理化快檢技術(shù)在水質(zhì)控制方面的應(yīng)用

傅妍芳

（池州學(xué)院 資源環(huán)境與旅游系，安徽 池州247000）

飲用水衛(wèi)生質(zhì)量評(píng)價(jià)和常見(jiàn)指標(biāo)的檢測(cè)是供水部門經(jīng)常遇見(jiàn)的共性問(wèn)題，也是政府和百姓十分關(guān)注的問(wèn)題。為減少和消除各種危險(xiǎn)隱患，預(yù)防事故的發(fā)生，快速而準(zhǔn)確地測(cè)定各種環(huán)境污染物顯得尤為重要。對(duì)于理化快檢技術(shù)在飲用水等水質(zhì)控制的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外關(guān)注的重點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：（1）大型儀器的使用；（2）便攜式儀器以及小型儀器；（3）快速檢測(cè)試劑盒。

1 理化快檢技術(shù)在水質(zhì)方面的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 大型儀器在水質(zhì)控制方面的應(yīng)用

《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749）于1985年由衛(wèi)生部頒布實(shí)施，20年后進(jìn)行首次修訂，新標(biāo)準(zhǔn)由衛(wèi)生部與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2006年12月29日發(fā)布并于2007年7月1日實(shí)施。與GB 5749-85相比，新標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)由35項(xiàng)增加至106項(xiàng)[1]。

為了應(yīng)對(duì)新的生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范，很多知名的儀器公司紛紛做出應(yīng)對(duì)措施，提高理化分析的精度、靈敏度和速度。例如島津公司推出超快速液相色譜儀 （Prominenece UFLC）對(duì)于10種多環(huán)芳烴（PAHs）的分析，在不損失分離狀態(tài)下，相對(duì)于常規(guī)液相色譜（LC，Liquid Chromatography）(分析時(shí)間 50分鐘)，UFLC實(shí)現(xiàn)了10倍速度的快速化分析（分析時(shí)間 5 分鐘）[2]。

大型儀器測(cè)定速度快，測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性高，但是這些設(shè)備都因技術(shù)條件高、價(jià)格昂貴、儀器結(jié)構(gòu)龐大，在連續(xù)監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定中受到很大的限制。另外大型儀器的操作對(duì)于操作人員的素質(zhì)要求比較高，尤其是樣品的前處理是否得當(dāng)對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大的影響。因此大型儀器暫時(shí)很難做到普及使用。

1.2 便攜式儀器在水質(zhì)控制方面的應(yīng)用

由于大型儀器檢測(cè)結(jié)果的時(shí)間滯后性，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的要求，便攜式儀器因操作簡(jiǎn)便、攜帶方便，可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行水質(zhì)的檢測(cè)，避免由于水樣采集、保存造成的時(shí)間拖延，在應(yīng)對(duì)突發(fā)性污染事件、微污染，以及進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等情況下具有很大的優(yōu)勢(shì)。

在理化檢驗(yàn)中很多項(xiàng)目可以通過(guò)分光光度法進(jìn)行測(cè)定。目前實(shí)驗(yàn)室的分光光度計(jì)使用220V電源，儀器體積大，攜帶不便。傳統(tǒng)的光度分析過(guò)程包括標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置、校正標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制、樣品測(cè)定、計(jì)算等步驟，分析操作時(shí)間長(zhǎng)。便攜式分光光度計(jì)、袖珍比色計(jì)因操作簡(jiǎn)單，攜帶方便，適用于現(xiàn)場(chǎng)的快速測(cè)定，受到了用戶的歡迎[3]。

目前國(guó)內(nèi)外均有多參數(shù)、單參數(shù)便攜式比色計(jì)。國(guó)外的品牌有HACH、YSI、HANNA等，參數(shù)較齊全，但是價(jià)格昂貴。美國(guó)HACH公司生產(chǎn)的DR系列便攜式分光光度計(jì)能測(cè)定由甲草胺、鋁到鋅的近90個(gè)水質(zhì)參數(shù)，而國(guó)產(chǎn)的便攜式儀器的價(jià)格較國(guó)外要低但是準(zhǔn)確度方面以及參數(shù)的覆蓋面仍略有欠缺，提高產(chǎn)品的測(cè)量準(zhǔn)確度是目前研究的重點(diǎn)。

1.3 理化快檢試劑盒在水質(zhì)控制方面的應(yīng)用

目前，為了解決現(xiàn)階段部分農(nóng)村技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件尚難達(dá)到本標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，可采用過(guò)渡辦法，即現(xiàn)階段在保證飲水安全的基礎(chǔ)上，降低對(duì)感官性狀指標(biāo)及少量有安全保證的毒理指標(biāo)的要求。

水質(zhì)理化快速試劑盒供飲用水衛(wèi)生管理部門、野外作業(yè)的油田、勘探、建設(shè)施工單位、水處理單位等進(jìn)行水資源選擇、水質(zhì)評(píng)價(jià)、判斷水處理效果和實(shí)施飲水衛(wèi)生監(jiān)督的檢驗(yàn)。水質(zhì)理化快檢試劑盒主要采用直接加藥法、試紙法，測(cè)試管法，單元式組裝，進(jìn)行定量、半定量或定性檢測(cè)。試劑穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)易快速。

1.3.1 直接加藥顯色法 快速檢測(cè)試劑盒中的藥劑通常包含顯色劑、緩沖劑、增效劑和掩蔽劑等，藥劑有片劑、粉包、或者藥液等形式。使用時(shí)將相應(yīng)的試劑粉包或藥液加入反應(yīng)管或比色管中，適當(dāng)搖振使其充分溶解，反應(yīng)一定時(shí)間后，溶液呈現(xiàn)特殊的顏色，目視比色或利用比色計(jì)讀數(shù)[4]。該法一般耗時(shí)短，且操作方便快捷，具有一定的靈敏度，相比其他方法，此種快速檢測(cè)方法的價(jià)格便宜。

但是由于測(cè)試方法本身的特性，以及部分試劑性質(zhì)和保質(zhì)期的局限性，該法應(yīng)用也有一定的限制。

1.3.2 試紙法 pH試紙是最典型也是最常見(jiàn)的利用試紙快速測(cè)定理化參數(shù)的產(chǎn)品，試紙法就是利用能在試紙上快速產(chǎn)生顯著顏色變化的化學(xué)反應(yīng)來(lái)定性或者定量檢測(cè)待測(cè)物質(zhì)。

試紙的制作方法有兩類，一是將試紙浸入特殊的化學(xué)試劑溶液中，再用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒃嚰埜稍?；二是將試劑分散和紙漿共同制成試紙。制備試紙常用的干燥方法主要有冷風(fēng)吹干、自然晾干、烘干以及真空干燥等。測(cè)定時(shí)，將試紙插入樣品中或?qū)⒋郎y(cè)樣品滴在試紙，樣品與試紙接觸后，待測(cè)物質(zhì)與試紙中的化學(xué)試劑迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，試紙的顏色將發(fā)生改變，根據(jù)試紙上的顏色與產(chǎn)品配套的標(biāo)準(zhǔn)色階進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)行定性或者半定量分析。根據(jù)待測(cè)物質(zhì)的不同性質(zhì)，使用試紙法測(cè)定樣品的所需的時(shí)間通常只需要幾秒，最長(zhǎng)一般也只需幾十分鐘[5-6]。

與其他分析方法相比，使用試紙測(cè)定待測(cè)物質(zhì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)操作方法簡(jiǎn)單，無(wú)需專門技術(shù)人員即可進(jìn)行操作；(2)檢測(cè)速度快，甚至只需幾秒即可完成一個(gè)樣品的測(cè)定；(3)價(jià)格經(jīng)濟(jì)，一次性使用；（4）便于攜帶，適合現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定。當(dāng)然必須承認(rèn)試紙法也存在一定的不足：由于試紙所含的化學(xué)試劑量有限，有的測(cè)定試紙的檢出限有待提高，靈敏度也達(dá)不到檢測(cè)要求。另外，有很多方法并不適用于試紙法，國(guó)內(nèi)外研發(fā)和生產(chǎn)的試紙有限，目前市場(chǎng)上的試紙種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足快速測(cè)定的需要。

隨著試紙法的不斷進(jìn)步發(fā)展，與其相配套的便攜檢測(cè)儀器也相應(yīng)出現(xiàn)，如：德國(guó)默克公司生產(chǎn)的可與其試紙產(chǎn)品配套使用的一種光反射儀，其體積僅僅有19cm×8cm×2cm，十分的小巧。反射儀一側(cè)有供插入試紙的適配器。該反射儀的電源可以是普通的電池，光源為光電二極管。光線照射到試紙上，一部分光線被試紙吸收，另一部分被反射到一個(gè)硫化鎘（CdS）光電池，將電流量檢測(cè)出來(lái)并經(jīng)過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)化為濃度單位后將檢測(cè)結(jié)果直接顯示在顯示屏上。另外，儀器內(nèi)程序自帶一個(gè)計(jì)時(shí)器功能，可以控制試紙反應(yīng)時(shí)間。該類儀器不僅極大地提高了測(cè)定結(jié)果的精確度，而且使試紙法由原來(lái)只能進(jìn)行定性、半定量分析，發(fā)展為可根據(jù)需要直接進(jìn)行定量檢測(cè)的分析方法。

1.3.3 測(cè)試管法 測(cè)試管法是選用透光度好的特種玻璃管作為比色測(cè)試管，將特制試劑裝入后經(jīng)拉絲工序，在上端形成毛細(xì)管狀，易于折斷。用真空技術(shù)對(duì)測(cè)試管進(jìn)行處理，即能延長(zhǎng)試劑的保存期，還能在使用時(shí)將水樣自動(dòng)定量吸入管內(nèi)。確定管內(nèi)試劑與水樣的空間比例，并對(duì)真空度加以調(diào)整，可保證測(cè)試結(jié)果具有一定的精密度。測(cè)試管法還可以與標(biāo)準(zhǔn)分析方法相對(duì)照，并制作出標(biāo)準(zhǔn)色階供結(jié)果讀數(shù)用[7]。

簡(jiǎn)易快速水質(zhì)測(cè)試管法包括測(cè)試管和標(biāo)準(zhǔn)色階兩部分，在使用時(shí)只需將測(cè)試管前部毛細(xì)管在水樣中折斷，水樣即可自動(dòng)充入測(cè)試管中，將測(cè)試管來(lái)回倒置幾次，以使水樣與測(cè)試試劑混合均勻充分反應(yīng)。待反應(yīng)充分完成后，將管中顏色與配套的標(biāo)準(zhǔn)色階對(duì)照，最接近的色階所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，即為水樣中待測(cè)物的含量。按不同產(chǎn)品品種操作過(guò)程一般在 1-10分鐘[6]。

《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）中二氧化氯、臭氧的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法，均是采用此類方法。另外類似溶解氧、硫化物等此類不易采集與保存的參數(shù)，六價(jià)鉻等有毒有害物質(zhì)，也都適宜采用測(cè)試管法。

以二氧化氯的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定為例，該法適用于經(jīng)二氧化氯消毒后的生活飲用水中的二氧化氯質(zhì)量濃度為0~5.50mg/L的水樣的直接測(cè)定，最低檢測(cè)質(zhì)量濃度為0.01 mg/L。對(duì)二氧化氯低、中、高3種不同質(zhì)量濃度的式樣進(jìn)行精密度試驗(yàn)，低濃度（0.1mg/L）精密度測(cè)定結(jié)果平均標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，relative standard deviation）為 0.1%；中濃度（1.3 mg/L）精密度測(cè)定結(jié)果平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 （RSD）為1.1%，高濃度（3.7 mg/L）精密度測(cè)定平均標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.0%。

簡(jiǎn)易快速測(cè)試管法可以避免人為操作誤差以及水樣采集、固定過(guò)程中帶來(lái)的誤差，能夠較準(zhǔn)確地反映現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)真實(shí)狀況。

1.3.4 滴定法 滴定法也是試劑盒的一種重要方式，主要就是尋找合適的滴定劑及指示劑，進(jìn)行滴定、反滴定。硬度、低硬度、堿度等參數(shù)均是采用如此的形式。這類試劑盒的特點(diǎn)就是微型滴定，因此試劑的加入量需要準(zhǔn)確，結(jié)果誤差可控制在一定范圍內(nèi)。

2 理化快速檢測(cè)存在的問(wèn)題

2.1 缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)

《GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》釋義》中指出快速檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)不能作為衛(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)和判定飲用水水質(zhì)是否合格的法律依據(jù)[8]。因此理化快速檢測(cè)試劑盒設(shè)備的生產(chǎn)，使用，校準(zhǔn)過(guò)程還需要有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)支撐。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售的產(chǎn)品缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，快檢數(shù)據(jù)往往只能停留在定性檢測(cè)，如果需要進(jìn)一步確認(rèn)仍然需要采用標(biāo)準(zhǔn)方法。

2.2 產(chǎn)品使用率不高

理化快檢產(chǎn)品在水質(zhì)控制方面應(yīng)用很廣泛，但是在實(shí)際過(guò)程中卻受到了各種限制，使得產(chǎn)品利用率并不高。主要是由于很多操作人員對(duì)產(chǎn)品了解不足夠以及產(chǎn)品的使用成本局限、試劑保質(zhì)期相對(duì)較短造成。

3 結(jié)論

簡(jiǎn)易快速理化測(cè)試方法的確立可以使原本復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室理化檢測(cè)變得快速簡(jiǎn)便，適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，可以滿足不同層面理化檢測(cè)的需要。但由于某些因素的制約，部分快速測(cè)試方法和產(chǎn)品的精度與化學(xué)驗(yàn)室儀器分析結(jié)果往往存在一定誤差，但從理化分析不同需求考慮，快速檢測(cè)方法在動(dòng)態(tài)水質(zhì)和突發(fā)性事件的現(xiàn)場(chǎng)快速分析方面還是十分適用的。通過(guò)快速檢測(cè)技術(shù)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，該法的應(yīng)用領(lǐng)域和使用率將得到大幅度的提升。

[1]中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

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[5]周渙英，高志賢，崔曉亮.試紙法在食品、水質(zhì)及其他快速檢測(cè)中的應(yīng)用[J].解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2003，21(2)：148-151.

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[7]李樹(shù)華.水環(huán)境應(yīng)急檢測(cè)快速測(cè)試管技術(shù)的研究[J].河南科學(xué).2005,23（2）：296-298.

[8]金銀龍,鄂學(xué)禮,張嵐，等.GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》釋義[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007：163.