深入分析水環境及重金屬污染的檢測方式研究

□（遼寧省本溪水文局水環境監測中心）

深入分析水環境及重金屬污染的檢測方式研究

□萬太斌（遼寧省本溪水文局水環境監測中心）

水作為人類生存與發展中不可或缺的資源之一，其重要性不言而喻，我國地大物博，水資源相對比較豐富。然而，由于人口基數較大，致使人均水資源占有量較少。近年來，隨著中國大力發展經濟，對自然生態環境造成了一定程度的破壞，水環境污染問題隨之加劇，這已經影響到了中國的持續發展。為此，對水環境污染問題進行深入分析尤為必要。文章首先簡要分析了水環境污染問題，在此基礎上對水環境重金屬污染的檢測方式進行論述。

水環境；污染；重金屬檢測

1 中國水環境污染問題分析

國家環保總局的調查統計結果顯示，中國各大主要河流的水環境問題以有機物污染為主，關鍵性的污染指標如下：氨氮、高錳酸鹽、揮發酚等，污染程度較為嚴重的河流水域包括長江、珠江、松花江、黃河、海河、淮河、遼河。水利部門的調查報告顯示，在調查的100 000 km河流水域當中，受污染的接近50%左右，有近40%的河流與漁業水質標準的要求不符，還有一少部分河流中的魚蝦已經基本絕跡。國內大部分湖泊的水體呈現出明顯的富營養化特征，總磷和總氮是主要的污染指標。在對國內200余個城市的地下水進行監測后得出如下結果：其中有97%左右的城市地下水受到了不同程度的污染，有近40%左右的城市地下水污染情況不斷加劇。近海海域也受到了一定的污染，其中東海的污染情況最為嚴重，渤海次之，南海的水質相對較好。下面重點對水環境的重金屬污染問題進行深入、具體的分析。

1.1 水環境重金屬污染的主要來源

所謂的水環境重金屬污染具體是指排入到水體當中各類重金屬物質的總量超過了水體本身的自凈能力，由此導致水的性質出現了一定程度的變化，直接影響了水環境中各種生物的生存條件，間接影響了人類的健康。大體上可將重金屬污染的來源歸納為兩個方面，一方面源于自然，如：巖石經過風化之后所產生出來的碎屑物質等；另一方面源于人為，如：冶煉、采礦、金屬加工、化工生產、電子、染料、農藥等。在這兩個方面的雙重作用下，各類重金屬元素在不同的環境介質當中不斷地發生遷移變化，由此形成了極為嚴重的二次污染。

1.2 重金屬污染的主要危害

目前，重金屬污染已經成為水環境最為嚴重的污染問題，由于重金屬元素本身都具有一定的毒性，容易囤積在生物體內，部分重金屬無法降解，若是水中的生物吸收后，則會通過食物鏈危害到動物和人類的健康。

對水生植物的危害。重金屬元素會使水生植物的代謝紊亂，當與其體內的蛋白質、核酸等分子結合之后，會導致生物的活性下降。當Hg、Pb、Cu、Cd、Zn等重金屬濃度過高時，會嚴重危害水生植物的健康。

對水生動物的危害。對于水環境而言，Hg是污染最為嚴重且毒性最強的一種重金屬元素，它的化合物甲基汞危害最大；Cd具有超強的生物蓄積能力，容易誘發水生動物主要臟器腫大，如肝腎等，同時還會對水生動物腦部乙酰膽堿酯酶的活性造成影響；Pb會破壞細胞組織，造成細胞的存活能力降低，嚴重時會對水生動物的生殖功能造成影響。

對人體的危害。在各類重金屬元素中，對人體危害最大的有Hg、Pb、Cd、As和Cr，上述重金屬元素基本不會在水中被分解，并且還會與水中的其它毒素生成毒性更加巨大的有機物或無機物，當其被人體吸收之后，毒性會成倍放大，對人體的器官組織會形成嚴重的破壞。如Hg會對神經系統造成危害，Cd會誘發心腦血管疾病，Cr對皮膚組織具有腐蝕性，容易造成皮膚表面潰爛，Pb會損傷人體的腦細胞，As會引起神經及消化系統障礙。

2 水環境重金屬污染的檢測方式

目前，對水環境當中的重金屬污染檢測較為常用的方法有分光光度法、原子光譜法和溶出伏安法，在這3種檢測方法中，溶出伏安法的應用優勢最為突出，主要體現在檢測成本低、檢測儀器簡單、操作方便、響應時間快、檢測下限低等，鑒于此，本文運用該方法對水環境中的Cu、Pb、Cd、Zn4種重金屬進行檢測分析。

2.1 鍍汞電極的選取

相關研究結果表明，汞膜的厚薄程度對電極的檢測能力、靈敏度以及溶出峰形具有一定的影響，故此在采用溶出伏安法對重金屬污染進行檢測的過程中，對汞膜厚度的控制顯得尤為重要，這直接關系到檢測結果的準確性。雖然采用沾汞電極較為簡單，但汞膜的厚度卻很難控制，無法獲得良好的重現性，而鍍汞電極由于鍍汞的條件統一，獲得汞膜的差異較小，因此可以確保良好的重現性。目前，較為常用的電極有以下幾種：銀基電極、玻碳電極、鉑金電極等，就上述幾種電極在相同的條件下分別進行鍍汞，利用鍍好汞膜的電極分別對Cu、Pb、Cd、Zn進行檢測，通過檢測結果的比較，進行鍍汞電極的選取。4種電極經過鍍汞之后，銀基與玻碳兩種電極可以同時檢測出Cu、Pb、Cd、Zn，并且能夠得到較好的峰形，而鉑金電極鍍汞之后，雖然也能同時檢測出Cu、Pb、Cd，但峰形相對較差，故此可將鉑金電極排除。剩余兩種電極在鍍汞之后都具有良好的檢測性能，通過對比試驗，玻碳電極的靈敏度要高于銀基電極，并且前者的溶出伏安峰曲線線形要更好一些，故此，本次試驗中，決定選用玻碳電極。

2.2 檢測儀器與主要試劑

本次檢測中選用國內某公司生產的CHI660A電化學工作站作為主要檢測設備，輔助儀器為磁力攪拌器，工作電極為玻碳鍍汞電極，參比電極為銀/氯化銀電極。Cu、Pb、Cd、Zn標準溶液全部采用高純度金屬經過濃硝酸溶解之后制成，所有試驗用水均為離子水，除鹽酸和硝酸為優級純之外，其余試劑全部為分析純。

2.3 實驗參數設置

本次試驗采用差分脈沖陽極溶出伏安法，對水中Cu、Pb、Cd、Zn進行檢測，具體的參數設置如表1所示。

表1 基本參數表

2.4 試驗方法

在試驗過程中，先向汞膜工作電極施加一個負電位，此時，溶液當中被測的金屬離子，將會被還原在汞膜電極上，由此會形成汞齊，并在靜置一定的時間后，反向施加掃描電壓，此時被還原的金屬會按照一定次序從形成的汞齊上氧化溶出，并進入到溶液當中，隨后對整個溶出過程的I-V曲線進行記錄，由此便可獲得溶出伏安曲線，按照該曲線當中溶出電流峰的出峰電位及峰高便可進行定性與定量分析。

2.5 實驗結果與討論

根據預先確定好的實驗條件，對Cu、Pb、Cd、Zn標準溶液進行配制，分別對不同濃度下Cu、Pb、Cd、Zn的峰電流進行測定，以此為據，對工作曲線進行繪制，具體如圖1所示。

圖1 Zn、Cd、Pb、Cu、的標準工作曲線圖

由實驗結果可知：-1.20V附近是Zn的溶出伏安峰，在5～1 000范圍內，峰電流與Zn濃度之間具有良好的線性關系，按照線性回歸方程，可計算出線性相關系數為99.81×10-2；-0.77V附近是Cd的溶出伏安峰，在1～500范圍內，峰電流與Cd濃度之間具有良好的線性關系，依據線性回歸方程，可計算出線性相關系數為99.98×10-2；-0.58V附近是Pb的溶出伏安峰，在2～800范圍內，峰電流與Pb濃度之間具有良好的線性關系，根據線性回歸方程，可計算出線性相關系數為99.93×10-2；-0.17V附近是Cu的溶出伏安峰，在5～500范圍內，峰電流與Cu濃度之間具有良好的線性關系，根據線性回歸方程，可計算出線性相關系數為99.99×10-2。分別取Cu、Pb、Cd、Zn濃度為40的溶液進行連續測定，次數為5次，得出相對標準偏差為6.20%、3.30%、5.30%、4.80%，由該結果可以看出，整個實驗過程具有較好重現性。隨后對試劑空白進行10次測定，并計算出檢出限，得出Cu、Pb、Cd、Zn的檢出限分別為1.10、0.80、0.50、2.80。

3 結語

綜上所述，文章在簡要分析水環境污染問題的基礎上，運用溶出伏安法對水環境中的Cu、Pb、Cd、Zn 4種重金屬進行了檢測分析，結果表明，該方法能夠準確對水中的Cu、Pb、Cd、Zn進行檢測。在未來一段時期，應當加大對水環境重金屬檢測方法的研究力度，在現有方法的基礎上進行改進和完善，使其能夠更好地為水環境污染防治服務。

［1］張雷，秦延文，馬迎群等.大遼河感潮段及其近海河口重金屬空間分布及污染評價［J］.環境科學，2014(8)∶87-89.

［2］張子安.水中重金屬的檢測與分析-以珠江水系的支流為例［J］.水質監測技術，2015(3)∶43-45.

TP212.2

A

1673-8853（2017）01-0082-02

2016-11-07

（編輯：韋詩佳）

萬太斌，（1980-）男，工程師，主要從事水環境監測及水質化驗工作。