環境監測水中重金屬檢測方法探討

張梁

摘要： 水環境重金屬污染是指排入水體的重金屬物質超過了水的自凈能力，使水的組成及其性質發生變化，從而使水環境中生物生長條件惡化，并使人類生活和健康受到不良影響的行為。 重金屬污染物在環境中包括在水環境中都是難以降解，最后進入人體造成危害，是危害人類最大的污染物之一。本文分析了環境監測水中重金屬的各類檢測方法。

關鍵詞： 環境監測；水；重金屬；檢測方法

重金屬是指原子密度大于5 g/cm3的金屬元素，在自然界的 85 種金屬元素中占有 45 種。《中華人民共和國生活飲用水衛生標準》GB 5749—2006 對飲用水也作了規定，對人體危害較大的鎘、鉛、鉻、砷、汞要求不得超過 1 ～50 μg / L。這樣低的痕量檢測就需要分析技術具有較高的精確度和靈敏度。

1 光譜法

光譜法主要包括原子吸收光譜法、原子熒光光譜法和電感耦合等離子體法。其中前二者檢測的基本組件構成相同，分光系統、檢測系統完全相同。

原子吸收光譜法是基于氣態的原子外層電子對紫外光和可見光進行吸收為基礎的分析方法。因此樣品需要原子化，即通過原子化器提供合適的能量將試樣中的被測元素轉變為處于基態的原子。根據原子化器的作用不同將原子吸收光譜法分為火焰原子吸收光譜法（ FAAS） 、石墨爐原子吸收光譜法（ GFASS） 、冷原子吸收光譜法（ CVASS） 和電熱原子吸收光譜法（ ETAAS） 。而原子吸收光譜法的技術和分析方法成熟，幾乎涵蓋了所有元素分析的領域。但是多種元素必須用相應的光源進行原子激發，而環境中的水含有大量不同種類的離子，分析物離子含量往往較低。給檢測帶來一定的困難。因此樣品需要預處理，提高靈敏度和準確度，例如溶劑萃取、濁點萃取、固相萃取、電沉積、協同沉淀、膜過濾方法。

原子熒光光譜法的原理是原子蒸氣吸收一定波長的光輻射而被激發，受激原子隨后通過激發過程發射出一定波長的光輻射，即原子熒光，在一定的實驗條件下，不管是哪一種類型的熒光，其輻射強度均與分析物的原子濃度成正比，按熒光波長分布可作定性分析。 原子熒光光譜法具有靈敏度高，選擇性強，試樣量少和方法簡單等特點。它的不足之處是應用范圍還不夠廣泛，因為有包括金屬在內的許多物質本身不會產生熒光而要加入某種試劑才能達到熒光分析的目的。 此外對于熒光的產生過程和化合物結構的關系，還需要廣泛深入地研究。電感耦合等離子體法測定水中的重金屬主要包括電感耦合等離子體質譜法（ ICP-MS） 法和電感耦合等離子發射光譜法（ ICP-AES） 。前者是利用電感耦合等離子體使樣品原子化，待測金屬元素進入質譜，通過測定荷質比進行定性和定量分析； 后者是利用高頻電流產生的高溫將反應氣加熱并電離，利用元素發出的特征譜線進行測定。

電感藕合等離子體光源是目前應用得最廣泛的 AES 光源。 與其他方法相比，ICP-AES 的優點是分析速度快，干擾低，時間分布穩定，線性范圍寬，能夠一次讀出多種被測元素的特征光譜，同時對多種元素進行定性和定量分析。ICP-AES 的不足之處在于設備費用和操作費用較高，且對有些元素優勢并不明顯。

2 電化學法

電化學分析方法是根據物質在溶液中和電極上的電化學性質為基礎建立起來的一種分析方法。其優點是儀器裝置簡單、小型，操作方便，易于自動化和連續分析，分析方法快速、靈敏、準確。 電化學分析法主要由以下幾種：

伏安法和極譜法.伏安法和極譜法都是通過電解過程中所得到的流一電位（電壓）或電位一時間曲線進行分析的方法，它們的區別在于伏安法使用的極化電極是固體電極或表面不能更新的液體電極，而極譜分析法使用的是表面能夠周期更新的滴汞電極。

電位分析法.電位分析法是在通過電池的電流為零的條件下測定電池的電動勢或電極電位，從而利用電極電位與濃度的關系來測定物質濃度的一種電化學分析方法。 電位分析法具有許多優點，選擇性好，所需試樣少，且可不破壞試液，故適用于珍貴試樣的分析。 它的測定速度快，操作簡單，容易實現自動化和連續化。

電導分析法.電導分析法是通過測量溶液的電導值以求得溶液中離子濃度的方法，它分為直接電導法和電導滴定法。 其優點是簡單、快速，直接電導法還具有很高的靈敏度，缺點是它所測定的電導值是試樣中全部離子電導的總和，而不能區分和測定其中某一種離子的含量，因此導致選擇性很差。

3 生物化學法

酶抑制法。重金屬離子和酶活中心的活性部位結合，占據部分活性位點，引發酶活力的降低，從而影響酶和底物的反應。反應變化和重金屬的含量具有相關性，可達到良好的檢測效果，檢測限比光譜法和電化學法偏低，但其能夠達到國家標準檢測要求。目前已有過氧化

核酸適配體檢測法。利用核酸適配體檢測重金屬是近年來研究的熱點。核酸適配體檢測重金屬具有較好的檢測穩定性、檢測成本低、適配體序列自行設計的廣泛應用性。

免疫檢測技術。免疫檢測技術是基于抗原抗體特異性反應建立起來的一種生物化學分析方法。重金屬免疫檢測技術的檢測速度快、靈敏度高、特異性強，檢測的精確度主要取決于抗體和抗原之間的結合程度。但金屬離子很難直接作為抗原結合抗體，它需要螯合劑，通過螯合劑再結合蛋白質進而引起免疫反應得到相應的抗體。因此，開發新型螯合劑并篩選出特異性好的單克隆抗體隨著近幾年化學、重組單克隆抗體和基因重組科學的發展得到不斷改進。

4 結束語

近些年發展的快速檢測方法的確改善了檢測條件，耗時短，處理樣品簡單，但檢測的重復性相對于傳統方法，有待提高。近年來隨著分析檢測技術、信息技術以及生物科學的發展，重金屬檢測方法的多樣性更加豐富，包括技術成熟且具有高精準度的儀器分析法、電化學、生物法。越來越多的檢測方法應用到水中重金屬的檢測。

參考文獻：

[1]楊燁. 水中重金屬檢測方法研究進展[J]. 化工管理. 2016（35）

[2] 許積斐. 重金屬檢測方法探討[J]. 科技與企業. 2013（14）

（作者單位上海市浦東新區環境監測站）