基于光電化學分析法的危廢品重金屬離子檢測技術研究

周愛華，周繼續

（1.山東創業環保科技發展有限公司郯城分公司，山東臨沂 276100；2.中國科學院海洋研究所，山東青島 266071）

隨著我國工業水平的快速發展，工業產生及排放的危廢品呈爆發式增長趨勢，尤其是危廢品中的重金屬離子污染已嚴重威脅生態環境及人類健康[1-4]，因此有必要對其進行分析、檢測，進而制定危廢品處置措施，降低危廢品危害度，甚至將危廢品變廢為寶。而危廢品中超標物質含量的精確檢測及智能識別成為技術人員日常檢測工作的重難點，其檢測技術的研究也顯得尤為重要。在國內，Xu 等[6]在利用光電化學分析法結合氮化碳實現微量Cu2+的選擇性檢測。Zang 等[7]利用Pb2+光電化學傳感器實現Pb2+離子檢測。Wen 等[8]構建Hg2+光電化學傳感器實現Hg2+檢測并且在實踐中得到實際應用。本文通過研究光電化學分析法的工作原理，結合日常工作中危廢品檢測技術要求，將光電化學分析法應用于危廢品中重金屬離子檢測中，并與傳統光譜法及電化學分析法作比較，可為危廢品重金屬離子檢測提供參考依據。

1 國內危廢品檢測技術現狀

目前，國內危廢品重金屬離子檢測技術主要有光譜法、電化學分析法。其中光譜分析法是最常見的分析方法，主要有原子吸收光譜法、紫外-可見分光光度法、原子發射光譜法、質譜法、原子熒光法等分析方法。電化學分析法檢測成本較低，主要利用電池、溶液的化學性質，再結合傳感器技術進而對離子濃度進行定量測量，因此在重離子檢測中得到廣泛的應用，其中應用最廣泛的主要有伏安法和電位法[5]。光譜法和電化學分析方法均很難實現實時在線監測，且檢測費用較高，因此有必要研究低成本、實時監測、操作簡單的檢測方法，以提升檢測效率和實時數據分析能力，光電化學分析法便是在這種背景下應運而生。

2 光電化學分析法

光電化學分析法可以實現危廢品液體檢測的動態檢測，該方法采用的激光信號和檢測互不干擾，因此可降低彼此間干擾度，進而提升了檢測的準確度、靈敏度，因此，研究光電化學分析法在危廢品中的檢測研究具有較好的應用前景。

2.1 工作原理

光電化學的原理主要是光電轉化，即光激發半導體材料促使材料產生電荷轉移，進而實現光電轉化。光電化學分析法即是在電化學的基礎上，基于光電轉換原理，通過構建待檢樣本的光電轉換傳感器，實現待檢樣本的精準檢測。光電轉換傳感器主要由光電轉化、生物識別兩個部分組成，光電轉化元件主要由有機或無機半導體材料組成[5]，光電轉換傳感器及光電化學分析法整體原理如圖1所示。

圖1 光電化學分析法檢測技術原理圖

2.2 應用實例

隨著新型材料的快速發展，光電化學分析法的應用得到迅速發展，基于光電化學傳感器識別元件的差異，科研工作者設計出了不同應用領域的光電化學傳感器。目前，光電化學分析法在重金屬離子檢測、DNA 檢測、細胞分析檢測等醫學、生物學領域得到較好的推廣應用。隨著我國工業的迅速發展，環境污染物中的重金屬離子給生態環境及人類健康帶來的危害越來越嚴重，光電化學分析法因其簡便、精確、靈敏及價格低廉等優勢在環境污染檢測中也得到了較好的應用及發展。Liang 等[9]基于銅離子的原位電沉積原理，利用光電化學分析法實現Cu 離子的檢測，該成果可用于檢測液體溶液中的重金屬離子。Wen 等[10]設計了Hg 離子的光電化學傳感器，結合光電化學分析法實現了Hg 離子的精準檢測。

3 對比分析研究

在Hg、Cu 等重金屬離子檢測方法中，相較于傳統的光譜法和電化學檢測方法，光電化學分析法有其獨特的檢測優勢。以經濟節約性分析，光電化學分析法與電化學分析法都具有低成本、易操作等特點，光譜法較前兩者分析方法成本提升較多，且操作起來具有一定專業性。以靈敏度和選擇性分析，光電化學分析法具有較高的靈敏度和高選擇性，其特制的檢測用傳感器可以較好地提升檢測精度和提高樣本檢測的選擇性；電化學分析方法中的伏安法具有較好地靈敏度和選擇性；光譜分析法中用于檢測重金屬離子的方法較多，如原子發射光譜法具有高選擇性，但抗干擾能力較差，檢測精確度不高。以現場應用性分析，光電化學分析法與電化學分析法均具有較好的現場應用性，操作簡單，易于現場應用；光譜法應用性較廣，具有一定的現場應用性，但光譜法大都采用細化的實驗分析檢測，現場應用性較光電化學分析法和電化學分析法存在一定的不足。

4 結束語

本文分析了光電化學分析法的工作原理，提出了光電化學分析法在危廢品金屬重離子檢測中的應用實用性，并從經濟節約性、靈敏度和選擇性、現場應用性等三個方面對重金屬離子應用較廣的光電化學分析法、電化學分析法、光譜法進行對比分析，總結了光電化學分析法較電化學分析法、光譜法的應用優勢，分析表明，光電化學分析法在金屬重離子應用檢測中操作簡單、靈敏度高、檢測裝置易構建，可為危廢品中重離子檢測技術及制定危廢品處置措施提供依據。