水環境中重金屬的檢測技術研究

王 穎，曹思卉

（上海市中檢集團理化檢測有限公司，上海 200436）

1 研究背景

水是人類生命的源泉，也是地球上最常見的物質之一，地球有72%的表面被水覆蓋。它是包括動植物在內所有生命生存的重要資源，是人類生命結構的最基本物質，也是人體最重要的組成部分。由此看來，水資源對于人類存活繁衍具有重要意義。然而，隨著化工產業的迅猛發展，水環境中的重金屬污染儼然成為一個極其嚴重的問題，研究水環境中重金屬的檢測技術是保護水資源的重要前提條件。

2 水環境中的重金屬概述

水體環境中的重金屬污染按類型主要可以分為點源污染和非點源污染。點源污染包括印染、農藥、采礦、電鍍等工業生產活動產生的“三廢”排放；非點源污染包括農藥、被污染的灌.溉用水.和汽車尾氣。研究發現，地下水中的汞主要是由長期灌水污染引起的，而受污染地區的As、Cu等都是由附近的工業活動引起的。有些元素目前還未歸類為重金屬。例如，砷雖然沒有被人類認定為重金屬，但其來源和危害與重金屬相似，所以通常都被納入重金屬范疇進行研究和討論[1]。水環境中的重金屬污染有兩個特點，一是污染源多，二是難以恢復。因此，為了及時控制水環境中的重金屬污染，一方面有必要對水環境的健康狀況進行監測，另一方面提高污水的治理技術也迫在眉睫。

3 水環境中的重金屬檢測技術

3.1 傳統的檢測方法

3.1.1 原子熒光光譜法

原子熒光光譜法（AFS）是介于原子發射光譜法（AES）和原子吸收光譜法（AAS）之間的光譜分析技術。它的基本原理是基態原子（一般氣態）通過吸收適當特定頻率的輻射而被激發到高能狀態，然后在激發時以光輻射的形式發射出具有特征波長的熒光[2]。

3.1.2 溶出伏安法

溶出伏安法又稱反溶出極譜法。在這種方法中,測量物質由極譜測定離子生成的潛在限制電解鋁當前.一段時間,然后改變電極的潛力,使溶解物質可以富集在電極和定量分析可以根據獲得的剝離過程的伏安曲線分析[3]。

3.1.3 原子吸收法

原子吸收分光光度法的測量對象是原子態的金屬元素和部分非金屬元素。當元素燈發射的特征譜線穿過被測物體霧化產生的原子蒸汽時，被被測元素的基態原子吸收在蒸汽中。測試樣品中待.測元素的含量是通過測量輻射光強減弱程度來計算的[4]。

3.1.4 生物化學法

在生化方法中，水凈化時間檢測是廢水處理中最重要的方法之一，主要采用酶抑制法和免疫分析法對水中重金屬元素進行分析和檢測。顧名思義，酶抑制過程是利用甲基巰基與水中金屬離子的結合，抑制水中的酶活性，促進金屬元素電導率和pH值的變化，檢測環境水中的純凈水。其檢測原理是通過改變金屬原子的酶活性來控制純化水元素的電導率和pH值，進而分析金屬元素的組成。免疫分析法是指利用抗體監測金屬元素的變化，以分析水中的金屬元素。生物化學檢測技術具有檢測性能優異、檢測效率高、環保性好、操作簡單等優點。生化法在重金屬水質檢測中不會對水造成二次污染，具有良好的應用效果[5]。

3.1.5 電化學法

電化學方法是一種基于電化學反應的重金屬水質檢測方法，利用了金屬元素的電化學性質。不同的金屬元素在電化學反應下具有不同的性質。這些金屬元素在電化學反應中的差.異是評價該地區與水質有關的金屬元素組成的基礎。應用電化學方法檢測環境水中的重金屬，需要定義一個統一的水質標.準參考標準。因此，在實際應用中存在很多局限性，限制了.針對環境水質的重金屬水質的檢測范圍[6]。

3.1.6 液相色譜法

液相色譜法是利用液相色譜儀檢測環境水中的重金屬元素。液相色譜儀具有從水中分離重金屬的功能，常用于測定各種離子的含量，廣泛應用于水、紙漿和漂白劑、食品分析、生物流體、鋼鐵和環境分析等各個領域[7]。

3.1.7 流動注射法

流動注射分析是一種用流量測量試劑流量的方法，即用聚四氟乙烯管代替燒杯和容量瓶，用流動注射.法進行分析。檢測試劑采用恒流泵，通過內徑為0.5mm～1mm的聚四氟乙烯管，中間設.有注射部件（旋轉閥），用.于注射微升樣品，使樣品在混合環中發生反應。流動注射法是檢測地表水中氮含量的重要方法，也是檢測磷、硫等金屬元素的常用方法[8]。

3.2 新型檢測方法

隨著科學技術的進步，新研究和新技術的應用，水環境中重金屬元素的檢測不斷創新，目前已開發出其他種類的新檢測方法，例如酶抑制法，生物傳感器法和免疫分析法。

3.2.1 酶抑制法

舉例說，酶會被重金屬離子改變它的結構和特性，減少酶的活動，使酶系統內部元素，例如酶在顏色上發生變化、電導率和吸光度方面發生變化。雖然這種方法和傳統的技術都不那么敏感而且客觀[9]，測試的速度和持久性對現場檢測來說也是非常合適的，但相較于傳統檢測技術而言，其檢測需求靈敏度較低。也可能沒那么準確。

3.2.2 生物傳感器法

生物傳感器操作非常方便，靈敏度高，能夠迅速檢測水中的Hg、Cu等離子體。

3.2.3 免疫分析法

重金屬離子免疫學測定優勢明顯，比傳統測定方法更省時間，節約成本，提高測.定效率，操作簡便，現場操作簡便。重金屬離子的免疫測定是抗體測定，具體包括.多克隆抗體和單克隆抗體兩種，具體的測定方法是免疫傳感器測定、熒光偏振免疫測定、酶免.疫吸附測定。這些測.定方法都取得了良好的效果，但單克隆抗體的測定方法有更廣泛的應用，總體上單克隆抗體在這些測定方法中更加突出。

4 水環境中重金屬檢測技術的分析實例

依據HJ168-2010環境監測分析方法標準制定技術導則對水環境中重金屬檢測技術進行精密度和準確度進行驗證。該實例采用HJ 694-2014原子熒光法對水質中重金屬汞、砷、硒、鉍和銻的測定，使用儀器AFS-8220原子熒光光度計。

（1）儀器參考測定條件。

表1 儀器測定參考條件

（2）標準標準系列配制。

表2 標準系列質量濃度 單位：μg/L

（3）重金屬汞、砷、硒、鉍和銻的準確度與精密度的驗證。

表3 各元素準確度與精密度的驗證 單位：μg

（4）實驗論述。采用HJ 694-2014原子熒光法對水質中重金屬汞、砷、硒、鉍和銻的精密度與準確度進行測定驗證。綜上所述，標準偏差在0.001～0.006。相對標準偏差為1.34～5.83。

5 結語

重金屬水環境檢測在環境水質分析中的重要性在于了解污水中的金屬成分和金屬含量，描述水質對環境的污染程度，從而找到更合適的方法來科學地控制水污染和水污染問題。目前，生化法、流動注射法、原子吸收法、熒光法、電化學法和液相色譜法可以為環境水質分析中的重金屬提供準確的檢測方法，可以確定水中重金屬的組成和含量。為了提高環境水污染控制的效果，建議加大對重金屬水質檢測技術，多樣化的重金屬水質檢測技術的研究和應用推廣，利用天然水中的重金屬進行檢測，以提高檢測精度，從而改善重金屬水質并有效處理水污染。