水環(huán)境中重金屬的檢測技術(shù)研究

王 穎，曹思卉

（上海市中檢集團理化檢測有限公司，上海 200436）

1 研究背景

水是人類生命的源泉，也是地球上最常見的物質(zhì)之一，地球有72%的表面被水覆蓋。它是包括動植物在內(nèi)所有生命生存的重要資源，是人類生命結(jié)構(gòu)的最基本物質(zhì)，也是人體最重要的組成部分。由此看來，水資源對于人類存活繁衍具有重要意義。然而，隨著化工產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，水環(huán)境中的重金屬污染儼然成為一個極其嚴(yán)重的問題，研究水環(huán)境中重金屬的檢測技術(shù)是保護(hù)水資源的重要前提條件。

2 水環(huán)境中的重金屬概述

水體環(huán)境中的重金屬污染按類型主要可以分為點源污染和非點源污染。點源污染包括印染、農(nóng)藥、采礦、電鍍等工業(yè)生產(chǎn)活動產(chǎn)生的“三廢”排放；非點源污染包括農(nóng)藥、被污染的灌.溉用水.和汽車尾氣。研究發(fā)現(xiàn)，地下水中的汞主要是由長期灌水污染引起的，而受污染地區(qū)的As、Cu等都是由附近的工業(yè)活動引起的。有些元素目前還未歸類為重金屬。例如，砷雖然沒有被人類認(rèn)定為重金屬，但其來源和危害與重金屬相似，所以通常都被納入重金屬范疇進(jìn)行研究和討論[1]。水環(huán)境中的重金屬污染有兩個特點，一是污染源多，二是難以恢復(fù)。因此，為了及時控制水環(huán)境中的重金屬污染，一方面有必要對水環(huán)境的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測，另一方面提高污水的治理技術(shù)也迫在眉睫。

3 水環(huán)境中的重金屬檢測技術(shù)

3.1 傳統(tǒng)的檢測方法

3.1.1 原子熒光光譜法

原子熒光光譜法（AFS）是介于原子發(fā)射光譜法（AES）和原子吸收光譜法（AAS）之間的光譜分析技術(shù)。它的基本原理是基態(tài)原子（一般氣態(tài)）通過吸收適當(dāng)特定頻率的輻射而被激發(fā)到高能狀態(tài)，然后在激發(fā)時以光輻射的形式發(fā)射出具有特征波長的熒光[2]。

3.1.2 溶出伏安法

溶出伏安法又稱反溶出極譜法。在這種方法中,測量物質(zhì)由極譜測定離子生成的潛在限制電解鋁當(dāng)前.一段時間,然后改變電極的潛力,使溶解物質(zhì)可以富集在電極和定量分析可以根據(jù)獲得的剝離過程的伏安曲線分析[3]。

3.1.3 原子吸收法

原子吸收分光光度法的測量對象是原子態(tài)的金屬元素和部分非金屬元素。當(dāng)元素?zé)舭l(fā)射的特征譜線穿過被測物體霧化產(chǎn)生的原子蒸汽時，被被測元素的基態(tài)原子吸收在蒸汽中。測試樣品中待.測元素的含量是通過測量輻射光強減弱程度來計算的[4]。

3.1.4 生物化學(xué)法

在生化方法中，水凈化時間檢測是廢水處理中最重要的方法之一，主要采用酶抑制法和免疫分析法對水中重金屬元素進(jìn)行分析和檢測。顧名思義，酶抑制過程是利用甲基巰基與水中金屬離子的結(jié)合，抑制水中的酶活性，促進(jìn)金屬元素電導(dǎo)率和pH值的變化，檢測環(huán)境水中的純凈水。其檢測原理是通過改變金屬原子的酶活性來控制純化水元素的電導(dǎo)率和pH值，進(jìn)而分析金屬元素的組成。免疫分析法是指利用抗體監(jiān)測金屬元素的變化，以分析水中的金屬元素。生物化學(xué)檢測技術(shù)具有檢測性能優(yōu)異、檢測效率高、環(huán)保性好、操作簡單等優(yōu)點。生化法在重金屬水質(zhì)檢測中不會對水造成二次污染，具有良好的應(yīng)用效果[5]。

3.1.5 電化學(xué)法

電化學(xué)方法是一種基于電化學(xué)反應(yīng)的重金屬水質(zhì)檢測方法，利用了金屬元素的電化學(xué)性質(zhì)。不同的金屬元素在電化學(xué)反應(yīng)下具有不同的性質(zhì)。這些金屬元素在電化學(xué)反應(yīng)中的差.異是評價該地區(qū)與水質(zhì)有關(guān)的金屬元素組成的基礎(chǔ)。應(yīng)用電化學(xué)方法檢測環(huán)境水中的重金屬，需要定義一個統(tǒng)一的水質(zhì)標(biāo).準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)。因此，在實際應(yīng)用中存在很多局限性，限制了.針對環(huán)境水質(zhì)的重金屬水質(zhì)的檢測范圍[6]。

3.1.6 液相色譜法

液相色譜法是利用液相色譜儀檢測環(huán)境水中的重金屬元素。液相色譜儀具有從水中分離重金屬的功能，常用于測定各種離子的含量，廣泛應(yīng)用于水、紙漿和漂白劑、食品分析、生物流體、鋼鐵和環(huán)境分析等各個領(lǐng)域[7]。

3.1.7 流動注射法

流動注射分析是一種用流量測量試劑流量的方法，即用聚四氟乙烯管代替燒杯和容量瓶，用流動注射.法進(jìn)行分析。檢測試劑采用恒流泵，通過內(nèi)徑為0.5mm～1mm的聚四氟乙烯管，中間設(shè).有注射部件（旋轉(zhuǎn)閥），用.于注射微升樣品，使樣品在混合環(huán)中發(fā)生反應(yīng)。流動注射法是檢測地表水中氮含量的重要方法，也是檢測磷、硫等金屬元素的常用方法[8]。

3.2 新型檢測方法

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新研究和新技術(shù)的應(yīng)用，水環(huán)境中重金屬元素的檢測不斷創(chuàng)新，目前已開發(fā)出其他種類的新檢測方法，例如酶抑制法，生物傳感器法和免疫分析法。

3.2.1 酶抑制法

舉例說，酶會被重金屬離子改變它的結(jié)構(gòu)和特性，減少酶的活動，使酶系統(tǒng)內(nèi)部元素，例如酶在顏色上發(fā)生變化、電導(dǎo)率和吸光度方面發(fā)生變化。雖然這種方法和傳統(tǒng)的技術(shù)都不那么敏感而且客觀[9]，測試的速度和持久性對現(xiàn)場檢測來說也是非常合適的，但相較于傳統(tǒng)檢測技術(shù)而言，其檢測需求靈敏度較低。也可能沒那么準(zhǔn)確。

3.2.2 生物傳感器法

生物傳感器操作非常方便，靈敏度高，能夠迅速檢測水中的Hg、Cu等離子體。

3.2.3 免疫分析法

重金屬離子免疫學(xué)測定優(yōu)勢明顯，比傳統(tǒng)測定方法更省時間，節(jié)約成本，提高測.定效率，操作簡便，現(xiàn)場操作簡便。重金屬離子的免疫測定是抗體測定，具體包括.多克隆抗體和單克隆抗體兩種，具體的測定方法是免疫傳感器測定、熒光偏振免疫測定、酶免.疫吸附測定。這些測.定方法都取得了良好的效果，但單克隆抗體的測定方法有更廣泛的應(yīng)用，總體上單克隆抗體在這些測定方法中更加突出。

4 水環(huán)境中重金屬檢測技術(shù)的分析實例

依據(jù)HJ168-2010環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制定技術(shù)導(dǎo)則對水環(huán)境中重金屬檢測技術(shù)進(jìn)行精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行驗證。該實例采用HJ 694-2014原子熒光法對水質(zhì)中重金屬汞、砷、硒、鉍和銻的測定，使用儀器AFS-8220原子熒光光度計。

（1）儀器參考測定條件。

表1 儀器測定參考條件

（2）標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)系列配制。

表2 標(biāo)準(zhǔn)系列質(zhì)量濃度 單位：μg/L

（3）重金屬汞、砷、硒、鉍和銻的準(zhǔn)確度與精密度的驗證。

表3 各元素準(zhǔn)確度與精密度的驗證 單位：μg

（4）實驗論述。采用HJ 694-2014原子熒光法對水質(zhì)中重金屬汞、砷、硒、鉍和銻的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行測定驗證。綜上所述，標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.001～0.006。相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.34～5.83。

5 結(jié)語

重金屬水環(huán)境檢測在環(huán)境水質(zhì)分析中的重要性在于了解污水中的金屬成分和金屬含量，描述水質(zhì)對環(huán)境的污染程度，從而找到更合適的方法來科學(xué)地控制水污染和水污染問題。目前，生化法、流動注射法、原子吸收法、熒光法、電化學(xué)法和液相色譜法可以為環(huán)境水質(zhì)分析中的重金屬提供準(zhǔn)確的檢測方法，可以確定水中重金屬的組成和含量。為了提高環(huán)境水污染控制的效果，建議加大對重金屬水質(zhì)檢測技術(shù)，多樣化的重金屬水質(zhì)檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用推廣，利用天然水中的重金屬進(jìn)行檢測，以提高檢測精度，從而改善重金屬水質(zhì)并有效處理水污染。