論水質重金屬分析檢測技術研究與應用

劉樹函

（廣州市環境技術中心，廣東 廣州 510380）

在對水質中所含有的重金屬污染物進行檢測時，借助于先進的分析檢測技術，可實現重金屬污染物種類及其含量的科學檢測，這對于重金屬污染物的治理和水環境修復都具有非常好的指導意義。因此，在具體的水質檢測過程中，相關單位一定要對重金屬分析檢測技術加以深入研究，并根據實際來加以合理應用[1]。通過這樣的方式，可以實現水質中重金屬及其含量的科學、準確檢測，為后續的水環境治理工作提供足具科學性的參考依據。

1 水質重金屬及其相關概述

1.1 水質重金屬主要分類

在整個自然界中，水是最為常見的一種溶劑。其中，重金屬物質就很容易在水中溶解，并形成比較嚴重的水質污染。就目前來看，水質中的重金屬污染物大多來自于工業廢水，其中的重金屬主要包括銅、汞、鉛、鉻、鎘、鋅等。如果這些重金屬元素在水中的含量超標，便會造成嚴重的水質污染?；诖?，相關單位一定要通過科學合理的技術來對其進行分析和檢測，以此來確定水質中重金屬污染物的成分及其占比情況。

1.2 水質重金屬超標的危害

在水質污染中，重金屬污染具有很大的危害性，一旦重金屬污染物超標，不僅會對自然環境和生態造成嚴重破壞，同時也會對人體健康產生嚴重的不利影響。以下是幾種常見的水質重金屬元素超標對人體的危害情況：

表1 幾種常見的水質重金屬元素超標對人體的危害情況

2 水質重金屬檢測分析技術的應用

2.1 高效液相色譜技術

高效液相色譜技術是將液體用作流動相的一種色譜技術。該技術主要將經典的液相色譜作為基礎，將氣相色譜的相關理論引入，借助于靈敏度極高的檢測器、高效固定相和高壓輸液泵來達到快速分離效果。

在高效液相色譜技術的具體應用中，其檢測儀器主要由六個部分組成，分別是輸液泵、洗液槽、分離柱、進樣器、檢測器以及信號記錄裝置。下圖1是高效液相色譜技術的主要工作原理示意圖。

圖1 高效液相色譜技術的主要工作原理示意圖

在通過該技術進行水質重金屬的分析檢測過程中，高壓輸液泵會按照相應的速度讓流動相流過柱子，再從進樣器中通過，以此來實現待測混合物樣品的注入。因為混合物中具有不同的組分，它們在柱內的移動速度也會有所不同，這樣便會達到有效的分離效果，然后再采用檢測器來進行檢測，同時對或得到的各個組分電信號做放大處理，最后再借助于信號記錄儀以圖形的形式將放大之后的電信號記錄下來。

在通過該技術進行水質重金屬檢測的過程中，需要將相應的試劑加入到待測樣品中，使其和重金屬離子形成穩定且有色的絡合物，然后再通過高效液相色譜技術進行分離，再借助于紫外、可見光度檢測器來進行重金屬測定。通過這樣的方式，不僅可以讓普通光度分析檢測過程中的選擇性差問題得以良好解決，同時對多種元素進行測定；同時也具有更大的便捷性和更快的檢測速度，可實現傳統檢測中選擇性與靈敏度不能統一問題的有效解決[2]。比如，在將4-2-吡啶偶氮氨間苯二酚用作柱前衍生螯合試劑，通過高效液相色譜技術進行鎳、鐵和鈷這三種重金屬離子的檢測過程中，其檢測情況如下：

表2 鎳、鐵和鈷高效液相色譜技術檢測情況

但是該技術也具有一定的局限性，具體應用中，一定要對洗脫液槽中的流動相PH加以嚴格控制，使其一直處在2-8之間，這樣才可以有效確保檢測效果。同時，因為流動相中有游離態的硅羥基存在，所以其分離效果也會受到一定程度的不良影響，進而使測試精度存在誤差。

2.2 原子吸收光譜技術

原子吸收光譜技術主要是將氣態原子外層電子可吸收可見光以及紫外光的特征作為基礎來進行分析的一種方法，正因為如此，其樣品需要做原子化處理，也就是借助于原子系統將相應的能量提供給樣品，使其中被測的重金屬元素霧化，然后轉變成基態原子。

在通過該技術進行水質重金屬的分析與檢測過程中，其主要原理是在待測的重金屬原子被霧化之后，最外層電子吸收了頻率特定的光輻射時，便會由原來的基態向激發態躍遷，這樣便會有相應的共振線（吸收譜線）產生；因為不同重金屬元素會具有不同的原子結構，且其最外層電子的具體排布也存在差異，所以在由基態躍遷到激發態的過程中，不同重金屬元素所吸收的能量也存在不同，這就使其共振線具備了不同的特點。而在具體的檢測中，只需要對共振線特征進行分析，便可使各種重金屬元素實現定性分辨[3]。除此之外，該技術也可以對檢測出的重金屬元素進行定量分析，當一束和待測重金屬原子吸收線頻率相重合的發射線從原子蒸汽中通過時，在整個的線性范圍中，吸收光所具有的輻射強度和待測重金屬濃度之間具有正比關系。根據這一關系，便可對水質中所含有的重金屬元素進行定量分析。

通常情況下，在原子吸收光譜技術的具體應用中，其儀器的主要組成部分有五個，第一是光源，第二是原子化系統，第三是分光系統，第四是檢測系統，第五是顯示系統。

通常情況下，原子系數光譜技術中的光源主要為銳線光源，空心陰極燈是最常用的一種光源形式。借助于原子化系統，可以讓樣品中的重金屬元素轉化成氣態形式的基態原子，針對不同的樣品以及重金屬元素狀態，其原子化方法也不同，就目前來看，主要的原子化方法包括火焰原子化法、冷原子化法、石墨爐原子化法以及電子原子化法。分光系統的主要作用是借助于光柵以及窄縫來分離待測重金屬元素中的特征譜線以及周圍的其他譜線，以此來為后續的檢測提供足夠便利。檢測系統以及顯示系統的主要作用就是進行光信號的分析與處理，使其轉變為電信號形式，再將最終獲得的吸光度值顯示出來。

該技術在當今已經比較成熟，通過該技術，可對幾乎所有的元素進行分析。但是在具體應用中，一定要通過相應的光源來激發各種元素的原子。由于水質中所含有的離子種類和數量都非常多，相比較其他離子而言，待測的重金屬元素含量就相對較低，所以在通過該技術進行水質重金屬的具體檢測與分析中，為實現檢測靈敏度與檢測精度的進一步提升，相關單位與檢測人員一定要通過相應的富集方法對水質樣品做好預處理工作，比如膜過濾、協同沉淀、電沉積、固相萃取、濁點萃取、溶劑萃取等。另外，因不同的富集方法也會對水質中的重金屬檢測靈敏度產生很大影響，所以具體檢測中，一定要根據實際情況來進行富集方法的合理選用。

2.3 原子熒光光譜技術

原子熒光光譜技術就是定量分析輻射能激發作用下原子所發射出的熒光強度，它屬于發射光譜分析技術中的一種。該技術的主要應用原理是在消化液中對固態和液態的樣品進行高溫加熱處理，使其發生分解和氧化還原等的反應，這些樣品在反應之后都將會轉變為清亮的液態；然后借助于預還原劑將酸性溶液中所含有的待分析重金屬元素轉化為特定價態，并使其和KBH4硼氫鉀還原劑發生反應，生成氫化物與氫氣；再借助于氬氣將生成的氫化物與氫氣推動并引入到原子氧化器中對其進行原子化處理。在此過程中，特定的基態原子通常會以蒸汽的形式存在，并對與之頻率相適合的輻射吸收，其中的一些受激發態原子將會在去激發時通過光輻射的方式將波長特定的熒光發射出來。檢測過程中，只需要借助于檢測器對這些原子所發出的熒光進行檢測，便可實現重金屬元素的科學檢測與分析。

在通過該技術進行水質重金屬的分析與檢測過程中，應用到的儀器設備和原子吸收光譜技術所應用的儀器設備具有相似的結構，但是其光源卻并不和檢測器處在同一直線上，而是呈直角。通過這樣的方式，便可有效防止激發光源中發射出的輻射影響到原子熒光檢測信號，盡最大限度確保熒光檢測質量。

在水質重金屬分析檢測中，該技術具有非常高的靈敏度和選擇性，需要的試樣量很少，且檢出限會比原子吸收光譜技術低。因為原子熒光的發射方向可以是空間中的任何一個方向，所以該技術可達到多通道檢測效果，可同時對水質中的多種重金屬元素進行分析與檢測。但是該方法的應用范圍比較局限，因為很多重金屬本身并不會有熒光產生，所以在具體的檢測分析中，需要將相應的熒光物質加入樣品中才可以進行熒光分析，且熒光物質也只能夠在特定的幾種重金屬離子中產生響應，包括Co2+、Ag+、Hg2+、Cu2+、Pb2+等，對于其他的重金屬離子則并不會產生響應，所以也就很難對其他重金屬離子做出科學準確的檢測與分析[4]。正因為如此，這種分析檢測技術在具體應用中會受到一定程度的限制。

2.4 電化學分析技術

電化學分析技術主要是將被分析物質所具有的電化學特性作為依據來進行其組成與含量測定的一種分析檢測技術。具體應用中，一般會將待測溶液用作化學電池中的一部分，然后將化學電池中的電壓、電流曲線、電導、電阻、電位以及電流等的這些電參數和待測物質具體濃度的函數關系來進行組成元素及其含量的測定。電化學分析技術的一個基礎就是化學電池中所產生的電化學反應，該技術在當今的水質重金屬檢測與分析中是一種十分關鍵的技術形式。

就目前的水質重金屬檢測與分析來看，溶出伏安技術以及離子選擇性電極技術是最為常用的兩種電化學分析技術。在通過溶出伏安技術對水質重金屬進行檢測的過程中，其主要原理是讓待測的重金屬在一定電位條件下電解，并使其在工作電極表面上富集，然后通過反向掃描的方式讓工作電極自身的電位發生改變，并讓富集在其上的重金屬離子重新在電解溶液中溶解；在通過溶出過程中的伏安曲線分析來實現水質重金屬檢測。因此在通過該方法進行檢測的過程中，其主要的過程有兩個，第一是電解富集，第二是電解溶出。其中，電解富集主要是在特定的恒定電位條件下進行待測溶液的電解，并按照一定的速度對其進行攪拌，讓相應的重金屬離子在電極上還原，并讓重金屬元素直接沉積到惰性汞電極表面上，這樣便可實現富集電流與電位曲線的形成。以下是其富集過程式：

在此過程中，可采取溶液攪拌或者是電極旋轉的方法來實現富集效果的進一步提升。溶出主要是在重金屬元素完成了富集并靜止60s之后再對其電位做反向改變，在電極電位稍正于平衡電位時，電極上原來沉積的重金屬元素便會再一次變為離子，并在溶液中溶解，通過該方法產生的溶出電流與電位曲線叫做伏安曲線。因溶出電流峰值、電極類別與被測物濃度之間具有一定的關系，所以可根據該關系來對重金屬離子進行定性分析。

借助于溶出伏安技術，可通過提升水質中的重金屬濃度來提升檢測靈敏度與檢測精度，可對多種重金屬同時進行檢測分析，且不需要預先做分離處理，儀器設備也具有微型且簡單的結構。但是具體應用中，富集電位和富集時間將會對其檢測結果造成不良影響，且對于試驗條件與操作技術都具有較高要求。

3 結語

綜上所述，在對水質中的重金屬污染物進行檢測與分析的過程中，高效液相色譜技術、原子吸收光譜技術、原子熒光光譜技術、電感耦合等離子體技術以及電化學分析技術等都是十分先進且有效的檢測技術。但是因為不同檢測技術的適用范圍與條件有所不同，所以在具體檢測中，相關單位與檢測人員應根據實際情況、結合實際需求，選擇合理的技術來進行檢測。這樣才可以有效確保水質重金屬元素的檢測與分析效果，為其后續的治理工作奠定良好的技術基礎。