重金屬檢測技術(shù)在環(huán)境水質(zhì)分析中的應(yīng)用研究

摘 要：重金屬污染是環(huán)境保護(hù)中最難解決的一個(gè)問題，游離在水中的重金屬離子不但不會發(fā)生降解，而且隨著時(shí)間的推移會逐漸積累起來，破壞水質(zhì)，飲用此類被污染的水質(zhì)后會對人體造成巨大的傷害。因此，對環(huán)境水質(zhì)中的重金屬含量進(jìn)行檢測是一項(xiàng)必要的工作。本文介紹了當(dāng)前比較常用的幾種重金屬檢測技術(shù)。

關(guān)鍵詞：重金屬；水質(zhì)；檢測；應(yīng)用

中圖分類號： S932.9+11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境污染問題越來越突出，其中以重金屬污染尤為嚴(yán)重。技術(shù)的發(fā)展加快了人們對金屬的開采和利用力度，但同時(shí)也有很多重金屬被釋放到環(huán)境中，破壞了地下水的水質(zhì)，對人們的身心健康造成威脅。因此，對水體中的重金屬成分和含量進(jìn)行檢測和分析具有重大的意義。本文結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者的研究情況，介紹了當(dāng)前比較常用的幾種重金屬檢測技術(shù)，旨在提高人們對水體重金屬檢測的認(rèn)識。

1原子吸收光譜法

原子吸收光譜法是環(huán)保部門規(guī)定的用來測定地表水、廢水中金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)方法。該檢測方法的特點(diǎn)是：靈敏度高、檢出限低、檢測速度較快、抗干擾性好。該項(xiàng)技術(shù)是當(dāng)前測定水體重金屬最常用的方法，在檢測分析重金屬元素方面非常有效。例如，在一定的萃取條件下，可以把咯烷二硫代氨基甲酸銨（APDC）作為螯合劑，甲基異丁酮（MIBK）作為萃取劑，定量螯合萃取鉛，在此基礎(chǔ)上，把流動注射在線萃取技術(shù)與原子吸收光譜法整合以后，可以對湖水中的鉛含量進(jìn)行檢測，這種方法操作簡單，而且結(jié)果準(zhǔn)確性較高；把原子吸收光譜法和熱解-原子吸收光譜法技術(shù)相聯(lián)合，可以用來對廢水中的痕量無機(jī)汞和總有機(jī)汞含量進(jìn)行分析：用45μm濾膜對廢水樣本進(jìn)行過濾后，直接用該技術(shù)來檢測無機(jī)汞含量，再利用熱解法測出樣本中的總汞含量，兩種方法得出的含量差就是總有機(jī)汞含量。該方法避免了消化處理環(huán)節(jié)，受外界環(huán)境的干擾較少。

2電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法

該項(xiàng)技術(shù)也是一種光譜分析方法，是在原子發(fā)射光譜法的基礎(chǔ)上衍生出來的，以電感耦合等離子炬為激發(fā)光源來分析樣本中物質(zhì)的含量。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的特點(diǎn)是：方便、快速、準(zhǔn)確地測定水樣中的多種金屬元素和準(zhǔn)金屬元素的含量，在此過程中不會產(chǎn)生明顯的基體效應(yīng)。這種方法在常量、微量及痕量元素分析方面效果非常明顯，靈敏度高，干擾少，能夠同時(shí)或者順序?qū)Χ喾N元素進(jìn)行檢測分析。通常情況下，水體中的金屬離子含量都不會太高，即使電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的靈敏度較高，但如果僅僅是用該技術(shù)來檢測痕量元素是比較難實(shí)現(xiàn)的，在這種情況下就要結(jié)合分離富集技術(shù)，可以很大程度上提高分析檢測限、精密度和準(zhǔn)確度，因此，分離富集技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的使用范圍。

3電化學(xué)方法

該項(xiàng)技術(shù)是以電化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的，它是根據(jù)物質(zhì)電化學(xué)性質(zhì)的差異來確定其物質(zhì)組成和含量。整個(gè)過程都是在電化學(xué)池中進(jìn)行的：把試驗(yàn)液添加到化學(xué)電池中，再以某種參數(shù)（如電阻、電導(dǎo)、電位、電流、電量或電流- 電壓曲線等）為參考標(biāo)準(zhǔn)，對該化學(xué)電池進(jìn)行測定，根據(jù)參數(shù)與被測物質(zhì)濃度的關(guān)系就可以判斷出該試驗(yàn)液的組成和含量。現(xiàn)在比較常用的電化學(xué)方法有四種：電位分析法、溶出伏安法、極譜法與伏安滴定法。例如，用陰極溶出伏安法可以對飲用水和海水中的痕量金屬銅、鉑、鎳、鋅等元素同時(shí)進(jìn)行檢測；利用脈沖極譜法可以對自然水體中的銅、鉛、鎘、鎳、鋅、鈷等元素的組成和含量進(jìn)行測定。

4紫外-可見分光光度法

該項(xiàng)檢測技術(shù)的原理是光學(xué)實(shí)驗(yàn)，它利用某些物質(zhì)中價(jià)電子能級躍遷對200～800nm光譜區(qū)輻射的吸收，在這個(gè)過程中就會產(chǎn)生可見的紫外吸收光譜，根據(jù)光譜的差異就可以對該檢測物質(zhì)的含量和組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的分析。這種分析方法成立的假設(shè)條件是：不同物質(zhì)吸收光的種類都會有差異，當(dāng)重金屬離子跟其它物質(zhì)結(jié)合時(shí)，對特定光的吸收就會發(fā)生變化，被檢測對象中重金屬的含量越大，該變化就會越明顯。例如，在PH值為6的緩沖溶液中，用二甲酚橙作顯色劑，與鉛形成穩(wěn)定的1：1的紅色配合物，用分光光度法在波長580nm處測定吸光度，利用這種方法可以測定水體中微量鉛的含量。

5 液相色譜法

液相色譜法最大的特點(diǎn)是高效分離，但缺乏通用的高靈敏度檢測方法，因此，該項(xiàng)技術(shù)在檢測無極分子領(lǐng)域使用的較少。比較有效的變更手段就是把液相色譜法與分光光度法聯(lián)合起來使用，就可以解決靈敏度和選擇性相互矛盾的問題。現(xiàn)在該項(xiàng)技術(shù)單獨(dú)使用的情況比較少，一些研究人員對該技術(shù)進(jìn)行了升級，高效液相色譜-光度法的衍生技術(shù)有柱前衍生、柱中衍生和柱后衍生。例如，為了測定高濃度有機(jī)廢水中常見的堿金屬、堿土金屬離子，可以先用離子色譜法進(jìn)行測定，再用IonPac CS12A陽離子交換柱、20mmol/L甲磺酸流動相、抑制型電導(dǎo)檢測，在短時(shí)間內(nèi)就可以得出被檢對象中Na+、K+、Mg+、Ca2+等離子的含量。這種方法在對機(jī)廢液焚燒處理過程前后樣品中堿金屬、堿土金屬離子含量檢測中非常有效。

6熒光分析法

熒光分析法與分光光度法比較類似，它的工作原理是：常溫物質(zhì)在某種波長入射光的照射下，內(nèi)部的價(jià)電子的活性增強(qiáng)，從基態(tài)轉(zhuǎn)變成激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)價(jià)電子穩(wěn)定性較差，很快就又會變成基態(tài)。價(jià)電子在轉(zhuǎn)換形態(tài)的過程中，會發(fā)射出比入射光波長還要長的出射光，就是所謂的熒光，對該熒光進(jìn)行分析，就可以分析出常溫物質(zhì)的組成成分。現(xiàn)在比較常用的能發(fā)射熒光的物質(zhì)有有機(jī)熒光染料、量子點(diǎn)、稀土納米材料等，如果熒光物質(zhì)中含有重金屬，濃度越大，差生熒光猝滅或熒光增強(qiáng)的效果就會越明顯。

7流動注射分析

該技術(shù)的操作方法是：把注樣閥中一定體積的試樣注入以一定流速連續(xù)流動的載流中，當(dāng)它流經(jīng)反應(yīng)器時(shí)把試樣與載流進(jìn)行混合，這個(gè)過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會形成新的物質(zhì)，對這些產(chǎn)物進(jìn)行檢測，根據(jù)記錄儀上峰形信號就可以定量分析該物質(zhì)。這種方法對設(shè)備的要求較低，可以實(shí)現(xiàn)工作分析自動化，處理效率高，同時(shí)可將分析化學(xué)中復(fù)雜的操作單元，如分離（沉淀、萃取、離子交換、蒸餾）稀釋、加熱、冷卻等技術(shù)，組合到流路體系中，在線完成操作，在非均勻、非平衡態(tài)下進(jìn)行檢測，提高了整體檢測的速度和精確性。

8 生物化學(xué)分析法

生物化學(xué)分析法是當(dāng)前比較熱門的研究話題，在檢測重金屬離子的方法中屬于比較高端的技術(shù)。它主要有酶分析法、免疫分析法等方法。酶分析法是利用重金屬離子與形成酶活性中心的巰基或甲巰基結(jié)合后，改變了酶活性中心的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，引起酶活力下降，從而使底物中的顯色劑顏色、PH、電導(dǎo)率等發(fā)生變化，從而進(jìn)行定量分析。目前痕量重金屬測定常用的酶有脲酶、過氧化物酶、葡萄糖氧化酶、異檸檬酸脫氫酶等。免疫分析法是利用抗原與抗體的特異性反應(yīng)測定痕量重金屬的一種高靈敏度、高選擇性的方法。首先通過重金屬離子與合適的絡(luò)合物結(jié)合，形成一定的空間結(jié)構(gòu)，再連接到抗原或抗體中，與特定的抗體或抗原進(jìn)行特異性反應(yīng)，進(jìn)而作定量分析。該項(xiàng)技術(shù)能否成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是選擇的絡(luò)合物與金屬離子結(jié)合能否制備出特異性抗體，如果不能實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，該技術(shù)在檢測重金屬離子方面就會失效。

結(jié)語

重金屬污染對當(dāng)代社會的影響是比較大的，土壤、水體的污染日益加劇，對整個(gè)社會的生態(tài)環(huán)境和人們的身心健康都造成了極大的負(fù)面影響。因此，環(huán)境監(jiān)測研究人員要充分利用當(dāng)前的檢測技術(shù)，做好對水體的監(jiān)控和檢測，防止水體的進(jìn)一步惡化。同時(shí)還要做好相關(guān)的研發(fā)工作，不斷探索新的檢測技術(shù)，科學(xué)、合理的對水體進(jìn)行監(jiān)測。

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