探析水環(huán)境中的重金屬監(jiān)測方法

胡世駿

摘 要：重金屬檢測是研究水環(huán)境污染程度的重要指標(biāo)之一，本文詳細(xì)分析了電感耦合等離子體法、生物化學(xué)方法、原子吸收光譜法等水環(huán)境中的重金屬檢測的常用技術(shù)。在實(shí)際的水環(huán)境中重金屬的監(jiān)測，必須依照需求的測試結(jié)果，有針對性的選擇滿足需求的儀器和方法，具體問題具體分析，為生產(chǎn)實(shí)際提供監(jiān)測服務(wù)。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境 重金屬 監(jiān)測方法

1、水環(huán)境中重金屬污染情況

我國地大物博，水資源比較豐富，河流和湖泊也很多。但是近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)化的程度進(jìn)一步加大，人們在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、振興工業(yè)的同時(shí)忽略了保護(hù)水資源環(huán)境。水污染對很多地區(qū)的河流和湖泊都產(chǎn)生了不同程度的影響，其中水環(huán)境中的重金屬的污染尤為嚴(yán)重，重金屬污染恢復(fù)的難度非常大，對我國的水環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害?！?015年中國環(huán)境狀況公報(bào)》指出：“我國的26個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測湖泊巢湖、滇池、達(dá)貴湖、太湖、洪澤湖、白洋淀、南四湖、鏡泊湖、玄武湖、東湖、松花湖、嚼山水庫、鄱陽湖、洞庭湖、博斯騰湖、于橋水庫、大伙房水庫、董鋪水庫、大明湖、昆明湖、西湖、密云水庫、門樓水庫、丹江口水庫和千島湖中W類、V類和劣V類水質(zhì)達(dá)到77%”。我國的七大水系中長江的總體水質(zhì)最好，但是在監(jiān)測長江水樣的各個(gè)指標(biāo)中，不論是沉淀物和懸浮物，Pb、Cu、N i、Zn、Cr、Co、VA s、和Ti等重金屬的含量都存在嚴(yán)重超標(biāo)的現(xiàn)象。其他水系的重金屬污染也比較嚴(yán)重。

工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，導(dǎo)致了土壤、大氣、水環(huán)境中含有大量的重金屬。金屬冶煉、礦山開采、施用農(nóng)藥化肥、化工生產(chǎn)廢水和生活垃圾等各種人為因素的污染，還有地質(zhì)風(fēng)化、侵蝕等自然因素的污染都會(huì)導(dǎo)致重金屬以各種形式進(jìn)入到水體中。重金屬在環(huán)境中代謝速度非常慢、重金屬的毒性非常大、重金屬被生物富集后非常容易產(chǎn)生生物放大的效應(yīng)，水環(huán)境的重金屬污染已經(jīng)嚴(yán)重威脅到居民的健康和水生生物的生存問題。隨著水環(huán)境中的重金屬污染問題嚴(yán)重，重金屬的分析技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，很多方法都已經(jīng)應(yīng)用在重金屬含量檢測的實(shí)際工作中，檢測的準(zhǔn)確性和靈敏度也得到很大的提高。目前常用的重金屬分析方法有電感藕合等離子體法、原子吸收光譜法、溶出伏安法、原子熒光光譜法、免疫分析法、生物酶抑制法和生物化學(xué)傳感器法等。文章描述近幾年水環(huán)境中的重金屬檢測方法。

2、水環(huán)境中重金屬監(jiān)測技術(shù)

2.1 電感耦合等離子體法

電感耦合等離子法在監(jiān)測水環(huán)境中重金屬中的具體方法主要包括ICP-MS和ICP-AES方法。ICP-MS法的主要原理是通過電感耦合等離子體法來氣化樣品，使得被測的重金屬元素滲入質(zhì)譜，并且對荷質(zhì)比進(jìn)行定量檢測分析。ICP-AES法運(yùn)用高頻感應(yīng)電流的高溫對反應(yīng)氣相進(jìn)行加熱及電離等操作，并依據(jù)元素的不同特征譜線進(jìn)行在線監(jiān)測。ICP-MS法最初在發(fā)達(dá)國家環(huán)境監(jiān)測中得到了廣泛的使用，后來我國也加大力度開發(fā)和使用該項(xiàng)技術(shù)。ICP-MS法打破了以往其他監(jiān)測方法的限制和缺陷，慢慢變成通用度最高的標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測方法。同時(shí)，監(jiān)測設(shè)備輕便便于攜帶，也給基層的操作人帶來了諸多便利，這逐步解決了野外監(jiān)測工作人員監(jiān)測困難的問題，因此ICP-MS法在水環(huán)境重金屬元素的監(jiān)測領(lǐng)域中運(yùn)用非常廣泛。

2.2生物化學(xué)方法

（1）生化傳感器

生物傳感器的原理是將生物識(shí)別物質(zhì)和待測的物質(zhì)互相關(guān)聯(lián)，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可輸出的光、電等多種不同的信號(hào)，包含酶傳感器、免疫傳感器、微生物傳感器等。生物化學(xué)傳感器法近幾年在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用越來越廣泛。

采用堿性磷酸酶電導(dǎo)傳感器來監(jiān)測水環(huán)境中的重金屬離子，電導(dǎo)監(jiān)測是采用交叉金電極產(chǎn)生10mV的小振幅電壓，輸出信號(hào)從前置放大器傳播到鎖相的放大器。磷酸對硝基苯酯產(chǎn)生催化的作用，催化作用可以顯著改變電導(dǎo)率，發(fā)生反應(yīng)的時(shí)間都<1 min?？梢愿牧紗稳苣z膜技術(shù)，將其制作成光纖傳感器，溶膠內(nèi)部聚乙烯醇，來改善尿素酶的催化作用，上述方法可以檢測水環(huán)境中的銅、汞、銀等元素，檢出限達(dá)微克/升級(jí)別。

（2）免疫分析法

免疫分析法是比較先進(jìn)的監(jiān)測重金屬的方法。該方法具有費(fèi)用低、方便、易于操作、節(jié)省時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，非常適合進(jìn)行現(xiàn)場快速監(jiān)測。重金屬離子的免疫分析法具有多克隆抗體免疫監(jiān)測、單克隆抗體免疫監(jiān)測。依據(jù)福所和鑰孔血藍(lán)蛋白整合成螯合劑，采用單克隆抗體免疫法來監(jiān)測水環(huán)境的鎘含量，和其他離子的反差率很小。

（3）酶抑制法

通過產(chǎn)生酶活性的物質(zhì)和重金屬的離子互相結(jié)合，使酶物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生巨大的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而引起酶活性降低，使得底物中的酶的電導(dǎo)率、PH、吸光度和顯色劑色彩發(fā)生明顯的變化，監(jiān)測上述變化可以確定重金屬離子在水中的具體含量為多少。相比其他的監(jiān)測手段，該方法的優(yōu)點(diǎn)是便利、快速、成本低廉等，非常適合重金屬監(jiān)測的現(xiàn)場操作。

2.3原子吸收光譜法

原子吸收光譜法的原理是依據(jù)蒸汽相中的被測元素的基態(tài)原子對該原子產(chǎn)生的共振輻射的吸收能力強(qiáng)弱來檢測試樣中該元素含量的一種監(jiān)測方法。依據(jù)不同的樣品形態(tài)和不同的待測元素，可選擇石墨爐原子吸收光譜法、火焰原子吸收光譜法、冷光源原子吸收光譜法和電熱原子吸收光譜法。水環(huán)境的重金屬的含量級(jí)別屬于超痕量和痕量級(jí)別，因此對中金屬元素進(jìn)行富集作用才能進(jìn)行原子吸收分析工作。Zeng等專家采用空纖維膜萃取技術(shù)富集和分離水中的鉛元素，運(yùn)用含有小型的鎢絲的ETAAS法測定水中含有的痕量的鉛，其回收率達(dá)96%-109%。Mousavi[1]等專家運(yùn)用流動(dòng)注射CVAAS法來監(jiān)測廢水中汞的含量，其檢出限是3 ng/L，與標(biāo)準(zhǔn)偏差比較低40%，這種方法可以防止鈉、鉀、鉛、銅、鎳、鐵和錳離子對監(jiān)測離子的干擾作用，常用于檢測廢水中的汞含量。Candir等[2]專家運(yùn)用非鰲合物濁點(diǎn)萃取的FAAS法監(jiān)測水樣中的鉛、鉻、鎳、銅等重金屬元素，同時(shí)采用非離子型表面活性劑富集了水中的重金屬離子，原子吸收光譜法不僅在水質(zhì)重金屬內(nèi)廣泛應(yīng)用，也可以在藥物中和食品中檢測重金屬中使用。這種方法的優(yōu)點(diǎn)有精準(zhǔn)度高、容易操作、回收率非常高、多金屬同時(shí)進(jìn)行富集等，經(jīng)過富集作用，能監(jiān)測出檢出限和相對的標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.2μg/L和6.2%的鉻元素，鉛和鎳的相對的標(biāo)準(zhǔn)偏差和檢出限分別是7.2%和1.3μg/L，其回收率約為82%-102%之間。

3、結(jié)論

研究先進(jìn)的多金屬監(jiān)測技術(shù)是檢測水環(huán)境中重金屬含量和保護(hù)水環(huán)境的重要前提和保障。我國逐步研究出很多精準(zhǔn)度高、檢測速度快、靈敏度非常好、操作簡單方便的重金屬檢測的儀器和方法。本文重點(diǎn)描述了多種重金屬監(jiān)測的具體方法各方法都有一定的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際的重金屬監(jiān)測的操作過程中可以依據(jù)自己需要進(jìn)行選擇合適的檢測方法。比如ICP-MS法和AAS法的優(yōu)點(diǎn)都是靈敏度非常高，可以將水環(huán)境中的所有重金屬都進(jìn)行在線監(jiān)測，但是缺點(diǎn)也比較明顯，在現(xiàn)場監(jiān)測前必須進(jìn)行樣品的前期處理，檢測的過程也非常復(fù)雜，在線監(jiān)測和現(xiàn)場監(jiān)測的難度會(huì)很大，上述方法的相關(guān)儀器和設(shè)備的維護(hù)使用的精度要求和對適合安裝的周邊環(huán)境的要求也非常高。文中講述的生物化學(xué)的一些監(jiān)測方法具有儀器輕便，便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)，非常適合現(xiàn)場監(jiān)測的要求，但是生物化學(xué)的檢測方法儀器的靈敏度低、測試的準(zhǔn)確度不高，能檢測有限的幾種金屬。

參考文獻(xiàn)

[1]王建偉，朱金偉，楊子恒，岳立. 原子熒光光譜法在水環(huán)境重金屬在線監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 分析儀器，2017，（02）：74-77.

[2]蔡巍. 水環(huán)境重金屬檢測微傳感器及自動(dòng)分析儀器的研究[D].浙江大學(xué)，2012.endprint