環境水質分析中重金屬檢測技術的應用

李如圓

（山東省濟寧生態環境監測中心，山東 濟寧 272000）

近些年，隨著工業企業的快速發展，對我國社會經濟的發展有著很好的促進作用，但是相應的對環境質量也產生了非常大的影響，特別是對環境水質有著很大的污染，大量的工業廢水排放到河流當中，對人們的生活質量有著很大的影響，因此就需要強化環境水質分析當中重金屬檢測的力度。重金屬檢測技術種類呈現多樣化，傳統的檢測技術比較費時費力，并且檢測結果和實際的現場檢測結果差異很大，參考意義不大。隨著重金屬檢測技術的不斷發展和成熟，能夠很好的為環境水質分析工作提供良好的數據信息，對檢測工作進行輔助，將水污染處理效果有效提升。本文主要就對環境水質分析中重金屬檢測技術的應用相關方面進行分析和探討[1]。

1 重金屬水質污染現狀

水質中的重金屬主要來源于工業廢水，隨著工業的快速發展以及城市化進程的加快，越來越多含有重金屬的工業廢水和生活污水未經處理就排人自然水體中，造成了嚴重的水體污染。例如，木材加工業會產生含砷廢水;無機顏料制造業會產生含鉻和鎘的廢水，還有印刷、電路板、電鍍、金屬處理等行業。這些行業產生的含大量重金屬的廢水是一類對生態環境和公眾健康危害極大的廢水，尤其是隨著工業行業的不斷發展，重金屬的產量也在相應的不斷增加，如果沒有合理控制，對于環境所造成的威脅往往是非常難以估量。

2 重金屬水質檢測的重要性分析

2.1 重金屬的危害

重金屬會造成蛋白質的結構產生不可逆轉的變化，從而對組織細胞功能有所影響，使得人會出現中毒的情況。最為重要的就是，重金屬若是進入到河流和土壤，很難被生物所降解，在種植物體內不斷累積，若是被人所食用，往往可能使得人產生重金屬中毒的情況。重金屬也會在人體當中的某些器官中累積，導致慢性中毒，對于人們的生命健康有著很大的影響。比如，鎘可在人體的肝、腎等器官組織中蓄積，造成各器官組織的損傷。又如1953年至1961年，發生在日本的水俁病事件，無機汞在海水中轉化成甲基汞，被魚類、貝類攝入累積，經過食物鏈的生物放大作用，當地居民食用后中毒。

水環境污染中的重金屬污染就是一種常見問題，且難以對其進行有效處理，使得這些污染物隨著食物鏈進入到人體，對我國人民的身體健康產生較大威脅。雖然水環境能夠對部分的污染物質進行自主凈化，但是在重金屬污染超標的情況下，與這些污染后水質接觸的動植物都會受到侵害，難以保證整個生態環境的平衡性。

2.2 重金屬檢測在環境保護中的作用

2.2.1 保障用水安全

目前水庫、湖泊及河流是我國人民日常用水的主要來源，將重金屬水質檢測技術應用到環境水質分析中，可以幫助工作人員及時發現其中存在的重金屬污染問題，確認重金屬污染是否超標，進而采取合理的措施進行處理，在提高環境水質分析工作效率的同時，保障我國人民的用水安全[2-4]。

2.2.2 水體重金屬污染監督治理的前提和依據

在工業經濟的發展背景下，環境水質中的重金屬污染超標問題頻繁出現，若無法及時對其進行處理，勢必會造成永久性的環境破壞，使得周邊的生態環境也受到較大影響。充分發揮重金屬水質檢測在環境水質分析中的作用，可以幫助工作人員找出重金屬污染源，進而對其進行嚴格控制，確保工業廢水的達標排放，實現降低重金屬污染、保護生態環境的目的。

2.2.3 提高準確度，彌補傳統檢測技術的不足

在應用傳統技術進行環境水質分析的時候，難以充分了解環境水質中的重金屬，使得環境分析結果的準確性無法得到保障，最終影響到后續環境保護工作的順利開展。但是將重金屬水質檢測技術應用到環境水質分析中，可以彌補傳統檢測技術的不足，提供可靠的數據支持，從而保證環境水質分析的準確性，實現對水質的有效控制。

3 環境水質分析中重金屬檢測技術具體應用

3.1 熒光法

熒光是指一種光致發光的冷發光現象。若是某種常溫物質通過紫外線或者X射線進行照射之后，吸收光會進入到激發態，同時及時發出比入射光波光更長的出射光，入射光若是停止，發光情況也會消失。對于這種性質的出射光就稱之為熒光。熒光法作為一種較為先進的分析方法，其特點主要就是靈敏度較高，如污水中汞含量可以檢測到10-10克，銀含量可以檢測到10-10克。其次，熒光法的選擇性強。因為熒光光譜既包括發射光譜又包括激發光譜，所以可以有多種選擇。另外，由于它操作相對簡單，因此該方法在我國水質分析中的應用也較為廣泛。熒光分析法的操作原理與分光光度法相似，比如水質檢測人員如果要對常溫狀態下的水質進行重金屬檢測，首先需要將特定光線射入被檢測水質中，經過光線照射作用，水質中某些重金屬元素會變得異?；钴S，活性提高，重金屬元素因子狀態將從靜態轉變成激發動態，穩定性降低，等到它再次恢復到基本狀態時，便會射出出射光，這就是檢測時所需的熒光。得到熒光后，檢測人員就可以對其進行光譜分析了，從而得出水質中重金屬元素所含種類及具體含量等信息。采用熒光法對水質進行檢測時，常用到以下幾種熒光發射物：納米材料、量子點、熒光染料。這些物質對重金屬具有較大的反應，重金屬含量越高，反應效果越明顯，這樣也越有利于檢測人員對水質中的重金屬元素做出準確的分析和判斷。

3.2 電化學分析法

電化學分析法是儀器分析的重要組成部分，它是根據溶液中待測物質的電化學性質和變化規律，在電導、電位、電量、電流等電學量與被測物質某些量之間的計量關系的基礎之上所建立的，對組分進行定量和定性的儀器分析法，也稱為電分析化學法。電化學分析法主要具有以下特點：①準確度高，比如電解分析法和庫侖分析法，前者適合高含量成分測定，后者適合微量成分測定；②靈敏度高，最低分析限度可達到10mol/L～12mol/L；③儀器設備簡單，操作、調試也很方便，容易實現自動化，而且價格也比較低廉；④測量范圍寬泛，如果是微量組分測定，可采用微庫侖分析法、電位分析法，如果是中等含量組分或者純物質分析，可以采用電容量分析法、電解分析法。由此可見，采用電化學分析法來檢測水質中重金屬含量，不僅可以節約技術成本，而且還可以保證檢測結果的真實、可靠。例如，采用伏安法分析水質重金屬含量，不會對水質造成二次污染，而且方法安全，抗干擾能力也較強。電化學方法與其他檢測方法相比，它能夠準確檢測出水質中游離的離子，同時還可以有效避免鹽分對檢測結果的影響，使環境水質分析報告更加全面、科學。目前，該方法還與大數據技術進行了結合，建立了重金屬水體污染數據池，形成特定水質檔案，對未來水質環境治理工作開展創造了便利條件。

3.3 ICP-MS分析法

電感耦合等離子體質譜，即ICP-MS，它以獨特的接口技術將ICP的高溫電離特性與四級桿質譜儀靈敏快速掃描的優點相結合，形成了一種新型的元素和同位素分析技術。在分析能力上，它可以取代傳統的電感耦合等離子體光譜、石墨爐原子吸收光譜、火焰原子吸收光譜等分析技術。ICP-MS可以用于物質試樣中一個或多個元素的定性、半定量和定量分析：ICP-MS可以測定的質量范圍為3～300原子單位，分辨能力小于1原子單位，能測定周期表中90%的元素，標準偏差為2%～4%，每元素測定時間10秒，非常適合環境水質分析中多種重金屬的同時測定分析。它的工作原理是：所需要分析的樣品一般通過水溶液的氣溶膠方式引入到氬氣流當中，繼而進入到由射頻能量激發的處于大氣壓下的氬等離子體中心區；等離子的高溫使樣品蒸發、氣化解離、原子化、電離；一些等離子體通過不同的壓力進入到真空系統中；檢測器對離子有效的轉化為電子脈沖，繼而由積分測量線路進行計數；電子脈沖大小和樣品分析離子的濃度有直接的關系，采用和已知的標準或者參與物質進行對比分析，以此來對未知樣品當中的重金屬元素實施定量的分析。

3.4 生物化學分析法

在重金屬檢測技術中，生化方法也十分重要。當前在重金屬檢測技術中運用的生化方法可分為免疫分析方法和酶分析方法兩種。其中免疫分析方法是利用水中重金屬物質可以與結合物相結合，并產生特異反應的特性，對水中存在的重金屬的數量進行確定，再以計算出的重金屬數量為基礎，進行相關清理工作。而酶分析方法的主要原理是利用水中的重金屬會與酶產生反應的特點，使所加入酶的中心筑基與重金屬中所含離子相結合，大大減少酶的活性，在反應完全后再由專業人員對顏色、酸堿程度以及導電能力的改變進行測定及分析，由此達到監測水中重金屬含量及范圍的目的，便于專業人員對水質進行更加徹底的恢復工作。

3.5 原子吸收法

原子吸收分光廣度法的優點比較顯著，其檢測時間短以及準確性比較高，有著良好的靈敏性，主要就是檢測操作方式比較簡單，自身抗干擾能力較強，導致整體檢測結果準確性非常的高。因此，原子吸收法在重金屬檢測中有著很大的應用空間，使用價值也是非常的高。原子吸收法當中使用效率比較高的就是火焰原子吸收分光光度法，在應用當中需要重視以下三個方面的問題。首先，在水樣品進行處理中，若是樣品的差異比較大，在對檢測方式的選取中需要對其合理性和適用性進行重視。水樣品當中若是沒有沉淀以及懸浮物，對樣品就可以直接實施檢測。水樣品當中若是有泥沙，就需要首先通過離心沉淀過濾等，這樣才能夠對重金屬檢測準確度提升，避免在檢測工作中對儀器設備產生損傷。其次，加強對火焰吸光度穩定性的提升。針對水樣品當中較為活潑的金屬元素實施檢測中，相對于火焰吸收光度儀穩定性有著很高的要求，保證預熱時間能夠充分。確保燃氣在符合要求的基礎上，做好定期檢測工作，避免產生測量誤差的情況出現，甚至會有危險情況出現。最后，需要將測量明敏度不斷提升。在水質重金屬檢測中，需要保證儀器設備性能符合要求，需要測量元素特征的穩定性，選取合理的測量基礎條件等。比如，燃燒頭的高度，狹縫的寬度以及燈電流能量等，使得儀器設備狀態保持最佳。在實際的檢測中，需要認真仔細，保證準確性符合要求。

3.6 液相色譜分析法

在現階段水質檢測當中，液相色譜分析法應用非常的廣泛，并且效果也比較好，最為顯著的特點就是分離效果比較高，采用液相色譜分析法可以對水質環境中多種重金屬實施檢測，對重金屬的分布以及范圍可以很快的分析出來，但是這種方式自身的明敏度比較差，在實際的檢測工作落實中，工作人員通常會將其和其他檢測方法結合起來實施檢測，這樣可以保證液相色譜分析法自身分離高效的基礎上，對其靈敏度不高的缺點進行彌補，以此將重金屬檢測的質量以及效率可以提升。目前，對于這項技術也在不斷的加強完善，在水質檢測中，首先通過離子色譜分析法進行測定，在對其改良后的陽離子交換柱可以對電導抑制進行檢測，可以在很短的時間當中獲得相關的檢測數據。

4 結語

隨著我國社會經濟的不斷發展，水資源污染問題的解決迫在眉睫，未來我國相關部門在對資源檢測技術進行提高的同時，應注意保護水資源，減少污染，特別是降低工廠排放物對水資源的影響，提高生產技術，減少有害物質的排放，進一步促進我國社會綠色低碳的可持續發展[5]。