淺析水質重金屬應急監測方法的選擇與應用

蘭景權

(福建省廈門環境監測中心站，福建 廈門 361022)

重金屬因其能與人體內的蛋白質和酶發生反應，使它們失去活性從而影響組織細胞功能，引起中毒。例如鎳中毒引發呼吸道腫瘤與皮膚病；鉛能直接傷害腦細胞；錳超量時，會使人甲狀腺機能亢進，傷害重要器官；鎘會破壞骨骼和肝腎；汞含量超0.01mg/L就會導致人中毒，并可能引發“水俁病”事件[1]。

突發重金屬污染事件不容小覷，快速定性污染物種類，較為準確地檢測出污染物含量，迅速制定相應的處理對策至關重要。傳統的水質重金屬分析檢測手段，如電感耦合等離子體質譜法、原子吸收光譜法、原子熒光光度法等，均因不便攜帶、樣品需送回實驗室分析、耗時較長等原因無法滿足應急要求。國內目前的水質重金屬應急監測儀器可選擇性并不多，監測質量良莠不齊，主要包含檢測包技術、電化學技術、電感耦合等離子體質譜技術等，各種方法各有優劣，尚未發現能夠很好解決現場重金屬應急監測的儀器。本文從陽極溶出伏安法、粉枕包技術和試劑盒(試紙)技術等三種方法，通過對便攜式水質重金屬檢測儀IGS-100M-C、美國哈希DR1900和日本水質簡易分析試劑盒三種檢測方式的可檢測元素、檢測范圍、檢測時間、精度和準確度進行比較，分析三種檢測方法的優缺點。

1 實驗原理與操作

便攜式水質重金屬檢測儀IGS-100M-C：運用陽極溶出伏安法，分析鋅、鎘、鉛、銅時選用玻碳電極，分析測定鉻、砷、汞時選用金電極。分析前需鍍膜及活化，通過標準加入法計算濃度。平均用時60～90min，優勢在于可以同時檢測Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+四種離子，避免多次操作影響穩定性，但同時檢測的項目有限，且離子之間相互干擾，操作較為繁瑣。

美國哈希DR1900:屬小型分光光度計，個別項目需進行前處理，將粉枕包分別加入樣品和空白樣中，充分溶解靜置10s～5min不等后比色。平均用時3～5min，優勢在于響應快，精度高，清洗維護等較為簡便，粉枕包雖屬一次性使用，但成本不高，缺點在于只能逐一進行檢測。

日本水質簡易分析試劑盒:利用金屬離子在特定條件下與試劑包反應生成顯色絡合物，以聚乙烯管裝填試劑，擠壓吸取水樣，搖勻溶解后比對標準色卡，讀取濃度。平均用時1～5min，操作簡單快速，但比色結果易受實驗人員影響，且有些項目顏色界限較為接近，個別顏色顯示不夠清晰，判定結果不夠準確。

2 三種方法能夠測量的元素及范圍

IGS-100M-C可測Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Hg2+、As3+、Cr6+等，基本能達到限值標準要求，且檢測下限達ppb級，靈敏度高；哈希水質分析儀DR1900可測鋁、鋇、鉻、銅、鉛、鉬、鎳、鉀、鋅、錳、鐵、銅、銀等，檢測限較IGS-100M-C稍差，但基本都達要求；水質簡易分析試劑盒可測鋅、鋁、硼、六價鉻、總鉻、銅、鐵、鎂、錳、鉬、鎳等，只能粗測，在檢測地表水環境質量等標準限值時只在超標幾倍甚至十倍時，方能較為清晰地進行比色。

3 實驗材料及結果

實驗材料：Cu標樣(制備單位：環境保護部標準樣品研究所)編號：GSBZ 201126,濃度：1.07±0.04mg·L-1。

實驗結果如表1所示。

表1 Cu標樣的檢測情況

總體來說，IGS-100M-C測定儀和哈希水質分析儀DR1900在測量Cu標樣時，前者準確度表現更好，但是重現性稍差，數據離散程度相對較高；另通過檢測鎘和總鎳的標樣也能證實前者準確度稍優于后者，但是穩定性后者更好；過低濃度單標測試誤差都較大，但是在測量相關標準限值附近標樣時，基本都能滿足10%誤差范圍要求。

水質快速檢測包實驗結果:檢測0.5、1.0、3.0、5.0 mg/L的Cu標樣時分別為淺黃色(準確)、米黃色(不夠準確，介于淺黃與米黃之間)、深黃色(較準確，介于黃色與深黃之間更接近深黃)和黃棕色(準確)。三次實驗結果相同，比較穩定。在檢測0.1、0.5、2.0 mg/L的Ni系水樣時，除0.5mg/L外，都能準確比色出結果；在檢測0.5、1.0、5.0 mg/L的Zn系水樣時，除0.5mg/L外，都能準確比色出結果；在檢測0.1、0.5、1.0、5.0mg/L的Cr系水樣時，皆比色準確。水質簡易分析試劑盒在檢測個別元素時極低濃度與較低濃度的顏色不那么容易分辨，在電鍍污染物排放限值檢測中，鎳系污染物檢測不夠準確，在銅、鋅、鉻系中表現較好，在水質重金屬環境應急檢測中可作為補充手段。

4 抗干擾分析

對于IGS-100M-C測定儀，當樣品中同時含有鋅、鉛、鎘時，不影響彼此的檢測，但某一離子濃度過大時則影響檢測結果；當鋅、銅兩種離子同時存在時，測鋅應加入適當的測鋅屏蔽劑，視銅的量多次加屏蔽劑，加入總量不應超過40μL，屏蔽劑越多，銅的峰越小，屏蔽劑的量不影響鋅的測定。

對于哈希水質分析儀DR1900，如果樣品和試劑空白的pH值相差較大，應利用硝酸或氫氧化鈉將樣品pH調節到試劑空白的pH值；針對Zn2+、Cr6+、Ni2+、Cu2+的測定，Cu2+或Ni2+大于5mg/L會對Zn2+的測定產生干擾，Cd2+大于10mg/L或Pb2+大于3mg/L會對Cu2+的測定產生干擾。

對于水質簡易分析試劑盒，通過對鉻系、鎳系、銅系、鋅系廢水的離子抗干擾實驗[2]，約 1mg/L濃度的多組分混合樣不影響彼此檢測，3倍以上的Zn2+容易使Cu2+絡合物顏色變淡；Fe2+對除Cu2+以外的離子均有干擾，特別是對Cr6+干擾比較嚴重。

5 結論

IGS-100M-C測定儀的特點在于檢出限低，靈敏度高，但重現性稍差，受影響的因素較多，且用時較長；而水質簡易分析試劑盒適用范圍較小，誤差較大，受人為因素影響較明顯，且只在濃度足夠大時較為準確。相比之下，哈希水質分析儀DR1900檢測速度快，檢測元素多，準確度和精密度雖不及IGS-100M-C測定儀，但基本符合應急檢測要求，且時間優勢和操作簡便性優勢明顯，已成為環境應急監測的首選儀器。

不足的是，這些方法基本上只能逐一排查元素，在環境應急時可能無法定性準確。更有效的檢測方法應滿足檢出限、準確度、精密度等基本要求，攜帶方便、實時響應，以實現野外操作[3～4]，結合ICP快速篩查實現對多種金屬元素的一次性快速測定[5]、ICP—MS的半定量分析的快速定性定量方法[6]，這些技術對于應急監測具有實際意義，可實現對污染物快速定性及半定量，大致確定污染事故的范圍與程度，滿足應急檢測的需要。