環(huán)境空氣沉降中重金屬分析方法研究

韋美金（深圳市北京大學(xué)深圳研究院分析測試中心有限公司，廣東 深圳 518000）

環(huán)境空氣沉降中重金屬分析方法研究

韋美金（深圳市北京大學(xué)深圳研究院分析測試中心有限公司，廣東 深圳 518000）

文章簡要介紹了大氣干濕沉降的定義和降塵中重金屬的危害，并對目前常規(guī)的重金屬分析檢測方法優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，對新的生物傳感器技術(shù)、核酸適配體檢測技術(shù)、卟啉類試劑檢測技術(shù)進(jìn)行了介紹，這些技術(shù)在檢測環(huán)境、食品、醫(yī)藥以及其他領(lǐng)域中衡量重金屬污染物濃度的一種新型技術(shù)環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域里具有較好的應(yīng)用前景。

大氣干濕沉降；重金屬；分析方法；檢測

大氣干濕沉降是指在自然環(huán)境條件下，依靠重力作用或雨雪沖刷沉降到地面的顆粒物。由于大氣顆粒物的粒徑不同，沉降區(qū)域和影響范圍不一樣，直徑大于100μm的粗顆粒通常在源區(qū)附近落到地面，而小于2.5μm的細(xì)顆粒物（PM2.5）會隨著氣流輸送到源區(qū)1000km遠(yuǎn)的區(qū)域。隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，城市降塵量明顯增加，如現(xiàn)在的霧霾圍城，大氣重金屬是向生態(tài)系統(tǒng)中輸入與富集重金屬最重要的外源因子之一。據(jù)KLOKE的報(bào)道，在許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家，大氣沉降對生態(tài)系統(tǒng)中重金屬累積貢獻(xiàn)率在各種外源輸入因子中排列首位。

大氣干濕沉降不僅對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生物理侵害，更嚴(yán)重的是產(chǎn)生化學(xué)危害，并可產(chǎn)生二次污染，如土壤中的重金屬被植物吸收，進(jìn)而被動物或人類食用，會對人體造成很大危害。因此有必要對重金屬的分析檢測方法進(jìn)行總結(jié)分析。

1 目前常規(guī)方法進(jìn)展

目前對重金屬的測定方法主要以化學(xué)分析法為主，包括分光光度法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體光譜法、激光熒光法等。其中基于激光熒光法的重金屬測定方法靈敏度非常高，但是在使用時需加入以磷酸鹽為代表的熒光試劑，該試劑易于受多種重金屬離子的影響發(fā)生沉淀，此外水體中的腐植酸的熒光也與重金屬元素的熒光相似，極大的影響了使用的準(zhǔn)確性。而電感耦合等離子體法（ICP)為代表的儀器分析方法盡管具有準(zhǔn)確度、高靈敏度高、分析速度快、能同時檢測多種微量元素的優(yōu)點(diǎn)，但所用儀器價格昂貴、運(yùn)行成本高、不易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測的目的；其余重金屬檢測方法存在操作繁瑣、樣本需預(yù)處理，難以滿足現(xiàn)場檢測快速、靈敏、準(zhǔn)確的要求[1-2]。

2 新技術(shù)發(fā)展方向

而利用物理方法，往往需要高溫、高壓等極限條件，而這極大限制了儀器的應(yīng)用場合。因此，現(xiàn)有技術(shù)不能滿足目前多行業(yè)、多領(lǐng)域中重金屬離子濃度檢測的需求?；诂F(xiàn)代分子生物技術(shù)的生物傳感器是檢測環(huán)境、食品、醫(yī)藥以及其他領(lǐng)域中衡量重金屬污染物濃度的一種新型技術(shù)。

（1）生物傳感器：具有靈敏度高、體積小便于原位測量以及成本低等特點(diǎn)。等采用“turn-off”檢測模式檢測溶液中的Hg2+：在熒光探針的兩邊富集上堿基T，探針的中間為連接堿基C，寡核苷酸的兩邊分別修飾有熒光基團(tuán)和淬滅基團(tuán)和熒光基團(tuán)，當(dāng)出現(xiàn)Hg2+時，因形成T-Hg2+-T特殊性結(jié)構(gòu)，熒光探針形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致熒光淬滅，且熒光強(qiáng)度隨著Hg2+濃度的增大逐漸降低。由于“turn-off”檢測模式溶液出現(xiàn)假信號，因此，該方法在實(shí)際使用時不具有準(zhǔn)確性。而文獻(xiàn)報(bào)道了“turn-on”檢測模式：在底物17DS的5′端用熒光進(jìn)行標(biāo)記，在酶鏈17E的3′端用對應(yīng)的淬滅基團(tuán)進(jìn)行標(biāo)記，當(dāng)出現(xiàn)Pb2+時，底物分裂并釋放出熒光基團(tuán)，產(chǎn)生熒光信號，且熒光信號的強(qiáng)度與Pb2+的濃度成正比線性關(guān)系。此方法（一步法）雖然克服了假信號問題，但檢測限較高，同時，由于T-Pb2+-T錯配反應(yīng)發(fā)生在光纖探頭上，DNA中的堿基與重金屬離子反應(yīng)需要克服非常達(dá)的結(jié)構(gòu)排斥作用才可以實(shí)現(xiàn)完全錯配，所以需要非常長的時間，如幾個小時，因此，也存在實(shí)用性問題[3]。

（2）核酸適配體檢測：核酸適配體重金屬檢測技術(shù)由于其分子量較小、可化學(xué)合成、穩(wěn)定性好、沒有毒性等優(yōu)點(diǎn)，從而具有較好的檢測穩(wěn)定性、檢測成本低、靈敏度高，具有廣泛的應(yīng)用性。利用核酸適配體檢測重金屬是近年來研究的熱點(diǎn)。而目前將核酸適配體應(yīng)用于重金屬檢測中最多的還是在Hg2+和Pb2+的檢測，Cu2+、K+的適配體傳感器也有一些文獻(xiàn)報(bào)道，而將核酸適配體應(yīng)用于Cd2+的檢測有待進(jìn)一步研究。

（3）卟啉類試劑檢測：卟啉類試劑是一種高靈敏顯色劑，其大環(huán)結(jié)構(gòu)中由四個氮原子構(gòu)成了有一定空間位置和一定配位能力的配位環(huán)境。配位能力很強(qiáng)，它幾乎可以和元素周期表中所有的金屬元素發(fā)生配位，形成配合物。卟啉和酞菁分子易于重金屬離子發(fā)生配位，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時顏色也會發(fā)生變化這一特定，而且這個變化在短時間內(nèi)即可發(fā)生，形成的新的分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，通過顯色劑顏色的變化直觀的定性定量檢測痕量重金屬，因此可以實(shí)現(xiàn)痕量重金屬的快速成像化檢測。

3 結(jié)語

大氣沉降中帶來的重金屬對人體的危害是巨大的，但是目前還沒有一種快速可靠的分析方法。文章針對目前重金屬分析檢測方法存在的問題，進(jìn)行總結(jié)評述，有利于后來的研究者進(jìn)一步深化提升。

[1]張瑞斌,何君,張秋陽,陳晞,張茜.街道沉降物中重金屬的含量檢測及對策研究[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,(01):20-22+30.

[2]張靖.鉛冶煉廠周邊土壤大氣重金屬沉降特征分析[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2016,(06):277.

[3]鄧昌州,孫廣義,楊文,李冶平,張立東,丁繼雙,符安宗.黑龍江甘南縣大氣降塵重金屬元素沉降通量及來源分析[J].地球與環(huán)境,2012,(03):342-348.

韋美金（1989-），女，漢族，本科，主要從事環(huán)境檢測研究