深入分析水環(huán)境及重金屬污染的檢測(cè)方式研究

□（遼寧省本溪水文局水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心）

深入分析水環(huán)境及重金屬污染的檢測(cè)方式研究

□萬(wàn)太斌（遼寧省本溪水文局水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心）

水作為人類(lèi)生存與發(fā)展中不可或缺的資源之一，其重要性不言而喻，我國(guó)地大物博，水資源相對(duì)比較豐富。然而，由于人口基數(shù)較大，致使人均水資源占有量較少。近年來(lái)，隨著中國(guó)大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的破壞，水環(huán)境污染問(wèn)題隨之加劇，這已經(jīng)影響到了中國(guó)的持續(xù)發(fā)展。為此，對(duì)水環(huán)境污染問(wèn)題進(jìn)行深入分析尤為必要。文章首先簡(jiǎn)要分析了水環(huán)境污染問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上對(duì)水環(huán)境重金屬污染的檢測(cè)方式進(jìn)行論述。

水環(huán)境；污染；重金屬檢測(cè)

1 中國(guó)水環(huán)境污染問(wèn)題分析

國(guó)家環(huán)保總局的調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，中國(guó)各大主要河流的水環(huán)境問(wèn)題以有機(jī)物污染為主，關(guān)鍵性的污染指標(biāo)如下：氨氮、高錳酸鹽、揮發(fā)酚等，污染程度較為嚴(yán)重的河流水域包括長(zhǎng)江、珠江、松花江、黃河、海河、淮河、遼河。水利部門(mén)的調(diào)查報(bào)告顯示，在調(diào)查的100 000 km河流水域當(dāng)中，受污染的接近50%左右，有近40%的河流與漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求不符，還有一少部分河流中的魚(yú)蝦已經(jīng)基本絕跡。國(guó)內(nèi)大部分湖泊的水體呈現(xiàn)出明顯的富營(yíng)養(yǎng)化特征，總磷和總氮是主要的污染指標(biāo)。在對(duì)國(guó)內(nèi)200余個(gè)城市的地下水進(jìn)行監(jiān)測(cè)后得出如下結(jié)果：其中有97%左右的城市地下水受到了不同程度的污染，有近40%左右的城市地下水污染情況不斷加劇。近海海域也受到了一定的污染，其中東海的污染情況最為嚴(yán)重，渤海次之，南海的水質(zhì)相對(duì)較好。下面重點(diǎn)對(duì)水環(huán)境的重金屬污染問(wèn)題進(jìn)行深入、具體的分析。

1.1 水環(huán)境重金屬污染的主要來(lái)源

所謂的水環(huán)境重金屬污染具體是指排入到水體當(dāng)中各類(lèi)重金屬物質(zhì)的總量超過(guò)了水體本身的自?xún)裟芰Γ纱藢?dǎo)致水的性質(zhì)出現(xiàn)了一定程度的變化，直接影響了水環(huán)境中各種生物的生存條件，間接影響了人類(lèi)的健康。大體上可將重金屬污染的來(lái)源歸納為兩個(gè)方面，一方面源于自然，如：巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化之后所產(chǎn)生出來(lái)的碎屑物質(zhì)等；另一方面源于人為，如：冶煉、采礦、金屬加工、化工生產(chǎn)、電子、染料、農(nóng)藥等。在這兩個(gè)方面的雙重作用下，各類(lèi)重金屬元素在不同的環(huán)境介質(zhì)當(dāng)中不斷地發(fā)生遷移變化，由此形成了極為嚴(yán)重的二次污染。

1.2 重金屬污染的主要危害

目前，重金屬污染已經(jīng)成為水環(huán)境最為嚴(yán)重的污染問(wèn)題，由于重金屬元素本身都具有一定的毒性，容易囤積在生物體內(nèi)，部分重金屬無(wú)法降解，若是水中的生物吸收后，則會(huì)通過(guò)食物鏈危害到動(dòng)物和人類(lèi)的健康。

對(duì)水生植物的危害。重金屬元素會(huì)使水生植物的代謝紊亂，當(dāng)與其體內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸等分子結(jié)合之后，會(huì)導(dǎo)致生物的活性下降。當(dāng)Hg、Pb、Cu、Cd、Zn等重金屬濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)嚴(yán)重危害水生植物的健康。

對(duì)水生動(dòng)物的危害。對(duì)于水環(huán)境而言，Hg是污染最為嚴(yán)重且毒性最強(qiáng)的一種重金屬元素，它的化合物甲基汞危害最大；Cd具有超強(qiáng)的生物蓄積能力，容易誘發(fā)水生動(dòng)物主要臟器腫大，如肝腎等，同時(shí)還會(huì)對(duì)水生動(dòng)物腦部乙酰膽堿酯酶的活性造成影響；Pb會(huì)破壞細(xì)胞組織，造成細(xì)胞的存活能力降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)水生動(dòng)物的生殖功能造成影響。

對(duì)人體的危害。在各類(lèi)重金屬元素中，對(duì)人體危害最大的有Hg、Pb、Cd、As和Cr，上述重金屬元素基本不會(huì)在水中被分解，并且還會(huì)與水中的其它毒素生成毒性更加巨大的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物，當(dāng)其被人體吸收之后，毒性會(huì)成倍放大，對(duì)人體的器官組織會(huì)形成嚴(yán)重的破壞。如Hg會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)造成危害，Cd會(huì)誘發(fā)心腦血管疾病，Cr對(duì)皮膚組織具有腐蝕性，容易造成皮膚表面潰爛，Pb會(huì)損傷人體的腦細(xì)胞，As會(huì)引起神經(jīng)及消化系統(tǒng)障礙。

2 水環(huán)境重金屬污染的檢測(cè)方式

目前，對(duì)水環(huán)境當(dāng)中的重金屬污染檢測(cè)較為常用的方法有分光光度法、原子光譜法和溶出伏安法，在這3種檢測(cè)方法中，溶出伏安法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)最為突出，主要體現(xiàn)在檢測(cè)成本低、檢測(cè)儀器簡(jiǎn)單、操作方便、響應(yīng)時(shí)間快、檢測(cè)下限低等，鑒于此，本文運(yùn)用該方法對(duì)水環(huán)境中的Cu、Pb、Cd、Zn4種重金屬進(jìn)行檢測(cè)分析。

2.1 鍍汞電極的選取

相關(guān)研究結(jié)果表明，汞膜的厚薄程度對(duì)電極的檢測(cè)能力、靈敏度以及溶出峰形具有一定的影響，故此在采用溶出伏安法對(duì)重金屬污染進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，對(duì)汞膜厚度的控制顯得尤為重要，這直接關(guān)系到檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。雖然采用沾汞電極較為簡(jiǎn)單，但汞膜的厚度卻很難控制，無(wú)法獲得良好的重現(xiàn)性，而鍍汞電極由于鍍汞的條件統(tǒng)一，獲得汞膜的差異較小，因此可以確保良好的重現(xiàn)性。目前，較為常用的電極有以下幾種：銀基電極、玻碳電極、鉑金電極等，就上述幾種電極在相同的條件下分別進(jìn)行鍍汞，利用鍍好汞膜的電極分別對(duì)Cu、Pb、Cd、Zn進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果的比較，進(jìn)行鍍汞電極的選取。4種電極經(jīng)過(guò)鍍汞之后，銀基與玻碳兩種電極可以同時(shí)檢測(cè)出Cu、Pb、Cd、Zn，并且能夠得到較好的峰形，而鉑金電極鍍汞之后，雖然也能同時(shí)檢測(cè)出Cu、Pb、Cd，但峰形相對(duì)較差，故此可將鉑金電極排除。剩余兩種電極在鍍汞之后都具有良好的檢測(cè)性能，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，玻碳電極的靈敏度要高于銀基電極，并且前者的溶出伏安峰曲線線形要更好一些，故此，本次試驗(yàn)中，決定選用玻碳電極。

2.2 檢測(cè)儀器與主要試劑

本次檢測(cè)中選用國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的CHI660A電化學(xué)工作站作為主要檢測(cè)設(shè)備，輔助儀器為磁力攪拌器，工作電極為玻碳鍍汞電極，參比電極為銀/氯化銀電極。Cu、Pb、Cd、Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液全部采用高純度金屬經(jīng)過(guò)濃硝酸溶解之后制成，所有試驗(yàn)用水均為離子水，除鹽酸和硝酸為優(yōu)級(jí)純之外，其余試劑全部為分析純。

2.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

本次試驗(yàn)采用差分脈沖陽(yáng)極溶出伏安法，對(duì)水中Cu、Pb、Cd、Zn進(jìn)行檢測(cè)，具體的參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 基本參數(shù)表

2.4 試驗(yàn)方法

在試驗(yàn)過(guò)程中，先向汞膜工作電極施加一個(gè)負(fù)電位，此時(shí)，溶液當(dāng)中被測(cè)的金屬離子，將會(huì)被還原在汞膜電極上，由此會(huì)形成汞齊，并在靜置一定的時(shí)間后，反向施加掃描電壓，此時(shí)被還原的金屬會(huì)按照一定次序從形成的汞齊上氧化溶出，并進(jìn)入到溶液當(dāng)中，隨后對(duì)整個(gè)溶出過(guò)程的I-V曲線進(jìn)行記錄，由此便可獲得溶出伏安曲線，按照該曲線當(dāng)中溶出電流峰的出峰電位及峰高便可進(jìn)行定性與定量分析。

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)預(yù)先確定好的實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)Cu、Pb、Cd、Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行配制，分別對(duì)不同濃度下Cu、Pb、Cd、Zn的峰電流進(jìn)行測(cè)定，以此為據(jù)，對(duì)工作曲線進(jìn)行繪制，具體如圖1所示。

圖1 Zn、Cd、Pb、Cu、的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：-1.20V附近是Zn的溶出伏安峰，在5～1 000范圍內(nèi)，峰電流與Zn濃度之間具有良好的線性關(guān)系，按照線性回歸方程，可計(jì)算出線性相關(guān)系數(shù)為99.81×10-2；-0.77V附近是Cd的溶出伏安峰，在1～500范圍內(nèi)，峰電流與Cd濃度之間具有良好的線性關(guān)系，依據(jù)線性回歸方程，可計(jì)算出線性相關(guān)系數(shù)為99.98×10-2；-0.58V附近是Pb的溶出伏安峰，在2～800范圍內(nèi)，峰電流與Pb濃度之間具有良好的線性關(guān)系，根據(jù)線性回歸方程，可計(jì)算出線性相關(guān)系數(shù)為99.93×10-2；-0.17V附近是Cu的溶出伏安峰，在5～500范圍內(nèi)，峰電流與Cu濃度之間具有良好的線性關(guān)系，根據(jù)線性回歸方程，可計(jì)算出線性相關(guān)系數(shù)為99.99×10-2。分別取Cu、Pb、Cd、Zn濃度為40的溶液進(jìn)行連續(xù)測(cè)定，次數(shù)為5次，得出相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.20%、3.30%、5.30%、4.80%，由該結(jié)果可以看出，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程具有較好重現(xiàn)性。隨后對(duì)試劑空白進(jìn)行10次測(cè)定，并計(jì)算出檢出限，得出Cu、Pb、Cd、Zn的檢出限分別為1.10、0.80、0.50、2.80。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章在簡(jiǎn)要分析水環(huán)境污染問(wèn)題的基礎(chǔ)上，運(yùn)用溶出伏安法對(duì)水環(huán)境中的Cu、Pb、Cd、Zn 4種重金屬進(jìn)行了檢測(cè)分析，結(jié)果表明，該方法能夠準(zhǔn)確對(duì)水中的Cu、Pb、Cd、Zn進(jìn)行檢測(cè)。在未來(lái)一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)水環(huán)境重金屬檢測(cè)方法的研究力度，在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和完善，使其能夠更好地為水環(huán)境污染防治服務(wù)。

［1］張雷，秦延文，馬迎群等.大遼河感潮段及其近海河口重金屬空間分布及污染評(píng)價(jià)［J］.環(huán)境科學(xué)，2014(8)∶87-89.

［2］張子安.水中重金屬的檢測(cè)與分析-以珠江水系的支流為例［J］.水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)，2015(3)∶43-45.

TP212.2

A

1673-8853（2017）01-0082-02

2016-11-07

（編輯：韋詩(shī)佳）

萬(wàn)太斌，（1980-）男，工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測(cè)及水質(zhì)化驗(yàn)工作。