利用HM1000型便攜式重金屬測定儀應急監測水中的重金屬研究

劉翠棉

摘要：本文采用英國Wagtech公司生產的METALYSER HM1000型便攜式重金屬測定儀探討在應急監測中測定水中重金屬污染的快速測定方法。該儀器為三電極系統：工作電極為玻碳電極，參考電極為銀一氯化銀電極，內部充滿飽和KCI溶液為流動相，對電極為Pt電極。儀器在20min內完成銅、鎘、鉛等六種重金屬離子的測定。濃度在10～6000ppb范圍內與響應信號線性關系良好，方法檢出限為3ppb，加標回收率為98.0～102.5%，儀器攜帶方便，方法簡便實用，可滿足應急監測的要求。

Abstract： In this paper， METALYSER HM1000 portable heavy metal Tester manufactured by Wagtech Company in England was used to investigate the rapid determination of heavy metal pollution in water during emergency monitoring. The instrument is a three-electrode system： the working electrode is a glassy carbon electrode， the reference electrode is a silver-silver chloride electrode， the interior is filled with a saturated KCI solution as a mobile phase， and the counter electrode is a Pt electrode. Instruments completed the determination of six heavy metals such as copper， cadmium， lead within 20min. The linearity of the response signal was in the range of 10～6000ppb. The detection limit was 3ppb and the recoveries were 98.0～102.5%. The instrument is easy to carry and the method is simple and practical. It can meet the requirements of emergency monitoring.

關鍵詞：Wagtech；便攜式；重金屬；應急監測

Key words： Wagtech；portable；heavy metals；emergency monitoring

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）04-0119-02

0 引言

目前實驗室傳統分析重金屬的方法是原子吸收分光光度法，即利用火焰原子吸收法來測定樣品中金屬元素的含量，該方法優點是準確度和精密度好，缺點是只能在分析實驗室內進行測定，分析耗時長、分析步驟復雜、儀器因體積龐大不能帶到現場。隨著環境污染事故的頻發，要求應急監測隊伍能夠做到現場采樣、現場分析，及時準確的報出監測數據，以方便迅速做出科學決策，保障人民群眾生命與財產的安全。便攜式重金屬測定儀總重量只有三千克左右，無須外接筆記本電腦，便于攜帶。并且可以快速、方便的對受污染水樣中常見的六種重金屬，即銅、鎘、鉛、鋅、汞和砷同時進行快速檢測，而且靈敏度高，選擇性好，檢出限最低可達3ppb，在環境事故應急監測中得到廣泛的應用。

1 儀器部分

1.1 儀器及試劑

英國Wagtech公司的METALYSER HM1000型重金屬測定儀，固件版本為1.6版。

鎘元素測量量程為3.0ppb-32.0ppm；

銅元素測量量程為5.0ppb-32.0ppm；

鉛元素測量量程為5.0ppb-32.0ppm；

容量瓶若干；

銅標準溶液5ppm，鎘、鉛混合標準溶液5ppm；

電鍍液；

緩沖試劑。

1.2 METALYSER HM1000型重金屬測定儀工作原理及特點

HM1000型重金屬測定儀為電化學原理，利用陽極溶出伏安法技術來測試水中的重金屬濃度。在電化學中，參與反應的分子、離子或原子的氧化態會發生改變，氧化態是由于物質的電子和質子的不平衡引起的。重金屬測定儀利用的是在工作電極上加電壓，在溶液中，工作電極會影響溶液中的離子，金屬離子被還原為金屬原子沉積到電極的表面。以鎘為例，做如圖1說明：

此處：（aq）指溶液，（s）指固體，（e）代表電子，M指工作電極上的金屬。

該反應在鎘半活性的狀態下發生使其成為金屬，當上述反應發生可逆反應時，可檢測出分析信號，即工作電極上負電荷減少，正電荷增多，隨后陽離子從電極上析出，并將電子釋放到溶液中，產生電流。電流的大小和溶液中鎘離子的濃度成正比關系。

重金屬測定儀使用了電化學電池的一個新類型，即有三個電極：工作電極、參比電極和對電極。

工作電極（WE）：減少氧化態，發生主反應。

對電極（CE）：加上已知電壓，有助于平衡工作電極上產生的電子。

參比電極（RE）：在電化學反應中只起通過加已知電壓來控制整個反應的電壓外的作用。

電極的靈敏度基于以下幾個因素：當用標樣加入的方法分析樣品的時候，樣品的加入一定要迅速，這樣溶液的狀態、電極以及溫度都很類似，這樣的話才具有可比性。加入的標樣為已知濃度，則可得已知電流。利用此信息，儀器將未知濃度的溶液和已知濃度的溶液作比較，最后得出重金屬的含量。endprint

該重金屬測定儀采用陽極溶出伏安法技術，簡化了操作步驟。系統可自動選擇檢測所用的電極，根據電流計算濃度，并提供給用戶相關的譜圖。所有這些都集中在一個手持式便攜主機上，可存儲和下載多達1000組數據。

2 實驗部分

2.1 電極的準備

玻碳電極使用前在麂皮上用三氧化二鋁拋光，然后用該儀器專用的電鍍液在電極前端均勻的鍍上一層薄膜。參比電極使用前保證電極內部充滿飽和KCI溶液，并且電極前端部分在去離子水中浸泡過夜，以保證電極與電解液之間良好的導電性。所有電極以及儀器轉子在測定實際樣品前要用高純水進行充分的淋洗。

2.2 樣品的測定

2.2.1 空白樣品的測定

取一新的分析杯，加入70ml的高純水，按照廠家設定的各項參數進行樣品空白值的測定，符合要求的空白樣品各項目的檢出值為0；儀器的譜圖分析顯示應為一條光滑的直線，沒有任何峰的出現。經實際檢測，各項重金屬元素均提示低于檢出限，儀器的譜圖分析顯示為光滑的直線。

2.2.2 標準樣品的測定

取一新的分析杯，加入70ml的高純水，然后用高精度的移液槍在該分析杯中加入280uL銅標準溶液（5ppm）和280uL鎘、鉛混合標準溶液（5ppm），使該溶液中銅、鎘、鉛的含量均為 20.0ppb。

銅、鎘、鉛的標準樣品溶液配置完畢后，用重金屬測定儀按照廠家設定的各項參數分三次進行平行測定，求取平均值后測定結果如表1所示。

2.2.3 實際應急污水樣品測定

在2011年8月舉行的全國環境應急監測演練活動中，石家莊市環境監測中心應急監測人員用應急現場中采取的受污染水樣進行實際樣品的現場測定。取一新的分析杯，加入70ml的污水樣品，用重金屬測定儀按照廠家設定的各項參數分三次進行平行測定，然后分別再加入280uL銅標準溶液（5ppm）和280uL鎘、鉛混合標準溶液（5ppm） 進行加標回收，以考查儀器的準確度和精密度。測定結果如表2所示。

3 精密度和準確度

由表1和表2的標準樣品測定數據和實際水樣測定數據可知，HM1000型重金屬測定儀的加標回收率在90.0%-102.5%之間，加標回收率好。相對標準偏差（PSD）在0.6%-4.4%之間，在應急監測化驗環境條件不太好的情況下，精確度較高，所得數據比較滿意。

4 結論

METALYSER HM1000型便攜式重金屬測定儀測定水中的重金屬，檢出限最低可以達到3ppb，滿足現行地表水評價標準中除I類地表水以外對檢出限的要求，同時，該儀器小型輕便，操作簡單，精密度和準確度均較好。而且從準備工作開始到開始樣品測定，所需時間約10min，1個樣品測定時間約15～20min，可以滿足應急監測工作的需要。

參考文獻：

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[3]GB/T 7475-1987，水質 銅、鋅、鉛、鎘的測定 原子吸收分光光譜法[S].endprint