水質(zhì)重金屬分析檢測技術(shù)的應用

湯大山

（江蘇省徐州環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇徐州 221000）

步入21世紀后，我國的工業(yè)飛速發(fā)展，有效推動了社會經(jīng)濟高速的發(fā)展。但是工業(yè)生產(chǎn)也排放了大量污水，排放量超過了水體的凈化能力，導致水體受到了不同程度的污染。圖1，是我國工業(yè)廢水的主要來源。在這些污染物中，由于重金屬極難被微生物降解，這就導致重金屬在水環(huán)境中長期累積，破壞了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的平衡，進而對動植物和人體造成了不同程度的危害。因此，必須要采取合理的措施分析檢測水質(zhì)重金屬，結(jié)合檢測的結(jié)果有針對性地制定保護和治理措施，以此來有效保護水環(huán)境。最終為全面打贏污染防治攻堅戰(zhàn)，推動生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)美麗中國提供堅強有力的技術(shù)支撐。

圖1 我國工業(yè)廢水的主要來源

1 環(huán)境水質(zhì)重金屬分析的重要性

水是自然界最常見的溶劑，它在自然界的循環(huán)中會不斷溶入其他物質(zhì)，這些物質(zhì)或懸浮于水面之上，或者溶解在水中，這就會造成水質(zhì)的污染。環(huán)境水質(zhì)分析是對水質(zhì)進行檢測，分解水體中的各類成分及占比，這樣就能了解到水質(zhì)中的污染物種類及含量。環(huán)境水質(zhì)重金屬分析主要是分析水質(zhì)中的重金屬，如銅、鋅、鉻、鉛、鎘、汞、砷等。

水中重金屬含量超標會對自然界和人體健康造成危害，近幾年由于水質(zhì)重金屬污染而導致的各類健康事件屢見報端。不同重金屬元素對人體的危害如表1所示。因此，需要加強水環(huán)境的保護。了解水質(zhì)問題首先要對其進行分析檢測，了解其中重金屬的種類和含量，然后對比國家的水環(huán)境質(zhì)量標準和污染物排放標準確定重金屬是否超標，最后結(jié)合測試的結(jié)果來針對性采取污染物治理的措施。因此，水質(zhì)重金屬分析是治理水污染和保護水環(huán)境的基礎(chǔ)。

表1 不同金屬元素對人體的危害

2 水質(zhì)重金屬分析檢測技術(shù)應用

2.1 光譜檢測技術(shù)

（1）分光光度法。分光光度法是利用顯色劑與重金屬發(fā)生絡(luò)合反應的原理，發(fā)生絡(luò)合反應后會生成大分子基團，溶液顏色的深淺也會發(fā)生變化，這樣就可以在特定的波長下借助比色檢測來判斷重金屬種類與含量。分光光度法的測試精確度較高且反應十分靈敏，而且適用范圍較廣。另外，分光光度法的測試儀器和試劑成本相對較低，但是測試的過程較為繁瑣。

（2）原子吸收光譜法。原子吸收光譜法在當前水質(zhì)重金屬測定中最為常用，其工作原理是金屬原子的自由基態(tài)原子會吸收共振輻射，根據(jù)其吸收程度就能測定元素的種類與含量。一般而言，原子吸收光譜法主要有三種方式，分別為氫化物發(fā)生法、石墨爐法和火焰法。氫化物發(fā)生法是根據(jù)金屬元素氫化物在常溫下為氣體狀態(tài)且熱穩(wěn)定性較差的特點來測定，測試過程中通常會用惰性氣體作為載體，先將金屬氫化物導入石英管中，然后利用還原劑發(fā)生化學反應使金屬氫化物受熱分解，最后根據(jù)原子的特征發(fā)射信號來進行測試。石墨爐法是采用高溫使原子升溫，相應的原子變化曲線是一條具有峰值的變化曲線，根據(jù)各階段的溫度和保持時間，就可分析相應的元素。火焰法是利用霧化器將樣品溶液噴入燃燒頭，樣品在高溫下會脫水干燥，之后發(fā)生熱解和還原，這時金屬原子的自由基態(tài)原子會吸收共振輻射來進行測定。這三種測試方法各有優(yōu)缺點，火焰法的進行測定時，砷、鉛、鐵、硒等元素的最佳分析線都處于近紫外區(qū)，很容易產(chǎn)生背景吸收，進而影響到測試的精度，但是在金屬元素最佳分析線相差較遠時，其分析的過程較為簡單，而且速度較快。石墨爐法的升溫速度較快，在測試稀土元素分析時有著較大的優(yōu)勢。氫化物發(fā)生法在測試最佳分析線距離較近的元素時更為適用。

（3）電感耦合等離子體質(zhì)譜法。電感耦合等離子體質(zhì)譜法在分析水質(zhì)重金屬時效率較高，而且能同時對多元素進行分析，檢出限也較低，因此該方法能夠適用大多數(shù)的水質(zhì)重金屬檢測分析。但是電感耦合等離子體質(zhì)譜法的設(shè)備相對較貴，而且其運行和保養(yǎng)的費用也較高，需要在特定的環(huán)境下運行，這在一定程度了限制了其應用。

（4）X射線熒光光譜法。X射線熒光光譜法的測試原理為樣品中不同物質(zhì)對X射線的吸收不同，根據(jù)X射線的吸收量就可分析水質(zhì)中的重金屬的種類和含量。X射線熒光光譜法檢測的速度較快，前期的樣品處理也較為簡單。但是X射線熒光光譜法也有自身的限制存在，多用于微量金屬元素的測定和常量金屬元素的定性與定量分析。除此之外，X射線熒光光譜法所需設(shè)備的費用也較高，前期一次性投資較大。

2.2 電化學檢測分析技術(shù)

水質(zhì)重金屬的電化學分析檢測技術(shù)在近幾年飛速發(fā)展，這類方法的測試靈敏度較高，而且檢出限低，目前已經(jīng)有了較為廣泛的應用。具體而言，電化學分析檢測技術(shù)主要包括以下兩種：

（1）示波極譜法。示波極譜法也稱為單掃描極譜分析法，其原理是在電極兩端加入鋸齒形的脈沖電壓，之后根據(jù)記錄的電解過程曲線來分析水質(zhì)重金屬。這種方法的重現(xiàn)性相對較高，而且靈敏度也較高，能夠快速得出分析結(jié)果。

（2）陽極溶出伏安法。陽極溶出伏安法的主要優(yōu)勢在于可連續(xù)測定多種重金屬離子，其測試靈敏度較高。另外，陽極溶出伏安法的儀器較為簡單，操作十分方便，常用于對精度要求不高的實驗室測量。

2.3 原子熒光光度檢測技術(shù)

原子熒光光度檢測技術(shù)的原理是通過輻射能使重金屬原子和蒸汽發(fā)生熒光反應，然后再進行后續(xù)的測量。原子熒光光度檢測技術(shù)的精度相對較高，而且整體操作十分簡單，不需要對待測元素進行分離。但是原子熒光光度檢測技術(shù)也存在不足之處，其測量的范圍相對較小，而且并非所有的重金屬離子都會發(fā)生特征性的熒光反應，例如鉛和銀等，這在一定程度上影響了該技術(shù)的推廣和應用。

2.4 生物化學檢測技術(shù)

生物化學檢測技術(shù)主要是指在特定條件下用微生物來測定水質(zhì)中的重金屬，屬于近幾年才發(fā)展起來的水質(zhì)重金屬監(jiān)測技術(shù)，當前較為常用的方法有兩種：

（1）酶抑制法。酶抑制法的原理是某些重金屬離子對酶有著較強的親和力，而且兩者會發(fā)生反應，改變酶的中心結(jié)構(gòu)，降低其活性。酶抑制法可以通過肉眼來進行辨識，而且也能通過光信號的檢測來判斷重金屬的濃度。酶抑制法在重金屬離子測定中的優(yōu)勢在于各類酶的成本相對較低，而且操作快捷簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測。但是該方法也存在一定的限制，主要體現(xiàn)為選擇性較差。

（2）免疫分析法。免疫分析法的靈敏度較高，在水質(zhì)重金屬檢測分析中有著較高的應用價值。采用該方法首先要用合適的化合物與重金屬離子發(fā)生反應，改變其空間結(jié)構(gòu)。然后將與重金屬離子結(jié)合的化合物連接到載體蛋白上，使其產(chǎn)生免疫原性。最后，借助特定的金屬原子克隆抗體反應來分析重金屬的種類和含量。免疫分析法的檢測速度較快，能夠直接應用于現(xiàn)場檢測，但是單體金屬原子克隆抗體的制備較為困難，而且其選擇性較強，這在一定程度上影響了其應用和推廣。

3 結(jié)束語

水質(zhì)重金屬分析檢測對水環(huán)境的保護有著重要的意義，特別是隨著可持續(xù)戰(zhàn)略的不斷深入以及人們對健康愈發(fā)的重視，水質(zhì)重金屬分析檢測技術(shù)受到了社會各界的廣泛關(guān)注，因此相關(guān)的水質(zhì)重金屬檢測分析技術(shù)越來越多，能夠多樣化地滿足人們的需求。基于此，從光譜檢測技術(shù)、電化學檢測分析技術(shù)、原子熒光光度檢測技術(shù)、生物化學檢測技術(shù)四個方面探究了水質(zhì)重金屬分析檢測技術(shù)的應用，希望可以借此給我國水質(zhì)重金屬檢測分析技術(shù)的相關(guān)研究提供一定的參考。