探析水環境中的重金屬監測方法

胡世駿

摘 要：重金屬檢測是研究水環境污染程度的重要指標之一，本文詳細分析了電感耦合等離子體法、生物化學方法、原子吸收光譜法等水環境中的重金屬檢測的常用技術。在實際的水環境中重金屬的監測，必須依照需求的測試結果，有針對性的選擇滿足需求的儀器和方法，具體問題具體分析，為生產實際提供監測服務。

關鍵詞：水環境 重金屬 監測方法

1、水環境中重金屬污染情況

我國地大物博，水資源比較豐富，河流和湖泊也很多。但是近幾年，隨著經濟的發展，工業化的程度進一步加大，人們在發展經濟、振興工業的同時忽略了保護水資源環境。水污染對很多地區的河流和湖泊都產生了不同程度的影響，其中水環境中的重金屬的污染尤為嚴重，重金屬污染恢復的難度非常大，對我國的水環境造成了嚴重的危害。《2015年中國環境狀況公報》指出：“我國的26個重點監測湖泊巢湖、滇池、達貴湖、太湖、洪澤湖、白洋淀、南四湖、鏡泊湖、玄武湖、東湖、松花湖、嚼山水庫、鄱陽湖、洞庭湖、博斯騰湖、于橋水庫、大伙房水庫、董鋪水庫、大明湖、昆明湖、西湖、密云水庫、門樓水庫、丹江口水庫和千島湖中W類、V類和劣V類水質達到77%”。我國的七大水系中長江的總體水質最好，但是在監測長江水樣的各個指標中，不論是沉淀物和懸浮物，Pb、Cu、N i、Zn、Cr、Co、VA s、和Ti等重金屬的含量都存在嚴重超標的現象。其他水系的重金屬污染也比較嚴重。

工業的大規模發展，導致了土壤、大氣、水環境中含有大量的重金屬。金屬冶煉、礦山開采、施用農藥化肥、化工生產廢水和生活垃圾等各種人為因素的污染，還有地質風化、侵蝕等自然因素的污染都會導致重金屬以各種形式進入到水體中。重金屬在環境中代謝速度非常慢、重金屬的毒性非常大、重金屬被生物富集后非常容易產生生物放大的效應，水環境的重金屬污染已經嚴重威脅到居民的健康和水生生物的生存問題。隨著水環境中的重金屬污染問題嚴重，重金屬的分析技術得到了迅速的發展，很多方法都已經應用在重金屬含量檢測的實際工作中，檢測的準確性和靈敏度也得到很大的提高。目前常用的重金屬分析方法有電感藕合等離子體法、原子吸收光譜法、溶出伏安法、原子熒光光譜法、免疫分析法、生物酶抑制法和生物化學傳感器法等。文章描述近幾年水環境中的重金屬檢測方法。

2、水環境中重金屬監測技術

2.1 電感耦合等離子體法

電感耦合等離子法在監測水環境中重金屬中的具體方法主要包括ICP-MS和ICP-AES方法。ICP-MS法的主要原理是通過電感耦合等離子體法來氣化樣品，使得被測的重金屬元素滲入質譜，并且對荷質比進行定量檢測分析。ICP-AES法運用高頻感應電流的高溫對反應氣相進行加熱及電離等操作，并依據元素的不同特征譜線進行在線監測。ICP-MS法最初在發達國家環境監測中得到了廣泛的使用，后來我國也加大力度開發和使用該項技術。ICP-MS法打破了以往其他監測方法的限制和缺陷，慢慢變成通用度最高的標準監測方法。同時，監測設備輕便便于攜帶，也給基層的操作人帶來了諸多便利，這逐步解決了野外監測工作人員監測困難的問題，因此ICP-MS法在水環境重金屬元素的監測領域中運用非常廣泛。

2.2生物化學方法

（1）生化傳感器

生物傳感器的原理是將生物識別物質和待測的物質互相關聯，通過信號轉換器轉化為可輸出的光、電等多種不同的信號，包含酶傳感器、免疫傳感器、微生物傳感器等。生物化學傳感器法近幾年在水環境監測中的應用越來越廣泛。

采用堿性磷酸酶電導傳感器來監測水環境中的重金屬離子，電導監測是采用交叉金電極產生10mV的小振幅電壓，輸出信號從前置放大器傳播到鎖相的放大器。磷酸對硝基苯酯產生催化的作用，催化作用可以顯著改變電導率，發生反應的時間都<1 min。可以改良單溶膠膜技術，將其制作成光纖傳感器，溶膠內部聚乙烯醇，來改善尿素酶的催化作用，上述方法可以檢測水環境中的銅、汞、銀等元素，檢出限達微克/升級別。

（2）免疫分析法

免疫分析法是比較先進的監測重金屬的方法。該方法具有費用低、方便、易于操作、節省時間等優點，非常適合進行現場快速監測。重金屬離子的免疫分析法具有多克隆抗體免疫監測、單克隆抗體免疫監測。依據福所和鑰孔血藍蛋白整合成螯合劑，采用單克隆抗體免疫法來監測水環境的鎘含量，和其他離子的反差率很小。

（3）酶抑制法

通過產生酶活性的物質和重金屬的離子互相結合，使酶物質的結構和性質發生巨大的轉變，進而引起酶活性降低，使得底物中的酶的電導率、PH、吸光度和顯色劑色彩發生明顯的變化，監測上述變化可以確定重金屬離子在水中的具體含量為多少。相比其他的監測手段，該方法的優點是便利、快速、成本低廉等，非常適合重金屬監測的現場操作。

2.3原子吸收光譜法

原子吸收光譜法的原理是依據蒸汽相中的被測元素的基態原子對該原子產生的共振輻射的吸收能力強弱來檢測試樣中該元素含量的一種監測方法。依據不同的樣品形態和不同的待測元素，可選擇石墨爐原子吸收光譜法、火焰原子吸收光譜法、冷光源原子吸收光譜法和電熱原子吸收光譜法。水環境的重金屬的含量級別屬于超痕量和痕量級別，因此對中金屬元素進行富集作用才能進行原子吸收分析工作。Zeng等專家采用空纖維膜萃取技術富集和分離水中的鉛元素，運用含有小型的鎢絲的ETAAS法測定水中含有的痕量的鉛，其回收率達96%-109%。Mousavi[1]等專家運用流動注射CVAAS法來監測廢水中汞的含量，其檢出限是3 ng/L，與標準偏差比較低40%，這種方法可以防止鈉、鉀、鉛、銅、鎳、鐵和錳離子對監測離子的干擾作用，常用于檢測廢水中的汞含量。Candir等[2]專家運用非鰲合物濁點萃取的FAAS法監測水樣中的鉛、鉻、鎳、銅等重金屬元素，同時采用非離子型表面活性劑富集了水中的重金屬離子，原子吸收光譜法不僅在水質重金屬內廣泛應用，也可以在藥物中和食品中檢測重金屬中使用。這種方法的優點有精準度高、容易操作、回收率非常高、多金屬同時進行富集等，經過富集作用，能監測出檢出限和相對的標準偏差是0.2μg/L和6.2%的鉻元素，鉛和鎳的相對的標準偏差和檢出限分別是7.2%和1.3μg/L，其回收率約為82%-102%之間。

3、結論

研究先進的多金屬監測技術是檢測水環境中重金屬含量和保護水環境的重要前提和保障。我國逐步研究出很多精準度高、檢測速度快、靈敏度非常好、操作簡單方便的重金屬檢測的儀器和方法。本文重點描述了多種重金屬監測的具體方法各方法都有一定的適用范圍和優缺點，在實際的重金屬監測的操作過程中可以依據自己需要進行選擇合適的檢測方法。比如ICP-MS法和AAS法的優點都是靈敏度非常高，可以將水環境中的所有重金屬都進行在線監測，但是缺點也比較明顯，在現場監測前必須進行樣品的前期處理，檢測的過程也非常復雜，在線監測和現場監測的難度會很大，上述方法的相關儀器和設備的維護使用的精度要求和對適合安裝的周邊環境的要求也非常高。文中講述的生物化學的一些監測方法具有儀器輕便，便于攜帶的優點，非常適合現場監測的要求，但是生物化學的檢測方法儀器的靈敏度低、測試的準確度不高，能檢測有限的幾種金屬。

參考文獻

[1]王建偉，朱金偉，楊子恒，岳立. 原子熒光光譜法在水環境重金屬在線監測中的應用[J]. 分析儀器，2017，（02）：74-77.

[2]蔡巍. 水環境重金屬檢測微傳感器及自動分析儀器的研究[D].浙江大學，2012.endprint