水中汞元素的檢測方法

汞元素的認識

汞（Hg）在化學元素周期表中位于第80位，俗稱“水銀”。古人還給它取了很多好聽的名字，比如“白澒”“澒”“姹女”“元水”“神膠”“鉛精”“元珠”“流珠”“砂汞”“赤汞”“靈液”“子明”等。它是在常溫、常壓下唯一以液態形式存在的金屬。

汞及其化合物都屬于劇毒物質，會在體內蓄積。無機汞離子進入水體后，可轉變為毒性更大的有機汞，通過食物鏈進入人體，將引起全身中毒。

我國的《生活飲用水衛生標準》（GB5749—2022）規定，生活飲用水中的汞元素限值為0.001mg/L。接下來，我將根據目前有效的檢測方法，實驗如何測試出水中的汞元素含量。

汞元素的檢測

如何檢測出水中汞元素的含量呢？《生活飲用水標準檢驗方法》中規定的檢測方法有：

原子熒光法

冷原子吸收法

二硫腙分光光度法

電感耦合等離子體質譜法

原子熒光法和冷原子吸收法都屬于原子光譜檢測技術，原子光譜是價電子受到激發躍遷到激發態，再由高能態回到各個較低的能態或基態時產生的光譜。這是國內使用較為普遍的檢測方法。

簡單來講，每一個汞原子的原子核就像是一顆星球，它的周圍圍繞著80顆“衛星”（電子）。這些“衛星”分成了6層排列，最外面的一層有2顆。當汞原子接收到了足夠的能量，這些“衛星”就會飛到更高的“軌道”去（遠離原子核的能級軌道）。在更高的“軌道”飛了一段時間（8～10秒），它們又會老老實實地飛回原來的“軌道”。在返航的過程中，“衛星”會發出光芒（熒光），就像流星劃過。

汞原子的個數越多，被激發的電子也就越多，發出的光芒也就越亮。我們用特殊的光度計去記錄樣品發出熒光的強弱，就可以檢測出汞原子的多少，進而就能得出汞元素的濃度。

電感耦合等離子體質譜儀是通過霧化器泵送含有分析物的制備液體以產生氣溶膠，然后將其引入氬等離子體。等離子體的高溫（5700～6700℃）足以霧化電離幾乎所有元素，包括電離電位最高的元素，由此產生的分析物離子可以通過靜電離子光學元件進入質譜儀。不同的離子在質量分析器中根據荷質比分離，隨后在質譜儀中被檢測到。

這個方法是現在國際上使用比較普遍的，就是用氬氣把檢測的水樣都吹成水霧，讓它們進入一個5700～6700℃的能量球里，把它們變成一大團等離子體（在能量場中被搶走了電子，或者搶了別人電子的原子）。這些離子會排隊進到另一個“大房子”（電場）里，在洛倫茲力的作用下，按照質量大小，在“房間”的另一邊排列站好。檢測器通過計數，就能計算出水樣中各個元素的濃度。

新的測汞技術

暑假，我參觀了中國農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所，看到科研人員正在研發新的檢測技術。

低溫等離子體發射光譜

這是利用電熱絲加熱水樣，將汞蒸出，導入氬氣氣氛下的強電場中激發而進行光譜檢測的技術，檢出限為0.0005mg/L。這種技術也可在戶外使用，不需要化學試劑，將水樣直接蒸發檢測，缺點是會受環境溫度、濕度影響，檢測的重復性稍差。

液體輝光放電發射光譜

這是利用高壓放電，將水樣直接激發而進行光譜檢測的技術，檢出限值為0.0005mg/L。這種技術便捷，不需要化學試劑，可將水樣直接放電激發進行多元素檢測，缺點是高壓電能耗高，存在一定的操作危險。

展望

從古至今，汞元素與我們的生活息息相關。如何駕馭危險的重金屬元素，也成了我們需要不斷探索的難題。在檢測領域，國外一直對我國進行技術封鎖。

在我國大力發展自主知識產權的今天，檢測技術需要跨越國外的技術壟斷，用中國人的智慧，走出自己的新路。科學家還在嘗試利用金納米膠與汞元素結合，再通過比色的方法進行檢測。如果這種方法研究成功，檢測水樣中的汞，只需要在檢測板上滴一下，等待10分鐘，就能知道水源有沒有被污染。這種方法既方便又環保，然而它還停留在理論階段，需要很長時間才有可能實現。

作為小學生的我們，要努力學習科學知識，長大后投入科學研究工作中，想出更多好點子、新方法并將它們一一實現。