論水環境中的重金屬檢測

吳東峰 戚春玲 宋艾林

(新疆維吾爾自治區生態環境監測總站 830011)

在經濟建設與發展中，經濟的急劇增長必定會影響到自然生態環境，而重金屬污染就是其中的主要污染源。由于重金屬會給環境帶來極大的危害，對于重金屬的檢測就顯得非常關鍵。希望通過對水環境的重金屬檢測進行分析，能對于今后重金屬污染起到良好的防范作用。

1 水環境重金屬污染特點

1.1 恢復難度大

一旦水環境受到重金屬元素的破壞，就很難恢復到原本最初的狀態，即便是經過完善治理，水環境之中依舊會存在重金屬元素的殘留，難免會對水體之中生活的生物帶來一定的影響。就目前發現的重金屬污染物而言，進入水體環境之后，會導致原本的水體生態環境遭受到破壞，影響水生生物的正常生長，并且通過水生生物進入人體，一旦人食用就會造成嚴重的影響，甚至對于生命安全、身體健康都會帶來極大的威脅。水環境重金屬污染還需要及時治理，但是其治理難度偏大。想要積極改善水環境，就需要做好水環境健康監測工作，同時要進一步提升治理技術[1]。

1.2 污染源眾多

水環境重金屬污染并非是因為單一行為，污染源頭較多。重金屬污染源除工業廢水，也囊括了生活污水和水產品，但是工業廢水是其主要的源頭，尤其是對于印染行業和冶金行業，在生產之中難免會產生含有重金屬的廢水。生活污水、水產品、工業廢水之中的重金屬元素是完全不同的，并且各有特色，所以，在進行重金屬元素檢測中，需要對不同的重金屬元素類型加以分析，做到具體問題具體處理，最終采取差異化的手段來治理污染源。

2 水環境中重金屬檢測方法

2.1 AAS法

AAS法即原子吸收光譜法，主要是測定對應的蒸汽的目標元素基態，并且也需要了解實際的原子共振輻射吸收度，以此來對目標元素的濃度進行判定。基于元素類別的差異性以及樣品的具體形態，可以將其劃分為石墨爐原子吸收光譜法、冷光源原子吸收光譜法等多種方式。基于水環境重金屬元素濃度，了解其實際的狀態，在開展作業中，需要富集重金屬元素。如，利用分散液微萃取技術富集Pb、Ni、Cr 等痕量重金屬時，可以利用GFAAS進行重金屬的測定。通過這樣的處理方式，不僅回收率高、操作便捷、精準度佳，還能夠滿足各種金屬元素的同步富集，這樣可以節約檢測耗費的時間，并且進一步提高檢測效率[2]。

2.2 AFS法

AFS法即原子熒光光譜法，基于特定波長光輻射吸收之后，蒸汽中特定原子被激發，并且在這一過程還有對應波長的光輻射發射出來。基于對應的測試環境之下，這種輻射強度和原子本身的含量是呈現出正比關系的。AFS法靈活度佳、選擇性強、操作便捷，并且適用范圍有限。在具體分析中，還需要考慮到直接結合到冷蒸汽電解技術，這樣就可以實現長江流域金屬Hg濃度對應的測定與分析處理，電解液選擇磷酸鹽溶液，這樣就可以避免過渡金屬離子對于精準度帶來干擾。如圖1所示，陰極液選擇0.5 mol/L的磷酸鹽溶液，并且通過1.2 A電解電流，Hg檢出限為0.27 ng/L，相對標準偏差只有2.6%，能夠實現95%～109%的回收，使用這一方法可以合理規避Cu、Ni、Fe等過渡金屬元素的干擾[3]。

圖1 Hg信號強度對比分析圖

2.3 生物化學法

在生物化學法的使用中，可以考慮利用生物化學感應裝置，通過檢測目標與物質之間的相互結合的需求，還能夠配合上信號轉換裝置，從而實現各種訊號的輸出生成處理。一般會使用到微生物傳感裝置、免疫傳感裝置以及酶傳感裝置。其本身屬于較為高效的檢測技術，在最近幾年得到飛速發展，最終滿足精準的、高效的重金屬離子檢測。在對應的檢測中，還需要考慮到磷酸酶堿性電導感應裝置對應的使用，見圖2的操作演示。通過交叉點擊，利用10 mV 的對應交替電壓，讓輸出信號選擇前置放大處理裝置，然后具體分析其放大裝置的情況。通過檢測，Ni為5 mg/L、Co為2 mg/L、Pb為40 mg/L、Zn為2 mg/L，其相對標準偏差不會超出4%[4]。

圖2 電傳導感應裝置測定實驗流程圖

2.4 氣相色譜聯用法

氣相色譜聯用法在實施操作環節，主要是考慮到氣體作為流動相色層分離分析的一種方式。對于汽化試樣的處理，在帶入到色譜柱之中的載氣，其各個組分同柱中的固定相作用力有所差異，使得從色譜柱之中流出的時間存在不同，并且組份彼此分離。通過適當的鑒別與記錄，制作出色譜柱時間和濃度色譜圖。針對這一分析方法，主要是考慮到氣路控制偏高，溫度控制，但是也是針對有機物進行具體分析的一種手段。在檢測過程中，考慮到實際的污染度，這一檢測法具有較高的發展潛力。

3 水環境中的重金屬檢測的具體分析

為了更好地檢測水環境的重金屬，直接利用氣相色譜聯用法，針對其具體使用進行分析，希望對今后的重金屬檢測有一定的借鑒作用。

3.1 氣相色譜聯用法的使用

第一，控制水環境樣品問題。針對水環境之中被測樣品溫度控制要利用PID控制器的建立，其原理在于通過對偏差比例、積分以及微分等參數之間的線性組合模式，這樣就可以考慮到基于PID控制的控制量，從而滿足被控對象的自動化控制處理。其控制算法在于：

e(t)=r(t)-c(t)

(1)

(2)

通過(1)和(2)的分析，其中r(t)代表的是設定值；e(t)代表的是控制偏差；u(t)代表的是輸出控制量、c(t)達標的是實際輸出值；TD代表的是微分時間常數、KP代表的是比例系數；T1代表的是積分時間常數。在控制模塊之中，時間積分常數值越小，那么積分對應的作用就會越大，而通過微分參數的作用，就能夠反映偏差信號實際的變化規律。在受到氣相色譜作用之下，關鍵就在于溫度的控制模塊，并且對于溫度控制要求達到0.1 ℃。而定性定量的色譜參數準確性還會影響到溫度的控制精度。首先，通過溫度傳感器，就可以針對部件的溫度選擇溫度敏感特性加以呈現，利用電路讓阻值能夠轉換成為模擬信號，通過A/D轉換器，就可以將其轉化成為數字信號，然后通過計算機，讓被控部件的實際溫度值能夠與設定的溫度值進行對比，再配合上PID的控制器輸出控制信號，在信號的驅動之后，加熱裝置就會對應到被控的實際溫度。在完善樣品溫度控制處理之后，就可以奠定良好的基礎，服務于氣相色譜聯用法的使用[5]。

第二，氣相色譜聯用法的檢測。傳統模式下，針對氣路流量和壓力打開通知主要是利用穩流閥和穩壓閥進行，但是這樣的方式精度偏低，無法滿足自動控制的要求。電子壓力控制方式的使用，就可以從內部壓力傳感器實現對氣路壓力的檢測處理，之后選擇A/D轉換，就可以將其輸入到PID控制器之中，再通過計算，最終獲取控制信號，控制信號傳輸到D/A轉換模擬信號輸送給對應的控制閥，最終滿足壓力的精確調控處理。針對其計算公式，具體如下：

(3)

其中，Q代表的是色譜柱的載氣流量；μ代表的是載氣動力粘度；r代表的是色譜柱內徑單位；L代表的是色譜柱長度；Pref代表的是常壓；P0代表的是色譜柱的出口壓力；Pi代表的是柱前壓；Tref代表的是常溫；T代表的是色譜柱溫度。通過固定氣阻的使用，讓壓力保持恒定，伴隨著壓力差的不斷增大，其流量也會對應的增加，通過電力壓力來控制壓差，這樣就可以實現氣路之中氣體流量的有效控制。在經過改良之中，載氣選擇高壓氣瓶，通過氣體凈化器，將其中的污染雜質剔除，以此來提供純潔的載氣，然后利用前面剔除的PID壓力控制程序，就可以控制好氣流壓力與流量，在分流氣化室之中采集樣品，還需要快速氣化處理，并且要求在穩定載氣攜帶之下直接進入到色譜柱之中，并且在色譜柱之中還可以滿足各個組分之間的相互分離。等待分離之后，在載氣的推動之下，就可以直接進入到氫火焰離子化檢測器，另外，直接將其電離成為帶電離子，在作用之下，就會有電流信號的形成。之后，配合微電流放大器放大，利用數據采集卡就可以進入到色譜工作站之后，順利實現檢測。

3.2 實驗論證分析

為了做好原子吸收光譜法和氣相色譜聯用法的性能對比分析工作，在這里進行了傳統的對比實驗處理。其中，色相氣譜聯用法之中的氮氣流量為30 mL/min、氫氣流量為15 mL/min，空氣流量為300 mL/min。通過實驗研究分析，在這一條件下，氫火焰離子化檢驗其本身的信噪比是最低的，并且其檢測性能最佳。考慮到使用原子吸收光譜法對于多元素的分析處理要求還存在一定的差距，所以，實驗室之中僅僅是針對兩種污染物進行了實驗對比分析。通過500 mL/min的甲苯、二甲苯進行相互之間的融合，最終就可以滿足模擬污染物等處理過程，針對其結果見圖3所示。

圖3 檢測方法誤差率分析圖

通過圖3所示，在檢測過程中，氣相色譜聯用法的誤差率要明顯低于原子吸收光譜法。所以，在分析之后發現，使用氣相色譜聯用法，其本身更加適合在水環境重金屬污染檢測之中使用。

4 結語

隨著人們對于環境質量要求的不斷增高，為積極改善水體環境，要注重對于水體重金屬污染物的有效治理。目前，在治理重金屬元素污染的過程中存在恢復難度大、污染源頭多等問題，要求采取合理有效的方式來進行水環境重金屬的檢測處理，這樣才可以為后續科學檢測提供有效的治理手段。在今后的研究中要注重水環境之中的重金屬檢測，并且積極推廣全新的檢測技術，滿足水環境保護要求。