水中重金屬光譜檢測技術略論

李志明

（惠州市水質檢測綜合服務有限公司，廣東 惠州 516003）

水是人類賴以生存的重要資源之一，也是國家經濟發展的重要基礎，但是隨著工農業及經濟的快速發展，生活廢水、工業污水、農業廢水的大量排放，加重了對生活用水的污染，嚴重影響了人們的身體健康，特別是水中的重金屬對環境造成了極大地影響，如銅、鋅、鎘、鉛、汞等重金屬元素遷移性比較高、累積性強，過量累積的重金屬元素具有毒性高的特征，會被植物、農作物等吸收，對人體造成傷害［1］。因此，對水中的重金屬進行檢測是十分必要的。采用重金屬光譜檢測技術，可以快速有效地對重金屬元素進行檢測分辨，因而在水質檢測中具有廣泛的應用。

1 原子吸收光譜法在水中重金屬檢測中的應用

1.1 原子吸收光譜法的原理

原子吸收光譜法的基本原理是利用外層電子不穩定的特點。當不同元素受到不同波段光譜光照后，其外層電子就會發生躍遷，由穩定狀態向相對不穩定的狀態轉變，在此過程中，將原子發出的特征光譜與標準的光譜曲線進行比對和定性分析，就可以確定金屬的類型。原子吸收光譜法具有檢測精度高、抗干擾能力強，能夠快速檢測出微量元素等的特征，是水中重金屬元素檢測常用的技術之一，例如采用這種方法能夠快速檢測水中的重金屬鉛，而且該方法對重金屬濃度的檢測具有很強的廣泛性，因而經常應用于對廢水和地表水中的重金屬進行檢測。

1.2 原子吸收光譜法在重金屬檢測中的應用

1.2.1 水中重金屬有機化合物的測定

重金屬有機化合物是水中常見的污染物，容易形成多種金屬衍生物，因而需要采用不同方法對其進行凈化處理。分離水中重金屬有機化合物常用的方法包括灰化法、消解法等，應用這些方法可以去除水中的有機物，使重金屬離子能夠在水中單獨存在，以減少有機物對光譜法檢測結果的干擾，從而有效提高光譜法檢測重金屬的靈敏度。

1.2.2 重金屬離子的測定

不同的重金屬離子，其測定方法不同，例如在對水中金屬鐵、鋅、錳、鉻等進行測定時，可以配置幾種重金屬混合硝酸根溶液，先對水中的重金屬離子進行處理，然后用火焰原子吸收光譜儀，通過空氣—乙炔燃燒形成火焰，對水中的重金屬元素進行汽化，再使用空心陰極燈或者無極放電燈測試重金屬原子發射的光源，最后通過光譜儀與吸收的光源進行比對，能夠得到水中重金屬的含量，同時還可以有效去除水中的鐵、磷等元素的干擾。在進行測試時，為保證光譜法測定的穩定性，工作人員可以使用貧燃火焰進行原子化過程，在進行光譜比對時，便于分析。在對水中重金屬元素鋅進行處理時，需要將溶液的pH值調節到2以下，以提高對待測樣品測定的精確性，同時還能減小測試誤差。在測定原子吸收光譜前，為提高測定精度，減小測試誤差，在對待測樣品進行原子吸收光譜測定前，先將重金屬溶液濃縮到15倍以上，以保證測定時溶液的濃度能夠達到原子吸收光譜儀可以測定的濃度范圍，避免檢測濃度不夠導致測試樣品的浪費，或者計算機無法檢測出水溶液中的重金屬含量［2］。

1.2.3 原子吸收光譜法利用重金屬間接檢測有機物的應用

水中的重金屬有機污染物，主要是以官能團或者基團的方式存在，一般是采用紅外光譜、紫外光譜等方法進行測定，但是有些重金屬物質還需要采用原子吸收光譜法進行測定，是根據有機物的性質對待測物質按照比例轉化進行測試。例如，對水中甲醛含量的測定，在測定時，可以采用0.1 g/mL的NaOH、0.05 g/mL的CuSO4溶液、0.2 g/mL配制的斐林試劑在沸水浴中加熱半小時，直到溶液中出現磚紅色的沉淀時進行鑒定；也可以采用1 mL、2%的AgNO3溶液，邊振蕩邊滴入2%的稀氨水，剛好將磚紅色的沉淀溶解后，加入50 ℃水浴加熱進行鑒定，這時溶液中就會產生單質銀，再利用HCl溶液、AgNO3溶液對甲醛反應產生的沉淀進行溶解，在溶解過程中會產生Cu2+與Ag+，然后再分別采用原子吸收光譜法測定Cu2+與Ag+的含量，并根據沉淀中金屬離子和有機物甲醛的配平系數，間接地測定水中甲醛的占比。

2 電感耦合等離子原子發射光譜法

2.1 電感耦合等離子原子發射光譜法的原理

電感耦合等離子原子發射光譜法的主要原理是利用電感耦合等離子體作為激發光源，將待測重金屬離子作為處于激發態的原子，在其能量釋放回到基態時，會發射出不同的特征譜線，然后采用重金屬的光譜進行比對，確定重金屬的類型。由于待測重金屬原子的能級結構不同，所發射出的光譜特征線也不同，針對這種特征光譜線強度的不同，運用電感耦合等離子原子發射光譜儀就可以測定出待測原子的類型和含量。采用該方法測定水中重金屬元素的速度較快，操作也比較簡便快捷，而且檢測精度高、檢測范圍比較廣泛，是目前常用的檢測重金屬水污染的方法之一。

2.2 電感耦合等離子原子發射光譜法的應用

電感耦合等離子原子發射光譜法的關鍵是電感耦合等離子炬是激發原子發光的重要激光光源，利用該電感耦合等離子體發射光譜法可以快速測定水中的重金屬K、Na、Ca、Mg離子及其含量，在對其含量進行檢測與分析的過程中，需要將K、Na、Ca、Mg元素的光譜分析譜線值依次設定為766.491、589.593、317.932、285.215。采用電感耦合等離子原子發射光譜法測定K、Na、Ca、Mg元素時，需要設置好測定條件：光矩的激發功率為1 150 W，設備的霧化壓力為0.2 MPa，將光室溫度控制在38 ℃，Camera溫度為-46.6 ℃，對重金屬水溶液測試樣品沖洗時間為30 s，循環水制冷功率為1 500 W，要求氬氣純度為99.999%才能滿足要求，電感耦合的泵速為45 r/min。同時還要采用樣品稀釋法和背景扣除法校正測試的光譜背景，以降低基體效應的影響。在經過多次測試后，采用該方法的檢出限為0.000 6～0.01 mg／L，4種重金屬測定值的相對標準偏差依次為0.429%、1.28%、0.426%、0.538%。在進行實驗分析的過程中，測得的重金屬回收率為99.6%～102%，總體結果滿足對污染水中重金屬的測定，而且也能準確測定出重金屬的類型，并能夠對污水中的重金屬元素進行定性與定量分析［3］。因此，采用電感耦合等離子原子發射光譜法能同時完成多種重金屬的測定分析，而且采用這種方法的檢測精度高、速度快、便捷，同時化學與電離干擾也比較少、檢測的限制也比較少、檢測的范圍比較廣泛，同時還可以對污染水中重金屬的痕量與常量進行分析，但是該方法對儀器維護和實驗測試方法有較高的要求。

3 原子熒光光譜法的應用分析

3.1 原子熒光光譜法的原理

原子熒光光譜法的原理是重金屬原子在吸收到外界能量時，外層不穩定電子會發生躍遷，采用基態原子（一般蒸汽狀態）的特征頻譜，來吸收合適的特定頻率的光能量輻射，將原子激發至高能狀態，然后激發過程中的能量以光輻射的形式發射，使不同的重金屬元素呈現出不同特征的熒光，通過比對熒光譜特征，確定重金屬的類型。該方法主要是利用原子輻射能激發而發出的熒光來測定水中的重金屬污染，是一種定量光譜的分析方法。原子熒光的波長在紫外、可見光區，在氣態情況下，重金屬原子能夠在吸收特征波長的輻射能后，使重金屬元素的外層電子從基態或者低能狀態躍遷到高能狀態，大約經過8～10秒后，外層電子又會從高能狀態躍遷到低能狀態，同時還會發出熒光。

3.2 原子熒光光譜法的應用

原子熒光光譜法具有檢測精度高、檢測的重金屬元素種類比較多、對重金屬檢測的選擇性較好、檢測限制低，能同時檢測多種重金屬元素、所需樣品量比較少等優勢。例如，在對污水中的砷與汞元素進行檢測時，檢出限分別為0.198 μg/L和0.009 8μg/L，對兩種重金屬元素的回收率在97.36%～105.78%和96.33%～107.52%之間，具體的測試結果見表1。

表1 砷與汞元素標準溶液精密度實驗（n=6）

這種方法特別適合測定礦區污水中的金屬砷和汞，因其檢測時間較短，在污水重金屬檢測中應用十分廣泛。由于水質樣品中的重金屬元素含量比較低，只有在重金屬元素富集檢測時才是研究的重點。在檢測水中重金屬時，由于部分有機重金屬化合物處于不穩定狀態，部分重金屬的不熒光性限制了該方法對水質檢測的應用，所以在選擇該方法進行檢測時，首先要確定重金屬元素的種類。例如，可以采用水浴消解氫化物發生-原子熒光光譜法，綜合測定污水中的砷、汞元素的含量。該方法操作比較簡單，使用的酸類物質也較少，同時還可以消解污水樣品，且空白值低，測定結果準確、可靠，也為污水中砷、汞含量的檢測與分析提供了簡單、快捷的方法。

4 可見紫外分光光度法

可見紫外可見光光度法也是一種常用的檢測方法，是光譜檢測技術中的一種重要方法，該方法主要是對部分重金屬離子進行檢測。由于重金屬中的電子在受到紫外線照射時，可以吸收可見紫外光的輻射能，使外層的不穩定電子能級發生躍遷，并依據可見紫外吸收光譜的特征進行比對，從而可以快速完成對重金屬的檢測。這種技術應用也比較廣泛，如對某一種中草藥中的特定元素進行檢測，而且檢測結果的精確度較高，但是應用于水污染中的重金屬檢測還處于研究階段?？梢娮贤夥止夤舛确ň哂泻啽憧焖?、安全可靠、使用方便、檢測精確度比較高、實驗操作流程簡單等優點，在重金屬檢測中有著較好的應用前景。但是，在具體應用過程中，在污染物的選擇性、靈敏性和譜線重疊方面需要進行認真地分析，才能提高檢測的有效性和準確性［4］。

5 結語

光譜法作為高效的水質檢測方法，能夠快速檢測出污水中的重金屬類型和含量，具有檢測方便、快捷，檢測結果精度、準確度比較高的優勢，因而在檢測水中重金屬污染物時具有良好的發展前景，也是重金屬檢測常用的方法之一。光譜法檢測重金屬有很多方法，不同的檢測方法具有不同的優勢，因而在具體檢測過程中，可以結合重金屬的類型，選擇合適的光譜檢測方法，以提高水中重金屬的檢測效率。