便攜式重金屬測定儀原理及應(yīng)用

武開業(yè)

陜西省榆林市環(huán)境監(jiān)測總站，榆林 719000

便攜式重金屬測定儀原理及應(yīng)用

武開業(yè)

陜西省榆林市環(huán)境監(jiān)測總站，榆林 719000

建立了便攜式重金屬測定儀檢測廢水中重金屬含量的方法，方法的檢出限為5μg/L，在5μg / L～8000μg / L 范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,該方法靈敏度高,檢測效果良好,儀器便于攜帶，能有效地應(yīng)對現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)測的需要,可以作為廢水中重金屬含量的檢測和確證方法。

便攜式重金屬測定儀

1 引言

重金屬污染與其他有機化合物的污染不同,不少有機化合物可以通過自然界本身物理的、化學(xué)的或生物的凈化，使有害性降低或解除,而重金屬具有富集性，很難在環(huán)境中降解。目前我國由于在重金屬的開采、冶煉、加工過程中，造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進入大氣、水、土壤引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。如隨廢

水排出的重金屬，即使?jié)舛刃。部稍谠孱惡偷啄嘀蟹e累，被魚和貝類體表吸附，產(chǎn)生食物鏈濃縮，從而造成公害。水體中金屬有利或有害不僅取決于金屬的種類、理化性質(zhì)，而且還取決于金屬的濃度及存在的價態(tài)和形態(tài)，即使有益的金屬元素濃度超過某一數(shù)值也會有劇烈的毒性，使動植物中毒，甚至死亡。金屬有機化合物（如有機汞、有機鉛、有機砷、有機錫等）比相應(yīng)的金屬無機化合物毒性要強得多，可溶態(tài)的金屬又比顆粒態(tài)金屬的毒性要大，六價鉻比三價鉻毒性要大等等。

重金屬在人體內(nèi)能和蛋白質(zhì)及各種酶發(fā)生強烈的相互作用，使它們失去活性，也可能在人體的某些器官中富集，如果超過人體所能耐受的限度，會造成人體急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒等，對人體會造成很大的危害，例如，1953年日本九州南部熊本水垢鎮(zhèn)發(fā)生水垢病事件，就是因為患者食用了含有甲基汞的魚引起的，表現(xiàn)癥狀為口齒不清、面部癡呆、全身麻木，最后精神失常至死亡，患者180多人，死亡50多人。

重金屬在大氣、水體、土壤、生物體中廣泛分布，而底泥往往是重金屬的儲存庫和最后的歸宿。當(dāng)環(huán)境變化時，底泥中的重金屬形態(tài)將發(fā)生轉(zhuǎn)化并釋放造成污染，重金屬不能被生物降解，但具有生物累積性，可以直接威脅高等生物包括人類的健康，有關(guān)專家指出，重金屬對土壤的污染具有不可逆轉(zhuǎn)性，已受污染土壤沒有治理價值，只能調(diào)整種植品種來加以回避，因此，底泥重金屬污染問題日益受到人們的重視。

所以對重金屬離子進行有效監(jiān)管是環(huán)保部門義不容辭的任務(wù)，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，產(chǎn)生了原子吸收儀、原子熒光儀等一系列的高端精密儀器用來對金屬離子進行檢測。

相比較而言，便攜式水質(zhì)重金屬檢測儀是一個快速精確的重金屬離子濃度測定工具，它基于權(quán)威機構(gòu)認可的標(biāo)準(zhǔn)方法——陽極溶出伏安法，被測定物的狀態(tài)是液態(tài)，對于固態(tài)被測樣本，可以先用液態(tài)萃取液萃取后再測定，檢測前的準(zhǔn)備需要幾分鐘時間。檢測范圍很寬，為1ppb到300ppm。作為一款重金屬檢測儀器，通過軟件設(shè)置就可以檢測鉻、鎘、銅、砷、汞、鉛、鋅、銻、錳、鐵、鈷、鎳等多中金屬離子的濃度，比傳統(tǒng)方法快捷而且精確，便攜式氣相色譜法可以快速檢測廢水中重金屬含量。

2 實驗部分

2.1 實驗原理（Anodic Stripping voltammetry,ASV,陽極溶出伏安法）

首先在工作電極上施加一個還原電勢，當(dāng)該電勢超過溶液中目標(biāo)金屬離子的電離電勢時，溶液中的目標(biāo)金屬離子沉積在工作電極表面，施加還原電勢的時間越長，沉積在工作電極表面的金屬就越多，一般來說，根據(jù)待測溶液中目標(biāo)金屬離子的濃度不同，所需施加還原電勢的時間也不同，例如溶液中含鉛5ppb時，所需富集時間180s～300s，而如果鉛含量范圍在ppm級別時，所需富集時間只需不到30秒，當(dāng)沉積在工作電極表面的金屬足夠多時，以恒定的速率增加施加在工作電極上的電極電勢，沉積在工作電極表面的金屬就被氧化成金屬離子，該電池反應(yīng)釋放出的電子形成電流，電流大小與金屬離子濃度成正比

2.2 儀器及試劑

PDV6000便攜式重金屬測定儀(澳大利亞cogent公司) ;鋅、鉛、鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液(20ppm) ；鎘、鉛、銅標(biāo)準(zhǔn)溶液(20ppm) ；電極調(diào)節(jié)液A(含1M NaOH);玻碳工作電極；Ag-AgCI參比電極；Pt對電極；電解質(zhì)稀釋液A；汞膜電鍍液(可重復(fù)使用五次)；超純水Millipore超純水機制備。

Markon等[5]對眾多正常人格理論模型及異常人格理論模型進行了研究分析，發(fā)現(xiàn)所有的模型都展現(xiàn)出了一個綜合性的五因素結(jié)構(gòu)，而這個結(jié)構(gòu)與大五模型十分相似。與其他模型相比，大五模型的發(fā)展經(jīng)歷了更為嚴(yán)格的驗證過程。特別是關(guān)于特質(zhì)的研究，經(jīng)歷了不同的語言環(huán)境。最初的詞匯研究是在英文語境下，通過調(diào)查展現(xiàn)出了一個5因素結(jié)構(gòu)，分別為內(nèi)向外向、宜人性、責(zé)任心、神經(jīng)質(zhì)和開放性。之后的詞匯研究在不同國家的語言環(huán)境中展開，其結(jié)果都支持存在一個普遍的5維度模型[3](114-158)。

2.3 測定條件

2.3.1 準(zhǔn)備三電極系統(tǒng)

實驗測定的主要組成部件是三電極系統(tǒng)，由工作電極、參比電極、對電極構(gòu)成。

第一次使用參比電極或者超過倆周沒有使用參比電極，應(yīng)將電極套前端frit浸泡在重蒸餾水或者1M的KCI中一小時（推薦過夜），hydrated完畢后，用新鮮制備的參比電極電解質(zhì)溶液充滿電極外膜，保證Ag-AgCI電極棒呈棕黑色或者黑色，否則電極需要重新鍍膜。

玻碳電極使用前用特制的拋光墊或者麂皮拋光，然后在2M NaOH溶液中浸泡60秒，然后用去離子水沖洗，電極頭呈閃亮的黑色，沒有裂縫、孔隙、不附著污物，做完實驗用濾紙擦掉電極頭上的鍍膜，然后去離子水沖洗，重復(fù)以上相同的拋光程序。

對電極沒有特別注意事項。

2.3.2 三電極系統(tǒng)測定前注意事項

首先把保護帽從對應(yīng)的三個電極上取下來，保證參比電極內(nèi)腔充滿飽和KCI參比溶液，并且在溶液中沒有可見的氣泡。前端的多空通氣隔墊性能良好。

然后把電極固定裝置上端的黑蓋打開，把三支電極擦到對應(yīng)的小孔里面，接上相應(yīng)的連接線，注意不要用手接觸電極表面，也不能讓油污把電極污染，否則影響電極的精密性和響應(yīng)性能，然后把蓋子蓋上，然后把電池與PDV6000主機相連。

接著給主機供電可以有以下幾種方式，首先可以把電源直接接到主機上，其次可以用鎳氫蓄電池供電，充滿的蓄電池可以持續(xù)供電7小時以上，最后可以用干電池供電，可以把2*9VPP3電池直接填到主機里面，可以分析5到10個樣品。

最后準(zhǔn)備好足夠的電解質(zhì)溶液，一般來說每個樣品準(zhǔn)備大約25mL電解質(zhì)溶液，保證有足夠多的電解質(zhì)溶液、電鍍液、標(biāo)準(zhǔn)溶液和試劑來完成所有的分析。

2.3.3 三電極系統(tǒng)測定完畢注意事項

把所有的電極從電解杯中取出，用濾紙擦掉玻碳電極表面的薄膜，用去離子水清洗所有的電極表面，把保護套套到對應(yīng)的電極上。紅色的套對應(yīng)對電極，藍色的套對應(yīng)工作電極，白色的套對應(yīng)參比電極，然后把三支電極放到指定的塑料小杯中，密封保存，把電解杯從固定支架上取下來，妥善保存，妥善處理用完的試劑和試液以及樣品。

2.3.4 標(biāo)準(zhǔn)使用液和樣品溶液的制備

取20ppm的金屬離子標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液若干微升，然后加稀釋電解液20mL于有機塑料電解杯中，得到我們需要的濃度。一般來說參考如下表格。

取水樣10mL,然后加入10mL稀釋電解液制得測試水樣，測試得到的濃度乘以2就得到水樣中目標(biāo)金屬離子的實際濃度，本儀器主機里內(nèi)置的6個響應(yīng)濃度分別為10、50、200、800、2000、8000ppb，根據(jù)估算的實際水樣的濃度配置與實際水樣濃度一半所接近的金屬離子標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，用單點法求得實際水樣濃度。

2.4 水樣的采集和保存方法

采樣時候先加入一定量的鹽酸于采樣瓶內(nèi)，取水至滿瓶，密封，污水或受納污水的地表水在測定重金屬時，往往需加入酸達到1%，才能保證重金屬不沉淀或不被容器壁吸附。樣品置于陰暗處，采樣后24h內(nèi)完成測定，長期不測置于冰箱中冷藏。

3 結(jié)語

重金屬污染大多是人為造成的，只有通過人類自身行為改變這一狀況，首先，從思想上重視了解重金屬對人類及環(huán)境造成的危害，提高環(huán)境保護意識，只有保護好生存環(huán)境，才能保護人類自己，其次從行為上，要從個人做起，配合國家法律、法規(guī)的環(huán)境保護的規(guī)定，企業(yè)要加強管理，并且做好監(jiān)督管理機制，使措施落到實處，不能只以人為本，還要考慮動植物及環(huán)境所能承受的壓力，最后，我們要以事實為基礎(chǔ)，以科技作為手段來進行監(jiān)測與治理，研究結(jié)果表明,便攜式重金屬測定儀測定金屬離子方法簡單快速，分離效果良好，能夠?qū)λ畼又械慕饘匐x子進行快速定性和定量檢測,全部分析時間不到10min, 檢出限良好,并且相對標(biāo)準(zhǔn)偏差符合要求，適合于廢水中金屬離子的快速分析測定，可以滿足應(yīng)急監(jiān)測的需要。

只有做到以上幾點，重金屬污染問題才能降到最低點，人類才有立足之地?？傊灰员Ｗo環(huán)境為出發(fā)點，我們的環(huán)境就會變得越來越好。

[1]劉靜玲，環(huán)境污染與控制-環(huán)境教育叢書［M］.北京.化學(xué)工業(yè)出版社

[2]周群英，高廷耀，環(huán)境微生物學(xué)［M］.北京：高等教育出版社

[3]F razie r R A, Inns E L, N ico lo D, e t a l.J Ch rom a togr A,2000, 876: 213

[4]地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14848-93

[5]生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) CJ 3020-93

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.011