利用HM1000型便攜式重金屬測(cè)定儀應(yīng)急監(jiān)測(cè)水中的重金屬研究

劉翠棉

摘要：本文采用英國(guó)Wagtech公司生產(chǎn)的METALYSER HM1000型便攜式重金屬測(cè)定儀探討在應(yīng)急監(jiān)測(cè)中測(cè)定水中重金屬污染的快速測(cè)定方法。該儀器為三電極系統(tǒng)：工作電極為玻碳電極，參考電極為銀一氯化銀電極，內(nèi)部充滿飽和KCI溶液為流動(dòng)相，對(duì)電極為Pt電極。儀器在20min內(nèi)完成銅、鎘、鉛等六種重金屬離子的測(cè)定。濃度在10～6000ppb范圍內(nèi)與響應(yīng)信號(hào)線性關(guān)系良好，方法檢出限為3ppb，加標(biāo)回收率為98.0～102.5%，儀器攜帶方便，方法簡(jiǎn)便實(shí)用，可滿足應(yīng)急監(jiān)測(cè)的要求。

Abstract： In this paper， METALYSER HM1000 portable heavy metal Tester manufactured by Wagtech Company in England was used to investigate the rapid determination of heavy metal pollution in water during emergency monitoring. The instrument is a three-electrode system： the working electrode is a glassy carbon electrode， the reference electrode is a silver-silver chloride electrode， the interior is filled with a saturated KCI solution as a mobile phase， and the counter electrode is a Pt electrode. Instruments completed the determination of six heavy metals such as copper， cadmium， lead within 20min. The linearity of the response signal was in the range of 10～6000ppb. The detection limit was 3ppb and the recoveries were 98.0～102.5%. The instrument is easy to carry and the method is simple and practical. It can meet the requirements of emergency monitoring.

關(guān)鍵詞：Wagtech；便攜式；重金屬；應(yīng)急監(jiān)測(cè)

Key words： Wagtech；portable；heavy metals；emergency monitoring

中圖分類號(hào)：X832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）04-0119-02

0 引言

目前實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)分析重金屬的方法是原子吸收分光光度法，即利用火焰原子吸收法來測(cè)定樣品中金屬元素的含量，該方法優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度和精密度好，缺點(diǎn)是只能在分析實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，分析耗時(shí)長(zhǎng)、分析步驟復(fù)雜、儀器因體積龐大不能帶到現(xiàn)場(chǎng)。隨著環(huán)境污染事故的頻發(fā)，要求應(yīng)急監(jiān)測(cè)隊(duì)伍能夠做到現(xiàn)場(chǎng)采樣、現(xiàn)場(chǎng)分析，及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以方便迅速做出科學(xué)決策，保障人民群眾生命與財(cái)產(chǎn)的安全。便攜式重金屬測(cè)定儀總重量只有三千克左右，無須外接筆記本電腦，便于攜帶。并且可以快速、方便的對(duì)受污染水樣中常見的六種重金屬，即銅、鎘、鉛、鋅、汞和砷同時(shí)進(jìn)行快速檢測(cè)，而且靈敏度高，選擇性好，檢出限最低可達(dá)3ppb，在環(huán)境事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)中得到廣泛的應(yīng)用。

1 儀器部分

1.1 儀器及試劑

英國(guó)Wagtech公司的METALYSER HM1000型重金屬測(cè)定儀，固件版本為1.6版。

鎘元素測(cè)量量程為3.0ppb-32.0ppm；

銅元素測(cè)量量程為5.0ppb-32.0ppm；

鉛元素測(cè)量量程為5.0ppb-32.0ppm；

容量瓶若干；

銅標(biāo)準(zhǔn)溶液5ppm，鎘、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)溶液5ppm；

電鍍液；

緩沖試劑。

1.2 METALYSER HM1000型重金屬測(cè)定儀工作原理及特點(diǎn)

HM1000型重金屬測(cè)定儀為電化學(xué)原理，利用陽極溶出伏安法技術(shù)來測(cè)試水中的重金屬濃度。在電化學(xué)中，參與反應(yīng)的分子、離子或原子的氧化態(tài)會(huì)發(fā)生改變，氧化態(tài)是由于物質(zhì)的電子和質(zhì)子的不平衡引起的。重金屬測(cè)定儀利用的是在工作電極上加電壓，在溶液中，工作電極會(huì)影響溶液中的離子，金屬離子被還原為金屬原子沉積到電極的表面。以鎘為例，做如圖1說明：

此處：（aq）指溶液，（s）指固體，（e）代表電子，M指工作電極上的金屬。

該反應(yīng)在鎘半活性的狀態(tài)下發(fā)生使其成為金屬，當(dāng)上述反應(yīng)發(fā)生可逆反應(yīng)時(shí)，可檢測(cè)出分析信號(hào)，即工作電極上負(fù)電荷減少，正電荷增多，隨后陽離子從電極上析出，并將電子釋放到溶液中，產(chǎn)生電流。電流的大小和溶液中鎘離子的濃度成正比關(guān)系。

重金屬測(cè)定儀使用了電化學(xué)電池的一個(gè)新類型，即有三個(gè)電極：工作電極、參比電極和對(duì)電極。

工作電極（WE）：減少氧化態(tài)，發(fā)生主反應(yīng)。

對(duì)電極（CE）：加上已知電壓，有助于平衡工作電極上產(chǎn)生的電子。

參比電極（RE）：在電化學(xué)反應(yīng)中只起通過加已知電壓來控制整個(gè)反應(yīng)的電壓外的作用。

電極的靈敏度基于以下幾個(gè)因素：當(dāng)用標(biāo)樣加入的方法分析樣品的時(shí)候，樣品的加入一定要迅速，這樣溶液的狀態(tài)、電極以及溫度都很類似，這樣的話才具有可比性。加入的標(biāo)樣為已知濃度，則可得已知電流。利用此信息，儀器將未知濃度的溶液和已知濃度的溶液作比較，最后得出重金屬的含量。endprint

該重金屬測(cè)定儀采用陽極溶出伏安法技術(shù)，簡(jiǎn)化了操作步驟。系統(tǒng)可自動(dòng)選擇檢測(cè)所用的電極，根據(jù)電流計(jì)算濃度，并提供給用戶相關(guān)的譜圖。所有這些都集中在一個(gè)手持式便攜主機(jī)上，可存儲(chǔ)和下載多達(dá)1000組數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 電極的準(zhǔn)備

玻碳電極使用前在麂皮上用三氧化二鋁拋光，然后用該儀器專用的電鍍液在電極前端均勻的鍍上一層薄膜。參比電極使用前保證電極內(nèi)部充滿飽和KCI溶液，并且電極前端部分在去離子水中浸泡過夜，以保證電極與電解液之間良好的導(dǎo)電性。所有電極以及儀器轉(zhuǎn)子在測(cè)定實(shí)際樣品前要用高純水進(jìn)行充分的淋洗。

2.2 樣品的測(cè)定

2.2.1 空白樣品的測(cè)定

取一新的分析杯，加入70ml的高純水，按照廠家設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行樣品空白值的測(cè)定，符合要求的空白樣品各項(xiàng)目的檢出值為0；儀器的譜圖分析顯示應(yīng)為一條光滑的直線，沒有任何峰的出現(xiàn)。經(jīng)實(shí)際檢測(cè)，各項(xiàng)重金屬元素均提示低于檢出限，儀器的譜圖分析顯示為光滑的直線。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定

取一新的分析杯，加入70ml的高純水，然后用高精度的移液槍在該分析杯中加入280uL銅標(biāo)準(zhǔn)溶液（5ppm）和280uL鎘、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（5ppm），使該溶液中銅、鎘、鉛的含量均為 20.0ppb。

銅、鎘、鉛的標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液配置完畢后，用重金屬測(cè)定儀按照廠家設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)分三次進(jìn)行平行測(cè)定，求取平均值后測(cè)定結(jié)果如表1所示。

2.2.3 實(shí)際應(yīng)急污水樣品測(cè)定

在2011年8月舉行的全國(guó)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)演練活動(dòng)中，石家莊市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心應(yīng)急監(jiān)測(cè)人員用應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)中采取的受污染水樣進(jìn)行實(shí)際樣品的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。取一新的分析杯，加入70ml的污水樣品，用重金屬測(cè)定儀按照廠家設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)分三次進(jìn)行平行測(cè)定，然后分別再加入280uL銅標(biāo)準(zhǔn)溶液（5ppm）和280uL鎘、鉛混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（5ppm） 進(jìn)行加標(biāo)回收，以考查儀器的準(zhǔn)確度和精密度。測(cè)定結(jié)果如表2所示。

3 精密度和準(zhǔn)確度

由表1和表2的標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定數(shù)據(jù)和實(shí)際水樣測(cè)定數(shù)據(jù)可知，HM1000型重金屬測(cè)定儀的加標(biāo)回收率在90.0%-102.5%之間，加標(biāo)回收率好。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（PSD）在0.6%-4.4%之間，在應(yīng)急監(jiān)測(cè)化驗(yàn)環(huán)境條件不太好的情況下，精確度較高，所得數(shù)據(jù)比較滿意。

4 結(jié)論

METALYSER HM1000型便攜式重金屬測(cè)定儀測(cè)定水中的重金屬，檢出限最低可以達(dá)到3ppb，滿足現(xiàn)行地表水評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中除I類地表水以外對(duì)檢出限的要求，同時(shí)，該儀器小型輕便，操作簡(jiǎn)單，精密度和準(zhǔn)確度均較好。而且從準(zhǔn)備工作開始到開始樣品測(cè)定，所需時(shí)間約10min，1個(gè)樣品測(cè)定時(shí)間約15～20min，可以滿足應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的需要。

參考文獻(xiàn)：

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