水質重金屬分析檢測技術的應用

湯大山

（江蘇省徐州環境監測中心，江蘇徐州 221000）

步入21世紀后，我國的工業飛速發展，有效推動了社會經濟高速的發展。但是工業生產也排放了大量污水，排放量超過了水體的凈化能力，導致水體受到了不同程度的污染。圖1，是我國工業廢水的主要來源。在這些污染物中，由于重金屬極難被微生物降解，這就導致重金屬在水環境中長期累積，破壞了生態環境系統的平衡，進而對動植物和人體造成了不同程度的危害。因此，必須要采取合理的措施分析檢測水質重金屬，結合檢測的結果有針對性地制定保護和治理措施，以此來有效保護水環境。最終為全面打贏污染防治攻堅戰，推動生態文明建設，建設美麗中國提供堅強有力的技術支撐。

圖1 我國工業廢水的主要來源

1 環境水質重金屬分析的重要性

水是自然界最常見的溶劑，它在自然界的循環中會不斷溶入其他物質，這些物質或懸浮于水面之上，或者溶解在水中，這就會造成水質的污染。環境水質分析是對水質進行檢測，分解水體中的各類成分及占比，這樣就能了解到水質中的污染物種類及含量。環境水質重金屬分析主要是分析水質中的重金屬，如銅、鋅、鉻、鉛、鎘、汞、砷等。

水中重金屬含量超標會對自然界和人體健康造成危害，近幾年由于水質重金屬污染而導致的各類健康事件屢見報端。不同重金屬元素對人體的危害如表1所示。因此，需要加強水環境的保護。了解水質問題首先要對其進行分析檢測，了解其中重金屬的種類和含量，然后對比國家的水環境質量標準和污染物排放標準確定重金屬是否超標，最后結合測試的結果來針對性采取污染物治理的措施。因此，水質重金屬分析是治理水污染和保護水環境的基礎。

表1 不同金屬元素對人體的危害

2 水質重金屬分析檢測技術應用

2.1 光譜檢測技術

（1）分光光度法。分光光度法是利用顯色劑與重金屬發生絡合反應的原理，發生絡合反應后會生成大分子基團，溶液顏色的深淺也會發生變化，這樣就可以在特定的波長下借助比色檢測來判斷重金屬種類與含量。分光光度法的測試精確度較高且反應十分靈敏，而且適用范圍較廣。另外，分光光度法的測試儀器和試劑成本相對較低，但是測試的過程較為繁瑣。

（2）原子吸收光譜法。原子吸收光譜法在當前水質重金屬測定中最為常用，其工作原理是金屬原子的自由基態原子會吸收共振輻射，根據其吸收程度就能測定元素的種類與含量。一般而言，原子吸收光譜法主要有三種方式，分別為氫化物發生法、石墨爐法和火焰法。氫化物發生法是根據金屬元素氫化物在常溫下為氣體狀態且熱穩定性較差的特點來測定，測試過程中通常會用惰性氣體作為載體，先將金屬氫化物導入石英管中，然后利用還原劑發生化學反應使金屬氫化物受熱分解，最后根據原子的特征發射信號來進行測試。石墨爐法是采用高溫使原子升溫，相應的原子變化曲線是一條具有峰值的變化曲線，根據各階段的溫度和保持時間，就可分析相應的元素。火焰法是利用霧化器將樣品溶液噴入燃燒頭，樣品在高溫下會脫水干燥，之后發生熱解和還原，這時金屬原子的自由基態原子會吸收共振輻射來進行測定。這三種測試方法各有優缺點，火焰法的進行測定時，砷、鉛、鐵、硒等元素的最佳分析線都處于近紫外區，很容易產生背景吸收，進而影響到測試的精度，但是在金屬元素最佳分析線相差較遠時，其分析的過程較為簡單，而且速度較快。石墨爐法的升溫速度較快，在測試稀土元素分析時有著較大的優勢。氫化物發生法在測試最佳分析線距離較近的元素時更為適用。

（3）電感耦合等離子體質譜法。電感耦合等離子體質譜法在分析水質重金屬時效率較高，而且能同時對多元素進行分析，檢出限也較低，因此該方法能夠適用大多數的水質重金屬檢測分析。但是電感耦合等離子體質譜法的設備相對較貴，而且其運行和保養的費用也較高，需要在特定的環境下運行，這在一定程度了限制了其應用。

（4）X射線熒光光譜法。X射線熒光光譜法的測試原理為樣品中不同物質對X射線的吸收不同，根據X射線的吸收量就可分析水質中的重金屬的種類和含量。X射線熒光光譜法檢測的速度較快，前期的樣品處理也較為簡單。但是X射線熒光光譜法也有自身的限制存在，多用于微量金屬元素的測定和常量金屬元素的定性與定量分析。除此之外，X射線熒光光譜法所需設備的費用也較高，前期一次性投資較大。

2.2 電化學檢測分析技術

水質重金屬的電化學分析檢測技術在近幾年飛速發展，這類方法的測試靈敏度較高，而且檢出限低，目前已經有了較為廣泛的應用。具體而言，電化學分析檢測技術主要包括以下兩種：

（1）示波極譜法。示波極譜法也稱為單掃描極譜分析法，其原理是在電極兩端加入鋸齒形的脈沖電壓，之后根據記錄的電解過程曲線來分析水質重金屬。這種方法的重現性相對較高，而且靈敏度也較高，能夠快速得出分析結果。

（2）陽極溶出伏安法。陽極溶出伏安法的主要優勢在于可連續測定多種重金屬離子，其測試靈敏度較高。另外，陽極溶出伏安法的儀器較為簡單，操作十分方便，常用于對精度要求不高的實驗室測量。

2.3 原子熒光光度檢測技術

原子熒光光度檢測技術的原理是通過輻射能使重金屬原子和蒸汽發生熒光反應，然后再進行后續的測量。原子熒光光度檢測技術的精度相對較高，而且整體操作十分簡單，不需要對待測元素進行分離。但是原子熒光光度檢測技術也存在不足之處，其測量的范圍相對較小，而且并非所有的重金屬離子都會發生特征性的熒光反應，例如鉛和銀等，這在一定程度上影響了該技術的推廣和應用。

2.4 生物化學檢測技術

生物化學檢測技術主要是指在特定條件下用微生物來測定水質中的重金屬，屬于近幾年才發展起來的水質重金屬監測技術，當前較為常用的方法有兩種：

（1）酶抑制法。酶抑制法的原理是某些重金屬離子對酶有著較強的親和力，而且兩者會發生反應，改變酶的中心結構，降低其活性。酶抑制法可以通過肉眼來進行辨識，而且也能通過光信號的檢測來判斷重金屬的濃度。酶抑制法在重金屬離子測定中的優勢在于各類酶的成本相對較低，而且操作快捷簡單，能夠實現在線監測。但是該方法也存在一定的限制，主要體現為選擇性較差。

（2）免疫分析法。免疫分析法的靈敏度較高，在水質重金屬檢測分析中有著較高的應用價值。采用該方法首先要用合適的化合物與重金屬離子發生反應，改變其空間結構。然后將與重金屬離子結合的化合物連接到載體蛋白上，使其產生免疫原性。最后，借助特定的金屬原子克隆抗體反應來分析重金屬的種類和含量。免疫分析法的檢測速度較快，能夠直接應用于現場檢測，但是單體金屬原子克隆抗體的制備較為困難，而且其選擇性較強，這在一定程度上影響了其應用和推廣。

3 結束語

水質重金屬分析檢測對水環境的保護有著重要的意義，特別是隨著可持續戰略的不斷深入以及人們對健康愈發的重視，水質重金屬分析檢測技術受到了社會各界的廣泛關注，因此相關的水質重金屬檢測分析技術越來越多，能夠多樣化地滿足人們的需求。基于此，從光譜檢測技術、電化學檢測分析技術、原子熒光光度檢測技術、生物化學檢測技術四個方面探究了水質重金屬分析檢測技術的應用，希望可以借此給我國水質重金屬檢測分析技術的相關研究提供一定的參考。