涉水材料中重金屬離子的檢測技術研究進展

周潤華 任會學，2 武道吉，2 滕 愷 張 娜

（1、山東建筑大學，山東 濟南250101 2、山東省綠色建筑協同創新中心，山東 濟南250101）

隨著現代工業的蓬勃發展，重金屬污染已成為當今社會面臨的一個關鍵問題。目前針對重金屬檢測的研究主要集中于樣品的前處理過程和儀器精密度的提高，而對重金屬檢測方法進行綜合對比的研究較少。因此，本文通過從可分析元素、靈敏度、精密度、檢測成本、樣本前處理等方面進行方法對比，以期為重金屬檢測方法的選擇提供指導。

1 重金屬污染特點及危害

重金屬在水體中污染具有以下特點：（1）性質穩定，不能被降解；（2）痕量濃度也會危害人體；（3）毒性具有長期性；（4）會通過生物積累濃縮放大，對人體健康產生嚴重危害[1]。國內近4 年來就發生超標污染20 余起，主要是由鉛、鎘、鉻和汞等生物毒性顯著的重金屬及其化合物以各種方式存在于環境中而引發。

2 重金屬檢測技術的研究和發展

鑒于重金屬污染對環境和人類健康的種種危害，分析和檢測水體中的重金屬含量對于保護環境、保障人類的生存質量具有重要的意義。

重金屬的檢測方法經歷了從單一的檢測手段到多種分析技術相結合的發展過程，且檢測儀器日益趨向多樣化。目前重金屬的檢測方法主要由電化學分析法、紫外- 可見分光光度法和原子光譜法構成。

2.1 電化學法

電化學法是根據檢測待測物質在溶液中的電化學信號的改變從而分析重金屬離子的濃度，是一種具有發展前景的重金屬離子分析方法。目前，已有研究者利用納米粒子修飾電極，對電極表面改性，從而實現具有高靈敏度、高選擇性、良好穩定性的重金屬檢測。

2.2 紫外- 可見分光光度法

紫外- 可見分光光度法也是重金屬檢測中經常使用的一種方法，是利用紫外光通過被測溶液時，被測溶液的吸光度與溶液中物質的濃度成正比而進行物質定性、定量的分析方法[2]。該方法操作簡便、設備簡單、應用范圍廣泛。然而，由于涉水材料浸泡液樣品中許多分析物濃度較低，使得紫外- 可見分光光度法難以直接測定。

2.3 原子光譜法

原子光譜法又包括原子吸收光譜法（AAS）、原子熒光光譜法（AFS）、原子發射光譜法（AES）、質譜法（MS）、X 射線熒光光譜法（XRF）。

2.3.1 原子吸收光譜法（AAS）

每一種元素都有一組獨特的電子躍遷，稱為譜線，它們共同構成了一種獨特的光譜指紋。原子吸收光譜方法(AAS)是利用從光源發射的待測元素的特征譜線穿過樣品的原子蒸氣，由于特征譜線強度減弱來計算出待測元素含量的一種方法[3]。綜合實驗進展，采用原子吸收光譜法對涉水材料進行重金屬離子的檢測，有(1)靈敏度高，檢出限較低;(2)選擇性好，精密度高，相對標準偏差一般小于1%;(3)抗干擾能力強;(4)分析速度快，操作簡便的主要優點。

2.3.2 原子熒光光譜法（AFS）

原子熒光光譜法是一種介于原子吸收光譜和原子發射光譜之間的光化學分析方法，不同之處在于原子熒光光譜法使用的是連續光源，對As、Se、Te、Pb、Bi、Hg、Sb 等元素的分析比較有效。改性后的檢測手段具有檢出限低，精密度好等優點，但無法準確有效檢測《生活飲用水輸配水設備及防護材料的安全性評價標準》中規定的所有金屬元素。

2.3.3 原子發射光譜法（AES）

原子發射光譜法是一種利用高溫等離子體或火焰將水樣中的待測元素激發到較高的電子態，并觀察其返回基態時發射的特征光譜來研究物質化學組成的分析方法。這種技術的一大優點是，通過觀察與現有元素相關的發射光譜中的特征線，可以同時觀察多種金屬。與原子吸收一樣，檢測限也因金屬而異，但一般在較低的ppb 范圍內。人們對測定要求的提高和檢測儀器的不斷更新，電感耦合等離子體- 原子發射光譜法（ICP-AES）因為具有原子化效率高、背景干擾小等優點，得到了極大的推廣。

2.3.4 質譜法（MS）

電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）在當前應用最為普遍，與其他方法相比，ICP-MS 樣品用量少，檢測范圍廣，分析精密度高，不僅可以進行多種元素的同時測定并可用于同位素的示蹤分析。陳磊磊等建立了利用ICP-MS 法測定Cu、Zn、Mn、Pb、Cd5種重金屬元素含量的方法，經過校正，5 種元素都擁有較高的準確性,檢出限單位達到μg/L，精密度和準確度均能滿足環境水樣中的分析。

ICP-MS 是痕量分析中的高端手段，可成功應用于涉水材料中所有重金屬離子的檢測，可進行多元素的同時分析，譜圖簡單，準確度高。但相較于其他檢測方法，ICP-MS 的造價更高，對儀器的使用維護要求較高。

2.3.5 X 射線熒光光譜法（XRF）

X 射線熒光光譜法涉及到用x 射線轟擊樣品，引起內殼層電子的激發，這些電子在衰減之前被激發到高能級，并以熒光的形式釋放能量。這種技術的主要優點之一是能夠無損地觀察固體樣品。目前已有現場攜帶的XRF 儀器，但檢測限高，不適合痕量檢測。

賈文寶等利用XRF 聯合瞬發伽瑪中子活化分析(PGNAA)技術來檢測高原子序數的重金屬濃度，發現對Hg 和Pb 的檢測較靈敏，檢測限可達到mg/kg。該方法測試成本低，操作簡便，不用破壞被測樣品，但數據穩定性與精確度不及ICP 及AAS。

2.4 重金屬檢測方法小結

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3 展望

伴隨著社會和經濟的快速發展，化肥農藥的大量使用，導致水體污染問題不可小覷，供應的自來水不能保證完全飲用安全。目前來看，對涉水材料重金屬離子檢測的研究也越來越重要。未來重金屬離子的檢測方式主要有兩個研究方向：

一是基于電化學分析法的快速檢測技術檢出限較低，無法準確檢測水樣中痕量、微量的重金屬離子，而且多種元素檢測時出現重疊峰現象，檢測重金屬的種類有限。因此在保證實時迅速檢測的基礎上，將來還可嘗試不同的修飾化合物，并探索電化學和其他技術聯用，盡可能降低檢出限并實現多種元素同時檢測。

二是原子吸收光譜法雖通過配備自動進樣器，消除了手動進樣的誤差，但面對復雜樣品的干擾比較嚴重。如何消除原子吸收法的樣品干擾，優化樣品的前處理過程，將是未來的主要研究方向。

今后，更多的富集手段和樣品的前處理優化將會應用于涉水材料的重金屬元素檢測當中。同時，進一步發展利用電化學實現分離富集與光譜、色譜和質譜聯用技術，提高分析的精密度和準確性也有很大的開發空間。