環(huán)保視域下的重金屬在線檢測系統(tǒng)應(yīng)用創(chuàng)新研究

吳瓊

青山綠水（江蘇）檢驗(yàn)檢測有限公司南京分公司 江蘇南京 210000

當(dāng)前的重金屬水體字符污染極其嚴(yán)峻，成為當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測和治理的關(guān)注焦點(diǎn)和研究課題，要改變傳統(tǒng)的離線檢測方式，創(chuàng)新采用先進(jìn)的重金屬在線檢測系統(tǒng)和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對水體中重金屬的檢測、數(shù)據(jù)在線分析和存儲，提升流域風(fēng)險防范水平，確保水源的安全性。

1 重金屬檢測技術(shù)概述

（1）原子光譜法。這主要包括以下兩種：①原子吸收光譜法。它是以一定波長的光輻射為載體，由被測元素吸收與發(fā)射光譜波長相等的輻射光，由此測定被測元素的種類和濃度。這種方法的優(yōu)勢在于可以檢測多種金屬元素，并達(dá)到10-100ug/L的檢出限，體現(xiàn)出極高的檢測靈敏度。而該方法的缺陷在于測定元素受到局限，易受到諸多因素的干擾，并無法進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)時檢測。②原子熒光光譜法。被測元素在一定波長的輻射光條件下，外層電子產(chǎn)生基態(tài)/能態(tài)的躍遷變化，并發(fā)射一定的原子熒光。

（2）電感耦合等離子體質(zhì)譜法。這種檢測方法借助于電感耦合等離子體、質(zhì)譜、ICP-MS等儀器進(jìn)行重金屬在線檢測，具有極高的準(zhǔn)確性和精密度，較高的動態(tài)線性范圍，然而其應(yīng)用缺陷在于反應(yīng)氣種類相對復(fù)雜，對環(huán)境要求較高。

（3）生物化學(xué)分析法。這主要包括以下方法：①酶分析法。這是利用重金屬離子與酶活性中心的特異性結(jié)合而引發(fā)的結(jié)構(gòu)/性質(zhì)的改變，而使系統(tǒng)的電導(dǎo)率、PH、吸光度發(fā)生改變。然而這種方法的缺陷在于無法進(jìn)行在線長時間動態(tài)檢測，檢測靈敏度和準(zhǔn)確性偏低。②免疫分析法。絡(luò)合物與重金屬離子結(jié)合形成一定的空間結(jié)構(gòu)體，與熒光物質(zhì)的抗原/抗體相鏈接，產(chǎn)生抗原抗體特異性反應(yīng)，再經(jīng)由熒光偏振分析儀進(jìn)行定性/定量分析。

（4）電化學(xué)分析法。這主要包括以下幾種：①電解分析法。使被測對象發(fā)生電解反應(yīng)，以金屬方式析出并進(jìn)行稱重分析。該法相對落后逐漸被淘汰。②離子選擇電極法。利用離子選擇電極的選擇性，使被測離子在溶液中產(chǎn)生不對等的交換擴(kuò)散，由此生成電位差，體現(xiàn)出較快的電極響應(yīng)速度特點(diǎn)，然而易受共存離子的干擾。③極譜分析法。以滴汞電極為陰極，以飽和甘汞電極為陽極，根據(jù)被測元素在還原反應(yīng)而生成的極譜電流，實(shí)現(xiàn)對被測元素種類及濃度的定性/定量分析。然而該法因采用滴汞電極易出現(xiàn)二次污染現(xiàn)象，不適宜對水源重金屬的在線檢測。④溶出伏安法。通過電解富集和電解溶出的反應(yīng)方式，實(shí)現(xiàn)對被測物質(zhì)種類及濃度的定性/定量檢測。通常來說，由于陽極溶出伏安法檢測快速便捷、檢出限低而靈敏度高，因而被廣泛使用[1]。

2 重金屬在線檢測系統(tǒng)的應(yīng)用分析

重金屬在線檢測系統(tǒng)采用陽極溶出伏安法的原理，進(jìn)行總體構(gòu)架的設(shè)計和應(yīng)用，在將污水/原水經(jīng)由濾膜處理之后與載液混合進(jìn)入電解池，利用重金屬檢測儀設(shè)備實(shí)時在線檢測相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行上傳分析和處理。

（1）重金屬在線檢測系統(tǒng)硬件的應(yīng)用分析。該系統(tǒng)采用相應(yīng)電路進(jìn)行設(shè)計和應(yīng)用，具體包括以下內(nèi)容：①控制模塊。該模塊支持USB2.0通信方式和高速讀寫外設(shè)操作，實(shí)現(xiàn)高速通信和多重程序下載。②恒電位電路模塊。通過設(shè)計和應(yīng)用基準(zhǔn)電壓源、直流負(fù)反饋電路和參比電極反饋電路，可以將參比工作電極的電位恒定在設(shè)定電位，不受負(fù)載變化的影響，體現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性能。③微弱電流檢測電路。電解池的反應(yīng)電流進(jìn)入工作電極并實(shí)現(xiàn)I/V轉(zhuǎn)換，由有源低通濾波器將微弱電流電壓信號中的噪聲信號進(jìn)行濾除處理，再進(jìn)行電壓放大調(diào)整，實(shí)現(xiàn)模擬信號/數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換生成。④電源模塊。利用低壓差線性穩(wěn)壓器LDO芯片，進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換成為系統(tǒng)的電源支撐。⑤PCB應(yīng)用。該系統(tǒng)可以通過數(shù)字線路板和模擬線路板兩大模塊，減少噪聲對系統(tǒng)的干擾和影響，實(shí)現(xiàn)微弱電流的檢測。

（2）重金屬在線檢測系統(tǒng)軟件的應(yīng)用分析。在系統(tǒng)之中，下位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)ADC電壓采集、DAC輸出波形設(shè)定和模擬開關(guān)放大倍數(shù)的切換，經(jīng)由USB總線進(jìn)行下位機(jī)軟件和上位機(jī)的通信，并實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)樣控制、溶出伏安法流程控制，對重金屬進(jìn)行定量分析和報告生成。同時，系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)自身儀器狀態(tài)的自檢工作，合理選取適宜的檢測分析方法，提升重金屬在線檢測的精準(zhǔn)度[2]。

3 結(jié)語

綜上所述，環(huán)保視域下的重金屬在線檢測系統(tǒng)應(yīng)用創(chuàng)新是關(guān)注焦點(diǎn)和研究課題，可以采用基于三電極體系的陽極溶出伏安法作為檢測方法，設(shè)計應(yīng)用不同模塊的下位機(jī)單元，實(shí)現(xiàn)對檢測信號的采集、傳輸、轉(zhuǎn)換和存儲；并利用上位機(jī)單元進(jìn)行檢測自動進(jìn)樣控制、流程控制，合理設(shè)置和調(diào)整各項檢測參數(shù)，高精準(zhǔn)檢測銅、鋅、鉛、汞、鎘等重金屬元素。未來還要加強(qiáng)上位機(jī)/下位機(jī)軟件的擴(kuò)展性功能，深入研究電化學(xué)檢測方法和技術(shù)，并通過反復(fù)試驗(yàn)測量的方式獲取不同重金屬離子的濃度。