ICP-OES與icELISA在電鍍廢水中溶解態鎘測定中的比較

(溫州市鹿城區環境監測站， 溫州 325000)

電鍍廢水中含有各種重金屬元素且濃度較高，部分重金屬元素屬于第一類污染物。因此國家規定須在車間排放口設置永久性監控采樣點。為了加強我省電鍍污染物排放控制，減少和削減重金屬污染物，保護和改善水環境質量，促進電鍍工藝和污染治理技術的進步，浙江省于2018年9月出臺了《電鍍污染物排放標準(征求意見稿)》[1]，其中規定總鎘的排放限值為：太湖流域0.01mg/L，非太湖流域0.03mg/L。

電鍍廢水各項重金屬指標采用地方標準推薦監測方法，總鎘推薦的監測方法為《水質 65種元素的測定 電感耦合等離子體質譜法》HJ 700—2015與《水質 鎘的測定 雙硫腙分光光度法》GB7471-87，其他國家認定現行有效的檢測標準方法同樣適用。上述兩類方法的檢出限都滿足評價標準要求，ICP-MS等大型分析儀器對實驗人員操作要求較高[2]，分光光度法對操作繁瑣，使用有毒有害化學試劑對實驗分析人員存在安全風險[3-5]，同時為適應突發環境污染的應急監測，需要做到快速大量獲取定性定量數據，甚至是現場開展監測。因此，開發應用先進重金屬檢驗檢測技術，來彌補傳統監測方式方法不足，節約測試成本，節省檢測時間，簡便操作，減少實驗人員操作安全風險等顯得尤為迫切。迄今為止，國內相關學者對免疫學方法檢測重金屬技術做了大量深入研究[6-10]。

筆者分析比較了電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-OES)與間接競爭酶聯免疫吸附法(icELISA)檢測電鍍廢水重金屬Cd含量，icELISA法都有其自身具有高靈敏度，準確，迅速，簡單易操作，高通量高選擇性，檢測成本較低等優勢。在企業自行監測，重點污染源例行監測，執法監測中具有潛在應用價值[11-13]。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體發射光譜儀：ICP-AES 6500 DUO，美國賽默飛世爾(ThermoFisher)有限公司產品；酶標儀：BioRad公司iMark Microplate Reader。

聚偏氟乙烯(PVDF)濾膜：孔徑為0.45 μm，上海君翼儀器設備有限公司；

鎘單元素標準溶液：100 μg/mL，北京有色金屬研究總院；

硝酸、雙氧水：優級純，國藥集團化學試劑有限公司；

Cd的自制完全抗原由載體蛋白鑰孔戚血藍素(KLH)，中間化合物為雙功能螯合劑。Cd ELISA試劑盒：購于浙江萊克生物技術公司，包含包被羊抗兔抗體的96微孔板，PBS抗體稀釋液，辣根過氧化物酶HRP標記的Cd標記物溶液，兔抗EDTA-重金屬抗體溶液，底物，鹽酸停止液及清洗液；

實驗用水：Milli-Q Academic實驗室超純水儀，美國密理博公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 ICP-OES法

等離子體發射光譜儀工作條件見表1，選擇信背比較高，干擾較少的Cd228.8 nm為分析譜線。采集樣品性狀為無色、透明、澄清。由于測定樣品溶解態重金屬鎘，非總鎘，因此無需經過樣品消解，取25mL樣品經0.45μm PVDF濾膜過濾后，加入5mlL 50%HNO3(V/V)，用超純水定容至50mL，使待測樣品與標準曲線溶液進行基體匹配，樣品制樣完畢上機待測。ICP-OES開機預熱45min，進去離子水，待儀器處于最佳狀態后進行樣品分析。樣品質量控制按照《水質 32種元素的測定 電感耦合等離子體發射光譜法》HJ 776—2015執行。

表1 等離子體發射光譜儀工作條件

1.2.2 icELISA法

根據實驗操作說明書，具體測定步驟為：取5.0 g/L EDTA與配置的Cd標準溶液混勻常溫保存備用。取已包被，封閉完全的96微孔板，加入EDTA混勻的金屬標準溶液50μL；加入50μL，PBS稀釋的抗體溶液，手工震蕩孵育30min，洗滌5次吸水紙拍干；加入酶標二抗100μL，手工震蕩孵育30min，洗滌5次吸水紙拍干，加TMB底物溶液顯色，即可加入50μL鹽酸終止反應，在450nm下測量各微孔的光密度值。

顯色抑制率(Ir)來表征間接競爭酶聯免疫吸附法測試樣品對抗體顯色效果，計算方法如式(1)。以Ir為縱坐標，EDTA-重金屬標準濃度的對數值為橫坐標，在半對數表中擬合ic-ELISA標準工作曲線。計算每個樣品的Ir值應該標準工作曲線范圍內。若吸光值不在工作曲線范圍內，應取適量稀釋。

(1)

式中Amax為不含EDTA-重金屬的陰性對照OD450nm值，Asample為樣品光密度值，Amin為空白微孔光密度值。

2 結果與討論

2.1 ICP-OES與icELISA的標準工作曲線與方法檢出限

依據《環境監測 分析方法標準制修訂技術導則》(HJ/T 168—2010)[14]附錄A(規范性附錄)中方法檢出限的一般確定方法，取0.05、1.00、5.00、8.00、10.0、20.0mg/L的Cd標準溶液進行測定，各濃度樣品平行測定3次，取平均值。圖1分別繪制了ICP-OES Cd的標準曲線與icELISA Cd的半對數線性擬合方程。從圖1中可以看出，Cd相關系數rICP-OES=0.9998、rICELISA=-0.9954，相關系數絕對值均大于0.995。取0.02mg/L低濃度標準樣品重復測定7次，經計算Cd ICP-OES與icELISA的方法檢出限皆為0.005mg/L，測定下限0.02mg/L。

圖1 ICP-OES 與icELISA測定Cd標準曲線(a).ICP-OES 法；(b).icELISA法

2.2 icELISA與ICP-OES精密度比較

取適量100 mg/L Cd標準溶液具塞比色管稀釋并定容，配成低(2.00 mg/L)、中(10.0 mg/L)、高(18.0 mg/L)3組濃度的Cd標準溶液，每組濃度標準樣品重復測定6次，計算RSD值，結果見表1。由表1可見，icELISA與ICP-OES 測定Cd的相對標準偏差分別為1.20%～7.32%，0.22%～2.47%。RSD均小于10%說明該方法精密度好。icELISA與ICP-OES兩種檢測方法比較，icELISA測定低濃度重金屬RSD較大，中、高濃度的RSD與ICP-OES法相當。

2.3 ICP-OES與icELISA準確度比較

配制100mg/L的Cd標準溶液加標回收試驗進行準確度驗證。取空白溶液和電鍍車間出水加標，加標量100μg，用樣品具塞比色管定容至100mL待測。平行測定兩次計算均值。測定結果見表2，空白樣與實際廢水樣ICP-OES與icELISA Cd的加標回收率分別在98.7%～108.3%，108%～119.3%，兩種方法均具有良好的準確性。

表1 不同濃度 Cd精密度試驗(n=6)

表2 兩種分析方法加標回收試驗

注：N.D.小于檢出限

2.4 實際樣品測試

本市轄區電鍍基地重點污染源例行監督性監測A、B、C車間排放口水樣溶解態Cd含量進行icELISA現場篩查并將樣品帶回實驗室ICP-OES分析驗證。污水處理廠排放口樣品均無色澄清，雜質較少。所有樣品經0.45μm醋酸纖維膜過濾后待測。試驗結果如表3所示，實際樣品Cd含量測定結果均小于檢出限，未超過浙江省地方標準《電鍍污染物排放標準(征求意見稿)》總鎘0.03mg/L的限值。但是，由于現場無法進行樣品消解，測定結果僅代表樣品中溶解態重金屬含量。因此，仍須將樣品帶回實驗室消解后測定確認是否滿足排放標準要求。

表3 實樣測試

*注：N.D.小于檢出限

2.5 ICP-OES與icELISA方法優缺點比較

從儀器檢測的線性范圍，靈敏度，檢測結果的穩定性、準確性，實驗人員要求，檢測速率與成本等幾個方面比較兩種分析方法的優勢。結果如表4所示，ICP-OES屬于大型分析儀器對實驗室環境與操作人員要求比icELISA高；ICP-OES設備昂貴，單個樣品分析時間約2min。因此在待測樣品數量較多的情況下，ICP-OES相對icELISA未體現出成本與檢測速率優勢。相反，icELISA所需設備簡單，方便攜帶，可彌補大型儀器在現場篩查時的短板，有利于企業開展自行監測，同時也有利于現場環境執法與監督篩查。

表4 ICP-OES與icELISA方法比較

3 結論

比較分析了ICP-OES與icELISA兩種分析方法測定電鍍基地車間排放口溶解態重金屬Cd。在0～20mg/L范圍內，Cd的相關系數均大于0.995，加標回收率在85%～125%，方法精密度、準確度較好，方法檢出限0.005mg/L。icELISA的痕量檢測能力ICP-OES相當。間接競爭酶聯免疫吸附法測定電鍍基地車間排放口出水中溶解態重金屬Cd方便快捷。可以滿足大批量快速篩查檢測的需要。