ICP-OES與icELISA在電鍍廢水中溶解態(tài)鎘測(cè)定中的比較

(溫州市鹿城區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 溫州 325000)

電鍍廢水中含有各種重金屬元素且濃度較高，部分重金屬元素屬于第一類(lèi)污染物。因此國(guó)家規(guī)定須在車(chē)間排放口設(shè)置永久性監(jiān)控采樣點(diǎn)。為了加強(qiáng)我省電鍍污染物排放控制，減少和削減重金屬污染物，保護(hù)和改善水環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)電鍍工藝和污染治理技術(shù)的進(jìn)步，浙江省于2018年9月出臺(tái)了《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(征求意見(jiàn)稿)》[1]，其中規(guī)定總鎘的排放限值為：太湖流域0.01mg/L，非太湖流域0.03mg/L。

電鍍廢水各項(xiàng)重金屬指標(biāo)采用地方標(biāo)準(zhǔn)推薦監(jiān)測(cè)方法，總鎘推薦的監(jiān)測(cè)方法為《水質(zhì) 65種元素的測(cè)定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》HJ 700—2015與《水質(zhì) 鎘的測(cè)定 雙硫腙分光光度法》GB7471-87，其他國(guó)家認(rèn)定現(xiàn)行有效的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法同樣適用。上述兩類(lèi)方法的檢出限都滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求，ICP-MS等大型分析儀器對(duì)實(shí)驗(yàn)人員操作要求較高[2]，分光光度法對(duì)操作繁瑣，使用有毒有害化學(xué)試劑對(duì)實(shí)驗(yàn)分析人員存在安全風(fēng)險(xiǎn)[3-5]，同時(shí)為適應(yīng)突發(fā)環(huán)境污染的應(yīng)急監(jiān)測(cè)，需要做到快速大量獲取定性定量數(shù)據(jù)，甚至是現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展監(jiān)測(cè)。因此，開(kāi)發(fā)應(yīng)用先進(jìn)重金屬檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式方法不足，節(jié)約測(cè)試成本，節(jié)省檢測(cè)時(shí)間，簡(jiǎn)便操作，減少實(shí)驗(yàn)人員操作安全風(fēng)險(xiǎn)等顯得尤為迫切。迄今為止，國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者對(duì)免疫學(xué)方法檢測(cè)重金屬技術(shù)做了大量深入研究[6-10]。

筆者分析比較了電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)與間接競(jìng)爭(zhēng)酶聯(lián)免疫吸附法(icELISA)檢測(cè)電鍍廢水重金屬Cd含量，icELISA法都有其自身具有高靈敏度，準(zhǔn)確，迅速，簡(jiǎn)單易操作，高通量高選擇性，檢測(cè)成本較低等優(yōu)勢(shì)。在企業(yè)自行監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)污染源例行監(jiān)測(cè)，執(zhí)法監(jiān)測(cè)中具有潛在應(yīng)用價(jià)值[11-13]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：ICP-AES 6500 DUO，美國(guó)賽默飛世爾(ThermoFisher)有限公司產(chǎn)品；酶標(biāo)儀：BioRad公司iMark Microplate Reader。

聚偏氟乙烯(PVDF)濾膜：孔徑為0.45 μm，上海君翼儀器設(shè)備有限公司；

鎘單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：100 μg/mL，北京有色金屬研究總院；

硝酸、雙氧水：優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

Cd的自制完全抗原由載體蛋白鑰孔戚血藍(lán)素(KLH)，中間化合物為雙功能螯合劑。Cd ELISA試劑盒：購(gòu)于浙江萊克生物技術(shù)公司，包含包被羊抗兔抗體的96微孔板，PBS抗體稀釋液，辣根過(guò)氧化物酶HRP標(biāo)記的Cd標(biāo)記物溶液，兔抗EDTA-重金屬抗體溶液，底物，鹽酸停止液及清洗液；

實(shí)驗(yàn)用水：Milli-Q Academic實(shí)驗(yàn)室超純水儀，美國(guó)密理博公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 ICP-OES法

等離子體發(fā)射光譜儀工作條件見(jiàn)表1，選擇信背比較高，干擾較少的Cd228.8 nm為分析譜線。采集樣品性狀為無(wú)色、透明、澄清。由于測(cè)定樣品溶解態(tài)重金屬鎘，非總鎘，因此無(wú)需經(jīng)過(guò)樣品消解，取25mL樣品經(jīng)0.45μm PVDF濾膜過(guò)濾后，加入5mlL 50%HNO3(V/V)，用超純水定容至50mL，使待測(cè)樣品與標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液進(jìn)行基體匹配，樣品制樣完畢上機(jī)待測(cè)。ICP-OES開(kāi)機(jī)預(yù)熱45min，進(jìn)去離子水，待儀器處于最佳狀態(tài)后進(jìn)行樣品分析。樣品質(zhì)量控制按照《水質(zhì) 32種元素的測(cè)定 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》HJ 776—2015執(zhí)行。

表1 等離子體發(fā)射光譜儀工作條件

1.2.2 icELISA法

根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作說(shuō)明書(shū)，具體測(cè)定步驟為：取5.0 g/L EDTA與配置的Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液混勻常溫保存?zhèn)溆?。取已包被，封閉完全的96微孔板，加入EDTA混勻的金屬標(biāo)準(zhǔn)溶液50μL；加入50μL，PBS稀釋的抗體溶液，手工震蕩孵育30min，洗滌5次吸水紙拍干；加入酶標(biāo)二抗100μL，手工震蕩孵育30min，洗滌5次吸水紙拍干，加TMB底物溶液顯色，即可加入50μL鹽酸終止反應(yīng)，在450nm下測(cè)量各微孔的光密度值。

顯色抑制率(Ir)來(lái)表征間接競(jìng)爭(zhēng)酶聯(lián)免疫吸附法測(cè)試樣品對(duì)抗體顯色效果，計(jì)算方法如式(1)。以Ir為縱坐標(biāo)，EDTA-重金屬標(biāo)準(zhǔn)濃度的對(duì)數(shù)值為橫坐標(biāo)，在半對(duì)數(shù)表中擬合ic-ELISA標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。計(jì)算每個(gè)樣品的Ir值應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)工作曲線范圍內(nèi)。若吸光值不在工作曲線范圍內(nèi)，應(yīng)取適量稀釋。

(1)

式中Amax為不含EDTA-重金屬的陰性對(duì)照OD450nm值，Asample為樣品光密度值，Amin為空白微孔光密度值。

2 結(jié)果與討論

2.1 ICP-OES與icELISA的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線與方法檢出限

依據(jù)《環(huán)境監(jiān)測(cè) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ/T 168—2010)[14]附錄A(規(guī)范性附錄)中方法檢出限的一般確定方法，取0.05、1.00、5.00、8.00、10.0、20.0mg/L的Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，各濃度樣品平行測(cè)定3次，取平均值。圖1分別繪制了ICP-OES Cd的標(biāo)準(zhǔn)曲線與icELISA Cd的半對(duì)數(shù)線性擬合方程。從圖1中可以看出，Cd相關(guān)系數(shù)rICP-OES=0.9998、rICELISA=-0.9954，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均大于0.995。取0.02mg/L低濃度標(biāo)準(zhǔn)樣品重復(fù)測(cè)定7次，經(jīng)計(jì)算Cd ICP-OES與icELISA的方法檢出限皆為0.005mg/L，測(cè)定下限0.02mg/L。

圖1 ICP-OES 與icELISA測(cè)定Cd標(biāo)準(zhǔn)曲線(a).ICP-OES 法；(b).icELISA法

2.2 icELISA與ICP-OES精密度比較

取適量100 mg/L Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液具塞比色管稀釋并定容，配成低(2.00 mg/L)、中(10.0 mg/L)、高(18.0 mg/L)3組濃度的Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液，每組濃度標(biāo)準(zhǔn)樣品重復(fù)測(cè)定6次，計(jì)算RSD值，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，icELISA與ICP-OES 測(cè)定Cd的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.20%～7.32%，0.22%～2.47%。RSD均小于10%說(shuō)明該方法精密度好。icELISA與ICP-OES兩種檢測(cè)方法比較，icELISA測(cè)定低濃度重金屬RSD較大，中、高濃度的RSD與ICP-OES法相當(dāng)。

2.3 ICP-OES與icELISA準(zhǔn)確度比較

配制100mg/L的Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液加標(biāo)回收試驗(yàn)進(jìn)行準(zhǔn)確度驗(yàn)證。取空白溶液和電鍍車(chē)間出水加標(biāo)，加標(biāo)量100μg，用樣品具塞比色管定容至100mL待測(cè)。平行測(cè)定兩次計(jì)算均值。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2，空白樣與實(shí)際廢水樣ICP-OES與icELISA Cd的加標(biāo)回收率分別在98.7%～108.3%，108%～119.3%，兩種方法均具有良好的準(zhǔn)確性。

表1 不同濃度 Cd精密度試驗(yàn)(n=6)

表2 兩種分析方法加標(biāo)回收試驗(yàn)

注：N.D.小于檢出限

2.4 實(shí)際樣品測(cè)試

本市轄區(qū)電鍍基地重點(diǎn)污染源例行監(jiān)督性監(jiān)測(cè)A、B、C車(chē)間排放口水樣溶解態(tài)Cd含量進(jìn)行icELISA現(xiàn)場(chǎng)篩查并將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室ICP-OES分析驗(yàn)證。污水處理廠排放口樣品均無(wú)色澄清，雜質(zhì)較少。所有樣品經(jīng)0.45μm醋酸纖維膜過(guò)濾后待測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，實(shí)際樣品Cd含量測(cè)定結(jié)果均小于檢出限，未超過(guò)浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(征求意見(jiàn)稿)》總鎘0.03mg/L的限值。但是，由于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行樣品消解，測(cè)定結(jié)果僅代表樣品中溶解態(tài)重金屬含量。因此，仍須將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室消解后測(cè)定確認(rèn)是否滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 實(shí)樣測(cè)試

*注：N.D.小于檢出限

2.5 ICP-OES與icELISA方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

從儀器檢測(cè)的線性范圍，靈敏度，檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)人員要求，檢測(cè)速率與成本等幾個(gè)方面比較兩種分析方法的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果如表4所示，ICP-OES屬于大型分析儀器對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與操作人員要求比icELISA高；ICP-OES設(shè)備昂貴，單個(gè)樣品分析時(shí)間約2min。因此在待測(cè)樣品數(shù)量較多的情況下，ICP-OES相對(duì)icELISA未體現(xiàn)出成本與檢測(cè)速率優(yōu)勢(shì)。相反，icELISA所需設(shè)備簡(jiǎn)單，方便攜帶，可彌補(bǔ)大型儀器在現(xiàn)場(chǎng)篩查時(shí)的短板，有利于企業(yè)開(kāi)展自行監(jiān)測(cè)，同時(shí)也有利于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境執(zhí)法與監(jiān)督篩查。

表4 ICP-OES與icELISA方法比較

3 結(jié)論

比較分析了ICP-OES與icELISA兩種分析方法測(cè)定電鍍基地車(chē)間排放口溶解態(tài)重金屬Cd。在0～20mg/L范圍內(nèi)，Cd的相關(guān)系數(shù)均大于0.995，加標(biāo)回收率在85%～125%，方法精密度、準(zhǔn)確度較好，方法檢出限0.005mg/L。icELISA的痕量檢測(cè)能力ICP-OES相當(dāng)。間接競(jìng)爭(zhēng)酶聯(lián)免疫吸附法測(cè)定電鍍基地車(chē)間排放口出水中溶解態(tài)重金屬Cd方便快捷?？梢詽M足大批量快速篩查檢測(cè)的需要。