環(huán)境中重金屬元素監(jiān)測全過程論述

李莉 鄒家素

摘要：近幾年，環(huán)境管理工作受到了廣泛關(guān)注，尤其是對重金屬污染的管理，因其不易降解，不僅會通過食物鏈在人體中富集影響身體健康，還會導(dǎo)致人與自然失去平衡造成環(huán)境危害。因此環(huán)境中重金屬的監(jiān)測尤為重要。本文分析了環(huán)境中重金屬的危害，并從重金屬的采樣、樣品的前處理、儀器的選擇等方面論述了重金屬監(jiān)測的全過程。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測;重金屬元素;監(jiān)測全過程

Abstract：In recent years， the environmental management work has received the widespread attention，especially the management of heavy metals pollution， It is difficult degradation ， it can enrichment in the human body through the food chain impact on health， can also lead to lose the balance between human and nature resulting in environmental hazards.So heavy metal elements monitoring in the environment is particulartly important. This paper analyzes the harm of heavy metals in the environment， and discusses the whole process of heavy metals monitoring from the aspects of heavy mental sampling， sample pretreatment and equipment selection.

Key words：Environmental monitoring;Heavy metal elements;The whole process of monitoring

在市場經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展的背景下，環(huán)境中重金屬污染越來越嚴(yán)重，它主要來源于工業(yè)污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。工業(yè)污染大多通過廢渣、廢水、廢氣排入環(huán)境，交通污染主要為汽車尾氣排放，生活垃圾如廢舊電池、破碎照明燈、沒用完的化妝品等。重金屬可以通過食物鏈，進(jìn)入人體阻礙生物大分子的重要生理功能，取代生物大分子中的必須元素，影響并改變生物大分子的功能從而影響人體的生長發(fā)育和生理代謝，另外，有研究表明重金屬元素對植物生長發(fā)育的各個階段都產(chǎn)生不利影響，亦可以對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)生直接的毒性效應(yīng)，影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量。正因?yàn)橹亟饘僭鼐哂幸赘患y降解的特性，很難建立有效且可逆的治療方案，所以重金屬的環(huán)境監(jiān)測工作尤為重要。

在環(huán)境監(jiān)測中，要結(jié)合重金屬元素的特性建立對應(yīng)的監(jiān)測計(jì)劃，有效落實(shí)完整的監(jiān)測過程，確保能提升監(jiān)測質(zhì)量，獲取有代表性的、準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果，為后續(xù)制定管理監(jiān)督政策奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文從重金屬的采樣、樣品的前處理、儀器的選擇等方面論述了重金屬監(jiān)測的全過程。

1 樣品的采集

監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在一定程度上取決于能否采集到有效的樣品，其是對分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)籌分析和綜合監(jiān)管，合理判定分析研究對象最為基礎(chǔ)的要求。

1.1 采樣點(diǎn)位及采樣頻次的選擇

要保證現(xiàn)場采集的樣品具有一定的代表性，前期應(yīng)針對樣本的來源以及周圍的環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場踏勘、資料查閱等，了解其生態(tài)環(huán)境，從而制定適宜的、具有針對性的采樣方案，必要時可以進(jìn)行預(yù)采樣。在實(shí)際操作過程中，必須按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。當(dāng)將固體污染物或土壤作為研究對象時，由于其樣品的不均一性，需根據(jù)地域環(huán)境的差別，對多個地方進(jìn)行取樣，根據(jù)實(shí)際需求，制定單元采集的方式。將空氣和廢氣中重金屬元素作為研究對象時，盡量以無風(fēng)天氣以及常溫天氣為主。而在雨天以及大風(fēng)天不僅僅是增加了采樣難度，還需對對重金屬大氣污染情況展開多元化分析。另外，根據(jù)樣本濃度，確定采樣時間以獲得區(qū)別于本底的有效樣品尤為重要。而采樣頻次則應(yīng)針對不同的采樣內(nèi)容，以較低采樣頻次獲得較為完整的監(jiān)測數(shù)據(jù)為原則來確定。

1.2 樣品容器的選擇

針對不同介質(zhì)中的重金屬監(jiān)測，存儲容器也存在差異。水樣中金屬元素的測定所用的采樣容器一般為聚乙烯瓶，土壤或固體樣品一般用聚乙烯袋，對于大氣顆粒物中重金屬元素的分析，應(yīng)根據(jù)測試金屬元素選擇相應(yīng)的吸收液或不同材質(zhì)的吸附濾膜、濾筒。其樣本的保存需選擇密閉性較好的容器，能夠有效防止樣本與外界空氣等物質(zhì)接觸。使用前均需對容器進(jìn)行全面清潔。

綜上所述，樣品的采集要結(jié)合重金屬含量以及規(guī)范化操作技術(shù)進(jìn)行監(jiān)管，夯實(shí)樣本采集應(yīng)用基礎(chǔ)，并要建立質(zhì)量監(jiān)督模式，維護(hù)結(jié)果準(zhǔn)確性和精確度。

2 樣品的前處理

要想保證環(huán)境監(jiān)測中重金屬元素分析的準(zhǔn)確度，應(yīng)對水和廢水、固體以及氣體介質(zhì)中的樣品進(jìn)行針對性處理，確保不同樣品中目標(biāo)元素能完全溶出檢測。

2.1 水和廢水樣品處理

根據(jù)監(jiān)測目的不同，可分別測定可溶性金屬元素含量和全量。可溶性金屬元素利用孔徑為0.45μm濾紙予以過濾處理，加入適量的硝酸溶液，使pH<2，待測金屬元素能有效溶解在溶液中。金屬全量量一般對應(yīng)的氯化酸消解處理綜合試驗(yàn)分析。消解過程是前處理中關(guān)鍵步驟，因此需對消解過程中的具體流程進(jìn)行綜合監(jiān)督，優(yōu)化處理控制效果。

2.2 固體樣品處理

在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)獲取重金屬固體樣品后，就要進(jìn)行相應(yīng)的樣品制備。采集的樣品風(fēng)干后，剔除其中的砂礫、碎石、植物殘?bào)w等，然后通過四份法取樣，利用研磨工具對樣品進(jìn)行粗磨、細(xì)磨后制備成100目土壤樣品用于金屬元素的分析。樣品需測定浸出態(tài)時，根據(jù)測定目的依據(jù)HJ/T299、HJ/T300、HJ557等標(biāo)準(zhǔn)方法對樣本添加相應(yīng)的浸提劑進(jìn)行處理，以獲對目標(biāo)元素待測溶液。需測定樣品中全量金屬元素時，需借助各種酸在高溫環(huán)境下，破壞土壤晶格結(jié)構(gòu)和土壤中的有機(jī)質(zhì)成分，溶出土壤中的重金屬。常用的消極體系有：硝酸-氫氟酸-濃硫酸、王水-高氯酸、鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，需根據(jù)不同的固體或土壤性質(zhì)和測定的元素選擇不同的酸體系以達(dá)到較好的消解目的。

2.3 固定污染源廢氣和空氣中采集樣品處理

固定污染源廢氣和空氣中重金屬含量的分析，樣品用濾筒或?yàn)V膜進(jìn)行采集吸附，其前處理多采用加酸后，用超聲浸提或用高溫消解，其方法和原理類似于固體樣品的前處理。

3 常用的前處理儀器

3.1 超聲浸提

利用大功率超聲消解儀進(jìn)行超聲處理，時間一般控制在1h之內(nèi)，靜置24h取上清液進(jìn)行分析處理。需要注意的是，超聲消解多輔助于其他的消解方法作用于樣品的處理，相較于傳統(tǒng)前處理方式能有效縮短消解時間，并且能提升消解效率，加之這種處理方式的操作效果較為簡單，因此應(yīng)用范圍較為廣泛。

3.2 電熱板消解

電熱板設(shè)備簡單易得，危險性小，適用于多種類型的樣品大批量的消解，因此其應(yīng)用最為廣泛，但其消解時間長、酸用量較大，存在加熱不均勻的問題。

3.3 微波消解

借助高溫高壓的處理方式對密閉消解罐等進(jìn)行綜合分析，其消化在密封狀態(tài)下進(jìn)行，試劑無揮發(fā)損失、減少了試劑用量，降低了環(huán)境危害，特別是對于一些易揮發(fā)組分如砷、硒、汞的測定，提高了分析準(zhǔn)確度。但微波消解不適合大批量樣品的分析，且存在部分消解位置消解不完全的現(xiàn)象。

3.4 全自動石墨消解

加酸、趕酸以及加熱定容等方式能實(shí)現(xiàn)全程自動化，加熱均勻、樣品污染小、操作簡單、可處理大批量樣品，減少實(shí)驗(yàn)室人員的勞動成本，降低試劑對人員的危害程度。

以上所有前處理方式的消解容器必須保持清潔，避免因反復(fù)使用附著在容器壁上的殘留物不易清洗，而帶來的外源性污染，特別是具有一定深度的微波消解管，更應(yīng)通過酸浸泡24h以上或加酸同樣品消解的全程序清潔消解管，在下次使用之前確認(rèn)消解容器內(nèi)無肉眼可見附著物。除此之外，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件、監(jiān)測的重金屬項(xiàng)目，選擇高效的簡便前處理方式，以提高監(jiān)測效率。

4 測試儀器的選擇

重金屬測定常用的儀器有電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、原子吸收分光光度儀等，根據(jù)監(jiān)測目標(biāo)元素、質(zhì)量管理目標(biāo)、儀器的檢出限、靈敏度等選擇相應(yīng)的測試儀器。比如砷、汞除了可以選擇ICP、ICP-MS外，還可以選擇原子熒光光度儀，或測汞儀?，F(xiàn)在X射線熒光光譜儀，因其不需要對土壤樣品進(jìn)行前處理，測定簡單高效也逐漸應(yīng)用于土壤重金素元素的測定。

5 結(jié)語

總而言之，重金屬的污染監(jiān)測是生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管控的重要方面，結(jié)合國家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化從采樣到分析的全過程，保證環(huán)境監(jiān)測工作的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，建立更加有效的重金屬污染防范和治理方案，為保護(hù)環(huán)境和健康安全管理工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。

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收稿日期：2020-04-14

作者簡介：李莉（1979-），女，漢族，本科學(xué)歷，副高級工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測。