基于光電化學(xué)分析法的危廢品重金屬離子檢測技術(shù)研究

周愛華，周繼續(xù)

（1.山東創(chuàng)業(yè)環(huán)保科技發(fā)展有限公司郯城分公司，山東臨沂 276100；2.中國科學(xué)院海洋研究所，山東青島 266071）

隨著我國工業(yè)水平的快速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)生及排放的危廢品呈爆發(fā)式增長趨勢，尤其是危廢品中的重金屬離子污染已嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境及人類健康[1-4]，因此有必要對其進(jìn)行分析、檢測，進(jìn)而制定危廢品處置措施，降低危廢品危害度，甚至將危廢品變廢為寶。而危廢品中超標(biāo)物質(zhì)含量的精確檢測及智能識別成為技術(shù)人員日常檢測工作的重難點，其檢測技術(shù)的研究也顯得尤為重要。在國內(nèi)，Xu 等[6]在利用光電化學(xué)分析法結(jié)合氮化碳實現(xiàn)微量Cu2+的選擇性檢測。Zang 等[7]利用Pb2+光電化學(xué)傳感器實現(xiàn)Pb2+離子檢測。Wen 等[8]構(gòu)建Hg2+光電化學(xué)傳感器實現(xiàn)Hg2+檢測并且在實踐中得到實際應(yīng)用。本文通過研究光電化學(xué)分析法的工作原理，結(jié)合日常工作中危廢品檢測技術(shù)要求，將光電化學(xué)分析法應(yīng)用于危廢品中重金屬離子檢測中，并與傳統(tǒng)光譜法及電化學(xué)分析法作比較，可為危廢品重金屬離子檢測提供參考依據(jù)。

1 國內(nèi)危廢品檢測技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)危廢品重金屬離子檢測技術(shù)主要有光譜法、電化學(xué)分析法。其中光譜分析法是最常見的分析方法，主要有原子吸收光譜法、紫外-可見分光光度法、原子發(fā)射光譜法、質(zhì)譜法、原子熒光法等分析方法。電化學(xué)分析法檢測成本較低，主要利用電池、溶液的化學(xué)性質(zhì)，再結(jié)合傳感器技術(shù)進(jìn)而對離子濃度進(jìn)行定量測量，因此在重離子檢測中得到廣泛的應(yīng)用，其中應(yīng)用最廣泛的主要有伏安法和電位法[5]。光譜法和電化學(xué)分析方法均很難實現(xiàn)實時在線監(jiān)測，且檢測費用較高，因此有必要研究低成本、實時監(jiān)測、操作簡單的檢測方法，以提升檢測效率和實時數(shù)據(jù)分析能力，光電化學(xué)分析法便是在這種背景下應(yīng)運而生。

2 光電化學(xué)分析法

光電化學(xué)分析法可以實現(xiàn)危廢品液體檢測的動態(tài)檢測，該方法采用的激光信號和檢測互不干擾，因此可降低彼此間干擾度，進(jìn)而提升了檢測的準(zhǔn)確度、靈敏度，因此，研究光電化學(xué)分析法在危廢品中的檢測研究具有較好的應(yīng)用前景。

2.1 工作原理

光電化學(xué)的原理主要是光電轉(zhuǎn)化，即光激發(fā)半導(dǎo)體材料促使材料產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，進(jìn)而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化。光電化學(xué)分析法即是在電化學(xué)的基礎(chǔ)上，基于光電轉(zhuǎn)換原理，通過構(gòu)建待檢樣本的光電轉(zhuǎn)換傳感器，實現(xiàn)待檢樣本的精準(zhǔn)檢測。光電轉(zhuǎn)換傳感器主要由光電轉(zhuǎn)化、生物識別兩個部分組成，光電轉(zhuǎn)化元件主要由有機(jī)或無機(jī)半導(dǎo)體材料組成[5]，光電轉(zhuǎn)換傳感器及光電化學(xué)分析法整體原理如圖1所示。

圖1 光電化學(xué)分析法檢測技術(shù)原理圖

2.2 應(yīng)用實例

隨著新型材料的快速發(fā)展，光電化學(xué)分析法的應(yīng)用得到迅速發(fā)展，基于光電化學(xué)傳感器識別元件的差異，科研工作者設(shè)計出了不同應(yīng)用領(lǐng)域的光電化學(xué)傳感器。目前，光電化學(xué)分析法在重金屬離子檢測、DNA 檢測、細(xì)胞分析檢測等醫(yī)學(xué)、生物學(xué)領(lǐng)域得到較好的推廣應(yīng)用。隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)境污染物中的重金屬離子給生態(tài)環(huán)境及人類健康帶來的危害越來越嚴(yán)重，光電化學(xué)分析法因其簡便、精確、靈敏及價格低廉等優(yōu)勢在環(huán)境污染檢測中也得到了較好的應(yīng)用及發(fā)展。Liang 等[9]基于銅離子的原位電沉積原理，利用光電化學(xué)分析法實現(xiàn)Cu 離子的檢測，該成果可用于檢測液體溶液中的重金屬離子。Wen 等[10]設(shè)計了Hg 離子的光電化學(xué)傳感器，結(jié)合光電化學(xué)分析法實現(xiàn)了Hg 離子的精準(zhǔn)檢測。

3 對比分析研究

在Hg、Cu 等重金屬離子檢測方法中，相較于傳統(tǒng)的光譜法和電化學(xué)檢測方法，光電化學(xué)分析法有其獨特的檢測優(yōu)勢。以經(jīng)濟(jì)節(jié)約性分析，光電化學(xué)分析法與電化學(xué)分析法都具有低成本、易操作等特點，光譜法較前兩者分析方法成本提升較多，且操作起來具有一定專業(yè)性。以靈敏度和選擇性分析，光電化學(xué)分析法具有較高的靈敏度和高選擇性，其特制的檢測用傳感器可以較好地提升檢測精度和提高樣本檢測的選擇性；電化學(xué)分析方法中的伏安法具有較好地靈敏度和選擇性；光譜分析法中用于檢測重金屬離子的方法較多，如原子發(fā)射光譜法具有高選擇性，但抗干擾能力較差，檢測精確度不高。以現(xiàn)場應(yīng)用性分析，光電化學(xué)分析法與電化學(xué)分析法均具有較好的現(xiàn)場應(yīng)用性，操作簡單，易于現(xiàn)場應(yīng)用；光譜法應(yīng)用性較廣，具有一定的現(xiàn)場應(yīng)用性，但光譜法大都采用細(xì)化的實驗分析檢測，現(xiàn)場應(yīng)用性較光電化學(xué)分析法和電化學(xué)分析法存在一定的不足。

4 結(jié)束語

本文分析了光電化學(xué)分析法的工作原理，提出了光電化學(xué)分析法在危廢品金屬重離子檢測中的應(yīng)用實用性，并從經(jīng)濟(jì)節(jié)約性、靈敏度和選擇性、現(xiàn)場應(yīng)用性等三個方面對重金屬離子應(yīng)用較廣的光電化學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、光譜法進(jìn)行對比分析，總結(jié)了光電化學(xué)分析法較電化學(xué)分析法、光譜法的應(yīng)用優(yōu)勢，分析表明，光電化學(xué)分析法在金屬重離子應(yīng)用檢測中操作簡單、靈敏度高、檢測裝置易構(gòu)建，可為危廢品中重離子檢測技術(shù)及制定危廢品處置措施提供依據(jù)。