重金屬檢測(cè)技術(shù)在水質(zhì)檢測(cè)分析中的應(yīng)用

關(guān)興文

（甘肅省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000）

水質(zhì)中重金屬具有獨(dú)特特點(diǎn)，不會(huì)進(jìn)行自動(dòng)沉降，同時(shí)具有較強(qiáng)隱蔽性，在水質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中需要科學(xué)合理應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，確定重金屬的具體存在和含量，進(jìn)而采取針對(duì)性措施，解決水資源污染問(wèn)題，提高水資源安全質(zhì)量。近年來(lái)，水資源重金屬污染得到社會(huì)各界的高度重視，而重金屬檢測(cè)技術(shù)是水質(zhì)檢測(cè)分析的關(guān)鍵因素，更要提高工作開(kāi)展的質(zhì)量和效率。

1 水質(zhì)檢測(cè)分析

水資源保護(hù)對(duì)人類(lèi)的生存健康具有決定性作用，同時(shí)和我國(guó)自然生態(tài)資源能否有效創(chuàng)建可持續(xù)發(fā)展模式具有直接關(guān)系。水質(zhì)檢測(cè)，有利于管理人員及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)到水資源中部分化學(xué)和金屬物質(zhì)，判定其是否符合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。管理人員通過(guò)結(jié)合水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，在發(fā)現(xiàn)水資源不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情況下，及時(shí)采取保護(hù)措施來(lái)改善水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)保建設(shè)[1]。管理人員合理應(yīng)用檢測(cè)方式和技術(shù)，更加全面掌握水資源實(shí)際狀況，為水資源保護(hù)提供有力的數(shù)據(jù)支持。

水質(zhì)檢測(cè)能夠有效保護(hù)水資源質(zhì)量，它更加符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展要求。它的主要目的是監(jiān)測(cè)水樣，判定水質(zhì)中金屬、微生物等含量，掌握水質(zhì)基礎(chǔ)狀況。

伴隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，水質(zhì)檢測(cè)分析逐漸在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中占據(jù)重要地位，進(jìn)而為社會(huì)帶來(lái)較大生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益；但是工業(yè)生產(chǎn)又產(chǎn)生日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，特別是其排放廢金屬離子進(jìn)入到周邊水源中，出現(xiàn)大量水資源污染現(xiàn)象，降低其質(zhì)量。同時(shí)金屬離子含量在水源體系中逐漸富集，不斷堆積，對(duì)我國(guó)水環(huán)境產(chǎn)生較大不良影響，不利于水中生態(tài)平衡，對(duì)水生物生存帶來(lái)較大安全威脅，同時(shí)能夠經(jīng)過(guò)食物鏈等滲透在人體中，對(duì)人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生較大威脅。

2 重金屬檢測(cè)技術(shù)

2.1 概述

我國(guó)自然生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題日益加劇，得到社會(huì)各界的高度重視，尤其是重金屬對(duì)水質(zhì)的污染，成為人們急需解決的問(wèn)題。重金屬呈現(xiàn)出不易降解的特質(zhì)，在動(dòng)植物體內(nèi)能夠長(zhǎng)時(shí)間堆積，通過(guò)食物鏈再次進(jìn)入人體內(nèi)，進(jìn)而在人體內(nèi)部逐漸富積，引發(fā)一系列身體疾病，對(duì)人類(lèi)生命安全產(chǎn)生較大影響[2]。相關(guān)人員為了更好應(yīng)對(duì)重金屬對(duì)水質(zhì)污染問(wèn)題，更加需要加強(qiáng)對(duì)重金屬檢測(cè)工作開(kāi)展的日常監(jiān)督管理工作，科學(xué)應(yīng)用重金屬檢測(cè)技術(shù)，保證各項(xiàng)操作環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性和規(guī)范性，獲得精準(zhǔn)可靠的檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)一步指導(dǎo)環(huán)保工作來(lái)緩解重金屬污染問(wèn)題，為人們提供更加安全、優(yōu)質(zhì)的用水服務(wù)。

2.2 應(yīng)用價(jià)值

重金屬檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用為人們用水安全提供技術(shù)支撐和保障，獲得更多優(yōu)質(zhì)水源。我國(guó)日常用水主要來(lái)源于河流、水庫(kù)、湖泊等，需要工作人員進(jìn)行環(huán)境水質(zhì)分析，應(yīng)用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)增強(qiáng)水質(zhì)重金屬污染物檢測(cè)，充分發(fā)揮該技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提高檢測(cè)質(zhì)量和效率，為重金屬污染治理工作提供數(shù)據(jù)參考，提高安全用水系統(tǒng)。但目前重金屬檢測(cè)技術(shù)應(yīng)該有效提高檢測(cè)精準(zhǔn)度，保證數(shù)據(jù)完整可靠性，解決傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)存在問(wèn)題，發(fā)揮水質(zhì)檢測(cè)工作有效性。

我國(guó)部分地區(qū)工業(yè)布局密集，經(jīng)常出現(xiàn)水質(zhì)重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，在治理不當(dāng)?shù)那闆r下，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，給水資源造成損害，甚至對(duì)周?chē)匀簧鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大影響。這些破壞性因素的產(chǎn)生就進(jìn)一步凸顯出重金屬檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)的管理體系中的重要應(yīng)用價(jià)值，它能夠指導(dǎo)我們迅速精準(zhǔn)地找到重金屬污染源頭，及時(shí)采取相關(guān)保護(hù)性措施，減少污染問(wèn)題，進(jìn)一步，提高水質(zhì)檢測(cè)分析工作質(zhì)效。例如：國(guó)內(nèi)某儀器公司，結(jié)合重金屬檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)多年的研究，推出SO412 系列的在線水質(zhì)檢測(cè)儀，檢測(cè)范圍廣泛，精度高，可以采用聯(lián)網(wǎng)功能進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，在企業(yè)、工廠、污水檢測(cè)等相關(guān)部門(mén)得到有效應(yīng)用，如下頁(yè)表1 所示。

表1 重金屬元素檢測(cè)表

3 水質(zhì)分析中重金屬檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

3.1 原子光譜方法

原子光譜方法檢測(cè)靈敏度高、檢出限低，在水質(zhì)重金屬檢測(cè)中，可以針對(duì)性檢測(cè)某一種元素，主要包含原子熒光分光度法、火焰和石墨爐原子吸收光譜法。一般情況下，該種方法在許多水質(zhì)金屬元素方面的測(cè)定工作中被廣泛應(yīng)用，具有良好的性能，但是在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的缺陷，經(jīng)常受到外部相關(guān)因素的影響。水質(zhì)重金屬檢測(cè)中，對(duì)幾種特征元素如砷、汞、硒、銻、鉍，人們大多選擇原子熒光光度法檢測(cè)方法，待測(cè)元素的原子蒸氣在輻射能激發(fā)下產(chǎn)生的熒光發(fā)射強(qiáng)度，氣態(tài)自由原子吸收特征波長(zhǎng)輻射后，原子的外層電子從基態(tài)或低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，又躍遷至基態(tài)或低能級(jí)，同時(shí)發(fā)射出與原激發(fā)波長(zhǎng)相同或不同的輻射，稱(chēng)為原子熒光。發(fā)射的熒光強(qiáng)度和原子化器中單位體積該元素基態(tài)原子數(shù)成正比，通過(guò)檢測(cè)待測(cè)元素的原子蒸汽熒光強(qiáng)度，就可以明確某種重金屬元素含量，它的檢出限較低，可以測(cè)定到微克級(jí)。另外，火焰原子吸收光譜主要是在特定頻率輻射條件下，測(cè)量檢測(cè)元素原子受到激發(fā)影響吸收的具體能量，靈敏度高，能在重金屬檢測(cè)中獲得理想效果；石墨爐原子吸收光譜方法，主要通過(guò)電流加熱原則，吸收相應(yīng)波長(zhǎng)的光，檢測(cè)重金屬物質(zhì)含量，在實(shí)際檢測(cè)操作中，需要待檢測(cè)樣品原子化，呈現(xiàn)出原子化的高效率，能夠有效提高檢測(cè)靈敏度，保證性能分析的準(zhǔn)確性[3]。

3.2 生物傳感器檢測(cè)技術(shù)

相關(guān)檢測(cè)人員在實(shí)踐工作中采用生物傳感器檢測(cè)技術(shù)，屬于光電型傳感器，主要通過(guò)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的有效轉(zhuǎn)化，同時(shí)有效檢測(cè)出相關(guān)試條的光強(qiáng)度。現(xiàn)階段，該技術(shù)被人們廣泛的推廣和運(yùn)用，促進(jìn)傳感器實(shí)現(xiàn)多元化類(lèi)型的方向發(fā)展。如，工作人員采用生物傳感器檢測(cè)技術(shù)光電型分析銅元素，能夠有效減少檢測(cè)時(shí)間，檢測(cè)銅元素主要采用吡咯烷二硫代甲酸和銅絡(luò)合顯色的形式，結(jié)合金屬元素濃度的轉(zhuǎn)變，分析顯色強(qiáng)度規(guī)律性的變化。

3.3 分光光度法

分光光度法主要是經(jīng)過(guò)測(cè)定被測(cè)物質(zhì)在相應(yīng)波長(zhǎng)處或者范圍之內(nèi)光的吸光度和發(fā)光強(qiáng)度，定量定性分析相關(guān)物質(zhì)的方法。工作人員需要準(zhǔn)備一定濃度的樣品溶液，被不同波長(zhǎng)的光進(jìn)行持續(xù)照射過(guò)程中，對(duì)不同波長(zhǎng)的光吸收強(qiáng)度存在差異性，同時(shí)結(jié)合數(shù)據(jù)繪制出吸收光譜曲線，分析曲線，實(shí)踐操作便捷，靈敏度高。另外，原子熒光光度法能夠在鉛、鎘等金屬元素檢測(cè)中進(jìn)行有效應(yīng)用。

3.4 電感耦合等離子體質(zhì)譜檢測(cè)法

該種方法主要以等離子體為離子源的一種質(zhì)譜型元素分析方法，在多種相關(guān)元素進(jìn)行同時(shí)測(cè)定的過(guò)程中進(jìn)行高效應(yīng)用，同時(shí)能夠和其他相關(guān)色譜分離檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，有效檢測(cè)重金屬元素，分析元素狀態(tài)。該種檢測(cè)方法和以往無(wú)極檢測(cè)方法進(jìn)行比較，呈現(xiàn)出高效、精準(zhǔn)度高、干擾因素少的特征，但是具有較高的應(yīng)用成本，在水質(zhì)重金屬元素檢測(cè)中沒(méi)有被大范圍的推廣和應(yīng)用。

3.5 液相色譜檢測(cè)法

該種方法基于經(jīng)典色譜法，采用氣相色譜理論，同時(shí)在技術(shù)上采用高壓輸送，色譜柱主要采用特殊方法由小粒徑填料填充形成，呈現(xiàn)出良好的柱效，柱后和高靈敏度的檢測(cè)器進(jìn)行有效連接，能夠?qū)α鞒鑫飳?shí)行連續(xù)性檢測(cè)。液相色譜呈現(xiàn)出良好的分離優(yōu)勢(shì)，但在重金屬檢測(cè)過(guò)程中存在一定不足，靈敏度不高。相關(guān)人員針對(duì)該技術(shù)不斷改進(jìn)和優(yōu)化，增強(qiáng)其使用功能。例如，濃度較高的廢水，檢測(cè)項(xiàng)目中包含其是否具有堿土金屬、堿金屬離子，工作人員應(yīng)用離子色譜法，結(jié)合陽(yáng)離子遏制電導(dǎo)，在較少時(shí)間內(nèi)檢測(cè)廢水中鈉、鉀、鎂、鈣等離子元素，同時(shí)對(duì)不同元素進(jìn)行定量分析。

3.6 電化學(xué)分析法

該種方式在現(xiàn)代水質(zhì)檢測(cè)分析中發(fā)揮重要作用，通過(guò)對(duì)水資源中檢測(cè)重金屬含量化學(xué)電位性質(zhì)，可以保證檢測(cè)結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度。檢測(cè)分析人員在實(shí)際操作中，化學(xué)電位屬于整個(gè)檢測(cè)過(guò)程的主要參數(shù)，確定實(shí)驗(yàn)中電量和電阻參數(shù)變化，探測(cè)出水質(zhì)重金屬整體含量。該種方法對(duì)水樣的整體化學(xué)反應(yīng)條件具有較嚴(yán)格要求，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中會(huì)遇到較多問(wèn)題，需要檢測(cè)人員詳細(xì)分析核對(duì)每個(gè)細(xì)節(jié)和檢測(cè)流程的影響因素，避免產(chǎn)生相關(guān)檢測(cè)偏差。

4 實(shí)例分析

我們針對(duì)多種重金屬檢測(cè)技術(shù)分析，大部分都適宜于環(huán)境水質(zhì)檢測(cè)分析。本文以淡水養(yǎng)殖池塘為實(shí)例，詳細(xì)分析重金屬檢測(cè)技術(shù)的具有應(yīng)用。

4.1 選擇檢測(cè)方法

通常情況下，淡水養(yǎng)殖池塘中主要包含銅、鋅、鉛、鎘、汞、鐵、鎳等重金屬元素，可以選擇原子吸收光譜法開(kāi)展檢測(cè)工作；針對(duì)鉻元素，選擇DPCI 分光光度法開(kāi)展檢測(cè)分析；汞、砷元素選擇原子熒光光度法檢測(cè)。該水質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中主要針對(duì)銅、鉛、鎘和鋅元素進(jìn)行檢測(cè)。

4.2 檢測(cè)步驟

1）專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在實(shí)際工作中要科學(xué)利用水質(zhì)重金屬元素檢測(cè)需要的各項(xiàng)儀器設(shè)備，同時(shí)使用規(guī)范的試驗(yàn)用水，對(duì)使用的塑料器皿進(jìn)行預(yù)處理浸泡。

2）分析人員結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，明確銅、鉛、鎘和鋅等重金屬元素的檢測(cè)限，依據(jù)檢測(cè)規(guī)范流程，按照原子吸收方法，銅元素和鋅元素檢測(cè)限設(shè)定為5 μg/L、鉛元素為25 μg/L、鎘元素1 μg/L，同時(shí)根據(jù)相關(guān)判定標(biāo)準(zhǔn)，采用相關(guān)措施科學(xué)合理的進(jìn)行質(zhì)量管控。

3）配置多種濃度重金屬標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用原子吸收法，繪制出各個(gè)濃度下銅、鉛、鎘、鋅元素濃度對(duì)吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，在這個(gè)過(guò)程中，需要同時(shí)測(cè)定2 個(gè)的空白溶液，進(jìn)行對(duì)比分析，有效明確測(cè)量?jī)x器設(shè)備的精準(zhǔn)性。

4）檢測(cè)人員在相同的環(huán)境條件下，針對(duì)待測(cè)溶液合理規(guī)范開(kāi)展重金屬檢測(cè)，詳細(xì)記錄其相對(duì)應(yīng)元素特征譜線的吸收量，在超出標(biāo)準(zhǔn)系列的情況下采用稀HNO3溶液有效稀釋樣品。

5）檢測(cè)人員待測(cè)元素的吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，如圖1，詳細(xì)計(jì)算銅、鉛、鎘和鋅元素的具體含量值，同時(shí)進(jìn)行多次重復(fù)性測(cè)定，在樣品多的情況下還有每測(cè)10 個(gè)樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)系列的中間點(diǎn)回測(cè)，偏移幅度大時(shí)校準(zhǔn)，進(jìn)一步保證結(jié)果的精準(zhǔn)度。

圖1 銅元素

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要闡述水質(zhì)檢測(cè)的重要性，分析重金屬檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)探討了多種重金屬檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際案例分析，充分凸顯出重金屬檢測(cè)技術(shù)在水質(zhì)檢測(cè)中應(yīng)用效果。