環境水質分析中重金屬檢測技術研究

孫 瑩 竇銘超

通標標準技術服務（天津）有限公司

1 引言

在我國的工業生產過程中，經常用到含重金屬或相對應的化合物作為原輔料，而在生產后期并沒有對其進行科學合理的處理，或者處理得不夠到位，導致排放的廢水中殘留較多的重金屬元素，從而對地表水、地下水造成極大的污染。重金屬污染是關系到人類健康和生命的重大環境問題，精準檢測水質中的重金屬含量，能夠確保環境水質得到切實有效的保護，并為水體中的重金屬污染防治提供技術依據。因此，本文對于水質重金屬的危害、檢測技術及應用情況，進行了分析。

2 水體中重金屬的危害

在水體中的重金屬污染對于我國的環境有十分嚴重的危害。一般來說，重金屬進入水體的方式有兩種，一是通過地質侵蝕、風化等天然源的形式，二是通過人為污染的形式，如礦山開采、金屬冶煉加工、化工廢水的排放、農藥化肥的濫用和生活垃圾的棄置等方式；加之重金屬具有較高的移動性、較低的中毒濃度和較強的富集性等特點，導致重金屬污染具有較大的隱匿性和滯后性。

水體中的重金屬不僅無法被生物降解，甚至在微生物的作用下，部分重金屬元素還可能轉化成為毒性更強的重金屬化合物，進而再經食物鏈的生物放大作用，逐級成千百倍地富集，使水生生物的生物環境有巨大改變，導致植被和動物死亡，造成生態系統中各級生物的不良反應，甚至危害包括人體和其他生命體的生命健康安全。重金屬對人體所產生的危害程度，和其種類、性質、存在形態和濃度等因素有著至關重要的聯系。所以，關注重金屬污染問題，應采取適當的檢測技術和處理措施，以確保水質符合國家相關的質量標準和排放標準。

3 環境水質分析中重金屬檢測技術

3.1 紫外-可見分光光度法

紫外-可見分光光度法是一種基于物質對光的選擇性吸收特性，而建立的分析方法，此方法的原理是利用物質中價電子的能級躍遷，對200mm～800nm 光譜區輻射進行吸收，從而產生分子的可見紫外吸收光譜，進而可對物質做定性、定量分析，其定量依據為朗伯－比耳定律。紫外-可見分光光度法具有設備簡單、方法可靠、簡便快速、應用廣泛等優點，但其前處理復雜、靈敏度或選擇性不夠好，存在一定的局限性。

3.2 原子吸收光譜法

原子吸收光譜法是一種基于待測元素的基態原子蒸汽對其特征譜線的吸收，根據特征譜線的特征性和譜線被減弱的程度，對待測元素進行定性定量分析的儀器分析方法。樣品需要通過原子化器提供合適的能量，將試樣中的待測元素轉化為基態原子，這就要求實驗過程中將燃燒器調整到合適的高度，以保證重金屬元素能夠原子化完全。該法具有檢測速度快、靈敏度高、抗干擾能力強的特點，廣泛應用于地表水、地下水和廢水等領域的重金屬檢測。

3.3 原子熒光分光光度法

原子熒光分光光度法也是水中重金屬檢測的重要方法之一，該方法利用氫化物發生技術，使水中待測金屬元素得到分離，所生成的氫化物在氬氫火焰中進行原子化，氬氫火焰的熒光效率較高，且背景值較低，測定時形成的氫化物元素和金屬熒光波長位于紫外波段，對于紫外區域的檢測，無色散原子熒光儀靈敏性非常高。

相對于紫外-可見分光光度法、原子吸收光譜法，熒光分析法有更高的靈敏度、更低的檢出限，還具有重現性好、選擇性強的優點，且在樣品測定前不需經過分離、富集、顯色等前處理過程，操作簡單便捷，但由于許多重金屬元素本身不會產生熒光，需要另外加入熒光物質才可滿足熒光分析的條件，而熒光物質只對幾種特定的重金屬離子有響應，如汞、砷、鉛和銻等，其他多數金屬離子則不能產生響應，這在一定程度上限制了原子熒光法在實驗室檢測工作中的應用。

3.4 電感耦合等離子原子發射光譜法

電感耦合等離子原子發射光譜法是一種比較典型的光譜分析方法，它的激發光源是電感耦合等離子體炬，能夠對水質中重金屬進行有效檢測。改技術具有基體干擾性比較小，檢出限低，靈敏度較高，分析速度快、能夠多元素同時測定，操作簡便等優點，成為水質重金屬檢測的最有效方法之一。此外，該法還可與分離富集技術相結合，在水中重金屬元素含量為痕量水平時，可通過溶劑萃取法、共沉淀法和離子交換法等富集技術，降低方法檢出限，改善測試精密度和準確度，在海水重金屬檢測標準中，此類富集技術應用較為廣泛。

3.5 電感耦合等離子體質譜法

電感耦合等離子體質譜法是將電感耦合等離子體的高溫電離特性，與質譜儀的靈敏快速掃描的優點相結合而形成的一種高靈敏度的分析技術，是一種微量與超微量多元素同時分析的方法，具有靈敏度高、檢出限低，分析過程快捷，分析取樣量少等優點，它可以同時測量周期表中大多數元素,測定分析物濃度可低至納克/升的水平，是目前最有效的痕量元素的檢測手段之一，且可以測定現有其他技術難以分析的飲用水標準中特殊要求的鈾和鉈。電感耦合等離子體質譜法技術的出現，具有其他方法不可比擬的優越性，但其儀器昂貴，購置成本較高。

3.6 生物化學法

生物化學法是重金屬檢測的一種新型方法，主要有免疫分析法和酶抑制法兩種檢測方法。

免疫分析法的原理是利用抗體與抗原的特異性反應，即將適量的抗體加入到水中，使抗體與水中的重金屬元素發生化學反應，進而測定水中重金屬的含量。該方法具有高靈敏度、高選擇性、不會產生二次污染的優點。

酶抑制法是通過改變酶活性中心的結構與性質，引起酶活力下降，進而使底物與酶系統中的顯色劑顏色、pH 和電導率等隨之變化，從而進行定量分析的技術。此技術由于具有方便、快速、經濟的優點，非常適合水質重金屬的現場檢測，但是靈敏度和準確性不夠好，只能做定性分析。

3.7 電化學法

電化學法是以電化學反應特性，測定物質含量的方法，其基礎是在電化學池中所發生的電化學反應，主要可分為電位分析法、溶出伏安法、極譜法與伏安滴定法。電化學法具有儀器占據空間小、購置成本低的優點，但檢測過程受基體效應的影響較大。

3.8 流動注射法

流動注射法是在封閉的系統中，將待測水樣向連續流動的載液中斷續地注入，待二者充分混合后，進入流動檢測池進行光度檢測，即可測得水中重金屬的含量。該方法由于具有分析快速、靈敏度高、重現性好、耗用試劑少、自動化程度高等優點，特別適用于大批量樣品的分析，可實現多組分的同時測定，是溶液分析技術的一次技術飛躍。

4 水質重金屬檢測技術的應用

我國現有的質量標準和排放標準中，對于各重金屬元素均推薦了多種測試方法，針對上述介紹的幾種檢測技術，一般來講，對于易揮發元素如砷、汞、硒、銻等，原子熒光法適用性較強；對于高溫元素如鋇、鈹、鉬等，電感耦合等離子發射光譜法則較原子吸收法、分光光度法靈敏，對于地表水、地下水中該類元素的測定，該方法檢出限也基本能夠滿足相關質量標準、排放標準的要求，但質量標準中個別金屬元素所對應的一類限值較低，此時應選擇電感耦合等離子體質譜法。對于多元素的同時分析，電感耦合等離子發射光譜法、電感耦合等離子體質譜法較其它方法更占優勢。

5 結語

重金屬污染是危害最大的水污染問題之一，對人體健康有著極大的危害性，因此，準確測定環境中重金屬元素具有重要的現實意義。但同時，重金屬檢測是一項長期性的工作，專業人員在檢測過程中，應根據具體測試的金屬元素，選擇合適的分析技術，以得到更為精確、有效的測試結果，為環境保護及治理工作提供有力的技術依據。