大地增強了我國的綜合國力，但是相應地對我國環(huán)境質量也產生了很大的負面影響。因此，水資源污染問題已經受到了大眾的重點關注。目前部分可飲用水已經遭受了嚴重的污染，這不僅在一定程度上損害了人們的身體健康，也給人們的正常生活造成了極大地困擾。比如，大批工業(yè)廢水被排放到河道中，對水資源造成污染，因此國家應重點關注對環(huán)境水質的檢測，特別是對重金屬的檢測。重金屬檢測所涉及的技術較為繁雜，傳統(tǒng)檢測方式不僅需要耗費大量的人力物力，而且檢測結果也缺乏較高的精準度。在科學技術高速發(fā)展的背景下，重金屬檢測技術也得到了進一步優(yōu)化，可以保證檢測數據的真實性與科學性。為了解決當前檢測技術存在的不足，相關部門應通過選擇更加合理的重金屬檢測技術，提高水質重金屬檢測的工作效率，并加強對水污染的管理力度。

1 檢測水中重金屬的必要性

水不僅對人類的生產生活非常重要，而且對人們的健康也至關重要，因此水資源的健康在一定程度上也影響著人身安全，特別是在當前人們越來越關注健康的形勢下，食用水源的水質安全問題越來越受到人們的重視。在當前科學技術較為成熟的背景下，通過運用重金屬檢測技術可以檢驗地下水、地表水、污水等水體中是否潛伏著對環(huán)境有害的重金屬元素。如果不對水質尤其是對地下水進行重金屬檢測，將會對生態(tài)環(huán)境乃至人體健康造成不可逆的危害。

2 水質中重金屬污染現(xiàn)狀

相關統(tǒng)計數字表明，中國在近幾年發(fā)生了30起嚴重的有毒重金屬污染事件。在我國七大水域的水質中長江流域的水域相對于其他流域的水質是最好的，但近幾年發(fā)現(xiàn)長江流域的水體檢測樣本中懸濁液及沉淀物的重金屬元素含量也嚴重超標。長江中下游一帶的情況更是令人擔憂。重金屬不僅污染了整個水體的環(huán)境，而且也破壞了水下生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境，從而威脅著海洋系統(tǒng)的生態(tài)平衡。重金屬污染會對水底藻類植物的生長產生影響，這種金屬一旦進入魚的身體并持續(xù)積累，對魚類的生育能力會產生嚴重影響，而且金屬中的重離子含量超過特定濃度，就會導致溫重魚中毒，同時，有毒的重金屬也會對人類健康造成不可逆的危害。舉例來說，鉛會抑制人類胚胎神經系統(tǒng)的發(fā)育和生長發(fā)育，容易導致骨骼疾病和癡呆情況的發(fā)生。通過分析我國不同河流的相關水文監(jiān)測數據，發(fā)現(xiàn)治理水中重金屬污染已是國內乃至全球環(huán)保工作中的重中之重。鑒于當前水質檢測過程中存在著弊端，相關部門或企業(yè)必須進一步提高檢測技術的時效性和準確度。

3 重金屬檢測技術應用的現(xiàn)狀

在工業(yè)生產企業(yè)不斷擴大工業(yè)生產規(guī)模的影響下，環(huán)境水體也遭到了很大的影響，不但給環(huán)境保護工作造成了很大的難度，給人民的健康生活也帶來了一定的威脅，尤其是重金屬污染的危害是不可逆的。所以要做好在環(huán)境水體監(jiān)測過程中的重金屬監(jiān)測，了解環(huán)境水體中是否有重金屬單質超標的狀況，以保障整體生態(tài)環(huán)境的平衡。雖然現(xiàn)階段使用的重金屬檢測技術已經相當完善，但在水質檢測過程中要獲得真實有效的檢測數據仍要花費大量的時間和精力，并且為了讓檢測數據更符合實際要求，相關部門在進行檢測時還需要將備份樣本送至專業(yè)的檢測中心，由專業(yè)技術人員出具權威的檢測報告。這一過程使水質檢測工作變得格外復雜。因此進一步調整現(xiàn)有的檢測技術體系，使其更加完善，并增強重金屬檢驗技術的準確性和實用性是非常必要的[1]。

4 重金屬檢測技術在環(huán)境水質分析中的相關運用

4.1 熒光法

熒光法是指一種光致發(fā)光的低溫發(fā)光現(xiàn)象。當一種常溫物體在通過紫外光和X光線的輻照之后，吸收光會進入受激態(tài)，從而立即產生比入射光的波長更長的楔角面發(fā)光。而入射光一旦終止，發(fā)光現(xiàn)象也就會相應消失。帶有這些特性的楔角面光，我們就叫做熒光。熒光法是一種比較先進的分析方法，其最大的優(yōu)點就是靈敏度較高，其次，熒光法的選擇性也很強。由于熒光譜既包含發(fā)射光譜也含有激發(fā)光譜，所以可有許多選擇性。此外，也因為其操作較為簡便，所以該方法在國內外水體分析方法中的運用也比較普遍。熒光分析法的使用原理和分光光度法很類似，就是當水質檢驗人員對常溫狀態(tài)下的水體進行重金屬測定時，首先要把某種光源直接射入被測定水體中，通過光源照射作用，使水體中的某些重金屬單質顯得特別活躍，光活性大大增強，重金屬單質因子狀態(tài)也會由靜止轉變成激發(fā)動態(tài)，導致穩(wěn)定性逐漸下降，而等到其重新回復到基本狀態(tài)時，便會射出出射光，這就是測定時所需要的熒光。獲得熒光后，檢驗人員就能夠直接對其進行光譜分析，并由此確定水體中的重金屬元素種類和具體濃度等信息。利用這種化合物可以與金屬離子發(fā)生氧化還原的化學反應，而金屬離子濃度越高，反應效果也越顯著，這樣就更便于工作人員對水體中的重金屬單質進行正確地定性和定量。

4.2 液相色譜分析法

液相色譜分析法是在當前環(huán)境水體監(jiān)測中使用得比較普遍且效果不錯的一種重金屬監(jiān)測技術，其最突出的優(yōu)點就是可以實現(xiàn)水體中各種重金屬的高效分離。使用液相色譜分析可以對環(huán)境監(jiān)測水體中的各種重金屬單質進行監(jiān)測，并比較快速地分析出有色重金屬的分布情況和范圍。但是，由于這種方法靈敏度還不夠高，在實際應用過程中，技術人員往往要結合另一種方法開展測試，從而能夠在保持傳統(tǒng)液相色譜分析法有效分離優(yōu)勢的同時，解決其敏感度不足的缺陷，進而極大地提高重金屬檢測的質量和效率。當前針對這種技術也做出了相關的改進措施，首先要采用離子色譜法進行測量，再采用經調節(jié)后的陽離子交換柱抑制電導測量，因而能夠在較短的時間內得到一定的測量數據[2]。

4.3 原子吸收分光光度法

原子吸收分光光度法運用的是光學基本原理。原子吸收光譜儀是指呈氣態(tài)的自由原子對同類原子輻射出的特征譜線所具有的吸收現(xiàn)象，也就是說是根據被測元素的基態(tài)原子對其共振輻射的吸收強度來測定該元素的含量。原子吸收是以測定原子蒸氣中基態(tài)原子對同種原子特征輻射的吸收為依據，就是每一種元素的原子都可以發(fā)射一系列的特征譜線，還可以吸收與發(fā)射線波長相同的特征譜線。當光源發(fā)射的特征波長的光通過原子蒸氣時，即入射輻射的頻率等于原子中的電子由基態(tài)躍遷到高能態(tài)所需的頻率時，原子的外層電子會選擇性吸收其同種元素發(fā)射的特征譜線，使入射光減弱。由于所有元素中的原子結構和外層電子的排布不同，由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)吸收的能量也不同，因此各元素就具有了不同特征的共振吸收線，從而對輻射的吸收都是具有選擇性的。原子吸收光譜儀根據原子化的不同又分為火焰原子吸收光譜儀（采用火焰燃燒式的原子化）、石墨爐原子吸收光譜儀（采用電加熱方法原子化）、氫化物發(fā)生器原子吸收光譜儀（采用產生的氣態(tài)氫化物導入原子化器進行原子化）。原子吸收分光光度法也是目前使用范圍較廣、靈敏度較高且具有較多選擇性的方法，該方法可以更快捷地完成重金屬物質的檢驗工作。

通過對石墨爐原子化法與火焰原子化法相比較可知：石墨爐原子吸收光譜儀是采用電加熱方法進行原子化，是利用電流直接加熱石墨爐達到高溫（2 000～3 000 ℃）使被測元素原子化的方法，可在原子化過程中采用直接進樣和程序升溫排除干擾并且使被測元素原子化。該方法有以下優(yōu)點：（1）最大優(yōu)點是注入的試樣幾乎可以完全原子化，特別是對于易形成耐熔氧化物的元素，由于沒有大量氧氣存在，并由石墨提供了大量碳，所以能夠獲得較好的原子化效率。（2）原子在光路中的停留時間長，絕對靈敏度高?；鹧嬖踊ǖ幕鶓B(tài)原子在光路中停留的時間短，部分基態(tài)原子在火焰冷區(qū)域會重新結合成單氧化物、單氫氧化物和雙金屬氧化物。（3）用樣量少，可直接分析固態(tài)樣品，如塑料，纖維。而火焰原子化法則需要試樣為液態(tài)或氣態(tài)，使其與燃氣一起噴出。石墨爐原子化法的缺點也較為明顯：（1）共存化合物的干擾比火焰原子化法大。當共存分子產生的背景吸收較大時，要調節(jié)灰化溫度及時間，使背景分子吸收不與原子吸收重疊，并使用背景校正方法進行校正。（2）由于取樣量少，進樣量及注入管內位置變動都會引起偏差，因而重現(xiàn)性要比火焰法差?；鹧嬖游展庾V法是基于氣態(tài)的基態(tài)原子外層電子對紫外光和可見光范圍的相對應原子共振輻射線的吸收強度來定量被測元素含量的分析方法，是一種測量特定氣態(tài)原子對光輻射吸收的方法。當輻射投射到原子蒸氣上時，如果輻射波長相應的能量等于原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需要的能量時，則會引起原子對輻射的吸收，產生吸收光譜?；鶓B(tài)原子吸收了能量，最外層的電子產生躍遷，從低能態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。該方法具有穩(wěn)定、重現(xiàn)性好、背景發(fā)射噪聲低、應用較廣及基體效應及記憶效應小的優(yōu)點。缺點為原子化效率低（一般低于30%）、靈敏度低，且只能以液體的形態(tài)進行。這兩種方法在現(xiàn)實應用過程中測試的靈敏度差別都較大，因而有選擇性地選取原子化方式可以保障環(huán)境水質分析中有毒重金屬檢測工作能夠快速準確地進行[3]。

4.4 生物化學分析法

生物化學分析法是當前科學研究價值較高、在水質重金屬測定中話題率較高，并且效果突出的一項方法。目前生物化學分析法一般包括酶分析法和免疫學分析法二類。酶分析法一般是利用水源中重金屬可以損害酶活性中心的重要結構，進而影響酶的活性，從而減少在基質中的反應速度。該方法可利用顯色劑顏色的改變或電導率的改變來反映水質中的重金屬濃度，工作人員可以利用具體的測定數據分析得出水源中重金屬的分布區(qū)域和總量。而當前最常見的蛋白質酶一般是過氧化物酶、脲蛋白酶和葡萄糖氧化酶等。免疫分析法一般是運用抗原與抗體產生的特殊反應來實現(xiàn)重金屬的測定，主要優(yōu)點是敏感度高、選擇性強，重金屬分子還可以與其合適的絡合物進行結合，從而產生特殊的化學結構，將這種特殊結構與抗原或抗體進行融合，就會產生特殊的化學反應，有助于工作人員進行定量分析[4]。

4.5 電化學分析法

電化學分析法是現(xiàn)代儀器設備分析方法的主要部分，它是基于在水溶液中待測物的電特性和規(guī)律，以及在電導、電位、功率、電流等電學物理性質和被測物中某種量間的測量關系為基礎創(chuàng)立的，對組分實行量化和定性的儀器設備統(tǒng)計分析的方法，亦稱為電分析化學法。電化學分析法具有精準性高、靈敏度高、相關設施簡單易用、性價比高、適用范圍較為全面的特點。因此，通過伏安法分析環(huán)境水體的重金屬濃度，不會對水體產生二次污染，且方法比較安全，抗干擾能力也較強。電化學方式與其他的檢測方法相比，能夠更加精確地測量水域中游離的金屬離子，同時還可以更有效地降低金屬鹽分對檢測結果的影響，因此使環(huán)境監(jiān)測水體質量的分析結果更加全面、科學。目前，該方法還與強大的數據挖掘技術進行了融合，并構建了重金屬水體污染數據分析池，將構成獨特的水體環(huán)境信息檔案，為今后水環(huán)境治理的進一步研究奠定了良好的基礎。

4.6 重金屬流動注射分析檢測法

重金屬流動注射分析檢測法也屬于金屬流動注射分析技術的一種，這種技術對裝置的要求相當低。該技術在逐漸發(fā)展的過程中已經開始向智能化發(fā)展，可以確保樣品以比較平穩(wěn)的速率進行流通，從而為化學反應的進行創(chuàng)造了一個比較良好的環(huán)境。自動化技術可以大大提高樣品的處理效果，精簡各項操作的步驟，盡量減少人為操縱過程，從而可以減少許多人為造成的影響試驗結果的原因，增加了土壤中重金屬流動注射分析測試技術使用時間的精確度，大大提高了測試效果和檢驗品質。所以，該技術被更多地應用于更加重要的環(huán)境水質測試工作中，并大幅減少了水量的耗費，同時還可以保證試驗結果的有效性[5]。

4.7 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法也是金屬光譜化學分析法中的一種測試方式，簡單而言就是將電感耦合等離子炬作為測試的激發(fā)光源，分析樣品中各金屬單質的濃度。因為這種方式的敏感度極高，且受其他因素的影響也較小，較多被用于微粒數及痕量重金屬單質的測試工作中，并且也可以得出比較精確的數值。另外，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法也可以同時測試并分析多個元素。不過，由于在實際使用過程中，環(huán)境水體中重金屬元素的濃度不能過高，所以盡管該種方法靈敏度很高，但在實際測試過程中仍然會產生一定影響。因此為了提高測試結果的準確性，就必須結合原子分離與富集技術，通過增加各微量元素在環(huán)境水體中的富集量，提高該方法測試的準確性，這從一定程度上拓展了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的使用范圍，并克服了該種方法的缺點，進一步提高了測試結果的準確度與有效性。

5 結語

重金屬已經成為我國工業(yè)化發(fā)展中工廠常見的廢棄能源，對自然環(huán)境的污染是十分巨大的。為了更好地保障水質，必須通過多種重金屬監(jiān)測技術及時對水體進行監(jiān)測，以幫助有關研究人員更清晰地掌握重金屬在水體中的含量以及分布范圍，更高效地對水體中的重金屬進行處理，從而保護好生態(tài)平衡。因此，我國目前需要不斷創(chuàng)新水體中重金屬監(jiān)測技術，不斷提高檢測水平，這將有助于進一步提高測定結果的準確性，從而可以采取更加合理的措施控制水污染。