淺析水質(zhì)重金屬應(yīng)急監(jiān)測(cè)方法的選擇與應(yīng)用

蘭景權(quán)

(福建省廈門(mén)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，福建 廈門(mén) 361022)

重金屬因其能與人體內(nèi)的蛋白質(zhì)和酶發(fā)生反應(yīng)，使它們失去活性從而影響組織細(xì)胞功能，引起中毒。例如鎳中毒引發(fā)呼吸道腫瘤與皮膚??；鉛能直接傷害腦細(xì)胞；錳超量時(shí)，會(huì)使人甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)，傷害重要器官；鎘會(huì)破壞骨骼和肝腎；汞含量超0.01mg/L就會(huì)導(dǎo)致人中毒，并可能引發(fā)“水俁病”事件[1]。

突發(fā)重金屬污染事件不容小覷，快速定性污染物種類(lèi)，較為準(zhǔn)確地檢測(cè)出污染物含量，迅速制定相應(yīng)的處理對(duì)策至關(guān)重要。傳統(tǒng)的水質(zhì)重金屬分析檢測(cè)手段，如電感耦合等離子體質(zhì)譜法、原子吸收光譜法、原子熒光光度法等，均因不便攜帶、樣品需送回實(shí)驗(yàn)室分析、耗時(shí)較長(zhǎng)等原因無(wú)法滿足應(yīng)急要求。國(guó)內(nèi)目前的水質(zhì)重金屬應(yīng)急監(jiān)測(cè)儀器可選擇性并不多，監(jiān)測(cè)質(zhì)量良莠不齊，主要包含檢測(cè)包技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)、電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)等，各種方法各有優(yōu)劣，尚未發(fā)現(xiàn)能夠很好解決現(xiàn)場(chǎng)重金屬應(yīng)急監(jiān)測(cè)的儀器。本文從陽(yáng)極溶出伏安法、粉枕包技術(shù)和試劑盒(試紙)技術(shù)等三種方法，通過(guò)對(duì)便攜式水質(zhì)重金屬檢測(cè)儀IGS-100M-C、美國(guó)哈希DR1900和日本水質(zhì)簡(jiǎn)易分析試劑盒三種檢測(cè)方式的可檢測(cè)元素、檢測(cè)范圍、檢測(cè)時(shí)間、精度和準(zhǔn)確度進(jìn)行比較，分析三種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)原理與操作

便攜式水質(zhì)重金屬檢測(cè)儀IGS-100M-C：運(yùn)用陽(yáng)極溶出伏安法，分析鋅、鎘、鉛、銅時(shí)選用玻碳電極，分析測(cè)定鉻、砷、汞時(shí)選用金電極。分析前需鍍膜及活化，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)加入法計(jì)算濃度。平均用時(shí)60～90min，優(yōu)勢(shì)在于可以同時(shí)檢測(cè)Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+四種離子，避免多次操作影響穩(wěn)定性，但同時(shí)檢測(cè)的項(xiàng)目有限，且離子之間相互干擾，操作較為繁瑣。

美國(guó)哈希DR1900:屬小型分光光度計(jì)，個(gè)別項(xiàng)目需進(jìn)行前處理，將粉枕包分別加入樣品和空白樣中，充分溶解靜置10s～5min不等后比色。平均用時(shí)3～5min，優(yōu)勢(shì)在于響應(yīng)快，精度高，清洗維護(hù)等較為簡(jiǎn)便，粉枕包雖屬一次性使用，但成本不高，缺點(diǎn)在于只能逐一進(jìn)行檢測(cè)。

日本水質(zhì)簡(jiǎn)易分析試劑盒:利用金屬離子在特定條件下與試劑包反應(yīng)生成顯色絡(luò)合物，以聚乙烯管裝填試劑，擠壓吸取水樣，搖勻溶解后比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)色卡，讀取濃度。平均用時(shí)1～5min，操作簡(jiǎn)單快速，但比色結(jié)果易受實(shí)驗(yàn)人員影響，且有些項(xiàng)目顏色界限較為接近，個(gè)別顏色顯示不夠清晰，判定結(jié)果不夠準(zhǔn)確。

2 三種方法能夠測(cè)量的元素及范圍

IGS-100M-C可測(cè)Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Hg2+、As3+、Cr6+等，基本能達(dá)到限值標(biāo)準(zhǔn)要求，且檢測(cè)下限達(dá)ppb級(jí)，靈敏度高；哈希水質(zhì)分析儀DR1900可測(cè)鋁、鋇、鉻、銅、鉛、鉬、鎳、鉀、鋅、錳、鐵、銅、銀等，檢測(cè)限較IGS-100M-C稍差，但基本都達(dá)要求；水質(zhì)簡(jiǎn)易分析試劑盒可測(cè)鋅、鋁、硼、六價(jià)鉻、總鉻、銅、鐵、鎂、錳、鉬、鎳等，只能粗測(cè)，在檢測(cè)地表水環(huán)境質(zhì)量等標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)只在超標(biāo)幾倍甚至十倍時(shí)，方能較為清晰地進(jìn)行比色。

3 實(shí)驗(yàn)材料及結(jié)果

實(shí)驗(yàn)材料：Cu標(biāo)樣(制備單位：環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所)編號(hào)：GSBZ 201126,濃度：1.07±0.04mg·L-1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 Cu標(biāo)樣的檢測(cè)情況

總體來(lái)說(shuō)，IGS-100M-C測(cè)定儀和哈希水質(zhì)分析儀DR1900在測(cè)量Cu標(biāo)樣時(shí)，前者準(zhǔn)確度表現(xiàn)更好，但是重現(xiàn)性稍差，數(shù)據(jù)離散程度相對(duì)較高；另通過(guò)檢測(cè)鎘和總鎳的標(biāo)樣也能證實(shí)前者準(zhǔn)確度稍優(yōu)于后者，但是穩(wěn)定性后者更好；過(guò)低濃度單標(biāo)測(cè)試誤差都較大，但是在測(cè)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值附近標(biāo)樣時(shí)，基本都能滿足10%誤差范圍要求。

水質(zhì)快速檢測(cè)包實(shí)驗(yàn)結(jié)果:檢測(cè)0.5、1.0、3.0、5.0 mg/L的Cu標(biāo)樣時(shí)分別為淺黃色(準(zhǔn)確)、米黃色(不夠準(zhǔn)確，介于淺黃與米黃之間)、深黃色(較準(zhǔn)確，介于黃色與深黃之間更接近深黃)和黃棕色(準(zhǔn)確)。三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同，比較穩(wěn)定。在檢測(cè)0.1、0.5、2.0 mg/L的Ni系水樣時(shí)，除0.5mg/L外，都能準(zhǔn)確比色出結(jié)果；在檢測(cè)0.5、1.0、5.0 mg/L的Zn系水樣時(shí)，除0.5mg/L外，都能準(zhǔn)確比色出結(jié)果；在檢測(cè)0.1、0.5、1.0、5.0mg/L的Cr系水樣時(shí)，皆比色準(zhǔn)確。水質(zhì)簡(jiǎn)易分析試劑盒在檢測(cè)個(gè)別元素時(shí)極低濃度與較低濃度的顏色不那么容易分辨，在電鍍污染物排放限值檢測(cè)中，鎳系污染物檢測(cè)不夠準(zhǔn)確，在銅、鋅、鉻系中表現(xiàn)較好，在水質(zhì)重金屬環(huán)境應(yīng)急檢測(cè)中可作為補(bǔ)充手段。

4 抗干擾分析

對(duì)于IGS-100M-C測(cè)定儀，當(dāng)樣品中同時(shí)含有鋅、鉛、鎘時(shí)，不影響彼此的檢測(cè)，但某一離子濃度過(guò)大時(shí)則影響檢測(cè)結(jié)果；當(dāng)鋅、銅兩種離子同時(shí)存在時(shí)，測(cè)鋅應(yīng)加入適當(dāng)?shù)臏y(cè)鋅屏蔽劑，視銅的量多次加屏蔽劑，加入總量不應(yīng)超過(guò)40μL，屏蔽劑越多，銅的峰越小，屏蔽劑的量不影響鋅的測(cè)定。

對(duì)于哈希水質(zhì)分析儀DR1900，如果樣品和試劑空白的pH值相差較大，應(yīng)利用硝酸或氫氧化鈉將樣品pH調(diào)節(jié)到試劑空白的pH值；針對(duì)Zn2+、Cr6+、Ni2+、Cu2+的測(cè)定，Cu2+或Ni2+大于5mg/L會(huì)對(duì)Zn2+的測(cè)定產(chǎn)生干擾，Cd2+大于10mg/L或Pb2+大于3mg/L會(huì)對(duì)Cu2+的測(cè)定產(chǎn)生干擾。

對(duì)于水質(zhì)簡(jiǎn)易分析試劑盒，通過(guò)對(duì)鉻系、鎳系、銅系、鋅系廢水的離子抗干擾實(shí)驗(yàn)[2]，約 1mg/L濃度的多組分混合樣不影響彼此檢測(cè)，3倍以上的Zn2+容易使Cu2+絡(luò)合物顏色變淡；Fe2+對(duì)除Cu2+以外的離子均有干擾，特別是對(duì)Cr6+干擾比較嚴(yán)重。

5 結(jié)論

IGS-100M-C測(cè)定儀的特點(diǎn)在于檢出限低，靈敏度高，但重現(xiàn)性稍差，受影響的因素較多，且用時(shí)較長(zhǎng)；而水質(zhì)簡(jiǎn)易分析試劑盒適用范圍較小，誤差較大，受人為因素影響較明顯，且只在濃度足夠大時(shí)較為準(zhǔn)確。相比之下，哈希水質(zhì)分析儀DR1900檢測(cè)速度快，檢測(cè)元素多，準(zhǔn)確度和精密度雖不及IGS-100M-C測(cè)定儀，但基本符合應(yīng)急檢測(cè)要求，且時(shí)間優(yōu)勢(shì)和操作簡(jiǎn)便性優(yōu)勢(shì)明顯，已成為環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)的首選儀器。

不足的是，這些方法基本上只能逐一排查元素，在環(huán)境應(yīng)急時(shí)可能無(wú)法定性準(zhǔn)確。更有效的檢測(cè)方法應(yīng)滿足檢出限、準(zhǔn)確度、精密度等基本要求，攜帶方便、實(shí)時(shí)響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)野外操作[3～4]，結(jié)合ICP快速篩查實(shí)現(xiàn)對(duì)多種金屬元素的一次性快速測(cè)定[5]、ICP—MS的半定量分析的快速定性定量方法[6]，這些技術(shù)對(duì)于應(yīng)急監(jiān)測(cè)具有實(shí)際意義，可實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物快速定性及半定量，大致確定污染事故的范圍與程度，滿足應(yīng)急檢測(cè)的需要。