水質樣品重金屬測試方法與技術新進展

李敏 端愛玲

摘要：指出了水質樣品中重金屬的檢測可以預警水資源的污染問題。目前，重金屬已成為水的主要污染物，重金屬污染不僅對水中生物體的生存造成威脅和危害，同時通過食物鏈也威脅人類的健康，因此，對水質樣品中重金屬元素的的準確檢測對水生生物及人類的健康具有十分重要的意義。

關鍵詞：水質樣品;重金屬元素;測試方法;儀器分析

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）16-0128-02

1引言

隨著工業發展的速度加快，以及人們生活水平的提高，對水質的安全性要求也越來越高。而水資源的過度利用又導致了污染加重，尤其是水體重金屬污染。水在自然生態環境中起著不可替代的作用，它既是生態地球化學物質循環的直接參與者，同時也是其他元素化學循環的載體。經濟社會的快速發展，人們在生產生活中對水的需求量大幅增加，伴隨而來的是水質污染問題日益突出。其中重金屬污染尤為顯著，重金屬元素進入水體一般與多種因素有關，如不合理的礦產開采、汽車尾氣的排放、工業廢水的排放、粗放的農業生產等。當水中重金屬元素超過水體本身的自凈能力，就會造成水體污染。水體污染已涵蓋了海洋、湖泊、河流、水庫，甚至地下水，因此對水體中重金屬元素的檢測，有利于預警水體污染，為人們合理利用水資源提供有力的保障。

2水質重金屬污染現狀

水質重金屬污染主要由于水環境周邊存在化工生產企業造成的，其中最重要的指標為水質樣品和底泥中重金屬含量。在自然情況下，水質污染程度相對較低，主要污染來源于地殼礦物質釋放。而存在化工生產的流域，其水中重金屬含量普遍偏高，據統計目前造成水質污染的重金屬元素主要包括鎘、汞、鋅、銅、鉛、鎘、砷等。而造成水質污染的企業主要包括礦產、化工、造紙、印染、電鍍等。重金屬污染流域水資源，造成重金屬在食物鏈中富集，從而影響人類的健康。

3水環境重金屬分析檢測技術的進展

目前，在水質重金屬定量檢測過程中，根據其檢測目的不同，檢測方法的選擇存在差異，同時因為重金屬元素的檢測是水質污染治理的前提條件，因此，根據不同的檢測目的，選擇相應的方法對水體中重金屬污染物檢測具有重要的意義。水中重金屬檢測在現階段存在的問題主要包括：①由于水體污染的不確定性和流動水體污染時的瞬時性，因此在檢測過程中要求可以實現在線、快速、實時檢測以及在現場能獲得結果的檢測手段或儀器;②在對重金屬污染水體評價過程中，人們已不滿足于只評價總含量，更多的評價是結合重金屬元素在水體中存在的形態和價態，因此在對水質檢測時就要求既可以測定重金屬元素的總量，也可以同時測定其在水中的存在形態。綜合以上問題，在選擇檢測方法的時候就要充分考慮到檢測方法的檢出限、檢測限、靈敏度、準確度，以及儀器的選擇性，分析速度的快慢，應用范圍等方面的因素。現階段應用較廣的檢測方法主要有原子吸收法、原子熒光光譜法、比色分光光度法、電感耦合等離子體質譜法、電感耦合等離子體發射光譜法、電化學法，并且隨著儀器和檢測手段的不斷發展，還出現了酶抑制法、免疫分析法、激光誘導擊穿光譜法、生物傳感器法等新的技術和手段。

3.1原子吸收法

水質檢測過程中，重金屬元素檢測的首選方法即為原子吸收法，主要針對各類水體開展檢測。原子吸收法按照原子化的手段，可以分為三類，火焰原子吸收，主要用于測定含量相對較高的重金屬元素，石墨爐原子吸收，主要用于檢測水中超低含量元素，氫化物發生原子吸收主要用于可利用氫化物發生富集的元素。其優點在于檢測重金屬準確度高，其缺點在于同時檢測的元素數量相對較少，每種儀器檢測范圍固定，無法實現高中低含量全覆蓋。

3.2原子熒光光譜法

原子熒光光度法主要利用將被測元素以蒸汽態原子吸收特定空心陰極燈發射的輻射而被激發至高能態，在這個激發過程中發射出特征波長的熒光，根據熒光強度與被測元素之間的定量關系，計算出被測元素的含量。原子熒光法一般檢測水質樣品中汞、砷、銻、鉍、硒、錫、鍺等元素。其優點在于氫化物發生類元素檢測，且檢出限低，準確度高，其缺點在于分析元素具有針對性，覆蓋不全。

3.3電感藕合等離體法

電感耦合等離子體法既包括電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES）又包括電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS），二者均為近年來水質檢測過程中發展起來的新方法。電感耦合等離子體質譜儀組成要素包括進樣器、霧化系統、離子切割放大系統、接口和真空系統、離子透鏡、四級桿質量分析器和檢測器組成。電感耦合等離子體質譜儀將電感耦合等離子體的高溫電離特性與四級桿質量確定系統及高靈敏度檢測技術相結合所形成的一種多元素檢測及同位素檢測技術，可實現水質樣品中多元素分析。電感耦合等離子體原子發射光譜法利用等離子體作為激發源，一般進行多元素分析。水質樣品由載氣引入霧化器后被霧化成氣溶膠進入等離子通道，被充分蒸發、原子化、電離和激發，發射出所含元素的特征譜線。利用電感耦合等離子體發射光譜法既可以獲得定性分析的結果，又可以對特定金屬元素定量分析。電感耦合等離子體法由于既實現了多元素同時測定，又具有較寬的檢測域，所以發展相對較快。

3.4電化學分析方法

電化學法在現階段水質分析過程中應用相對較廣的一種方法，電化學法主要通過物質在水溶液中的電化學性質建立起來的，它以經典極譜法為依托，在此基礎上又衍生出示波極譜法、陽極溶出伏安法等方法。該方法根據電池的某種電參數（如電阻、電導、電位、電流、電量或電流一電壓曲線等）與被測物質的濃度之間存在一定的關系而進行定量測定。電化學法的檢測限較低，測試靈敏度較高，值得推廣應用。

3.5活性酶抑制劑法

酶抑制法測定重金屬是利用微生物技術與檢測技術相結合的方法，其原理主要是利用特殊生物酶在重金屬作用下其結構和性質會發生改變，活性降低，從而通過測定其活性降低程度，得出水質樣品中重金屬含量，一般用脲酶作為重金屬檢測酶。

3.6重金屬元素免疫分析法

免疫分析法主要為了能夠快速省時獲得水質樣品中重金屬的檢測值，主要應用于環境應急監測中，具有靈敏度高、便于攜帶、費用較低、操作簡單等特點，因此是環境監測領域里發展的新方向。免疫檢測法主要通過多克隆抗體和單克隆抗體實現重金屬檢測，而在檢測過程中主要利用熒光偏振、酶聯免疫吸附、免疫傳感器等開展檢測。而在這些檢測技術里基于抗重金屬離子鰲合劑復合物的單克隆抗體建立的免疫檢測技術是目前發展最好，應用前景最為廣闊的新型檢測技術。

3.7利用生物傳感器檢測水質重金屬元素的方法

隨著現代化生物技術與傳統檢測技術的結合，在檢測水質樣品時，生物傳感器技術發展日趨成熟，主要是將生物識別物質與待測物質結合，即由固定化的生物敏感材料作為識別材料（如酶、抗體、微生物、抗原、細胞、組織、核酸等活性物質），然后通過信號轉換器轉變為可輸出的光、電等信號，最終檢測出重金屬的含量。本方法主要有易操作、檢測快、高精度、所需試樣少等特點，因此在環境監測過程中有望被廣泛應用。生物傳感器檢測一般分為酶傳感器、免疫傳感器、組織傳感器、微生物傳感器等。利用生物傳感器技術檢測污染水中Cu、Hg元素已取得了不錯的效果。

通過不同的檢測方法，可以獲得水質樣品中重金屬污染物的種類和含量，掌握新的檢測技術，可以更快速準確地實現在線監測，從而獲得更為直接的治理方法。