現(xiàn)場快速檢測水中污染物的化工材料研發(fā)

劉 丹

現(xiàn)場快速檢測水中污染物的化工材料研發(fā)

劉 丹

（遼寧省葫蘆島市連山區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，遼寧 葫蘆島 125001）

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，我國化工行業(yè)蓬勃發(fā)展，與此同時(shí)，一系列的環(huán)境污染也接踵而至。其中，水環(huán)境污染問題最為嚴(yán)峻，不僅發(fā)生的頻率越來越高，而且危害程度也不斷上升。因此，為了探索能夠快速檢測水環(huán)境污染物的化工材料并建立起比較完善的水環(huán)境污染檢測體系，研究了三種可用于現(xiàn)場快速檢測的新型化工材料，以期為水中污染物的現(xiàn)場快速檢測提供方案參考。

水污染； 現(xiàn)場快速檢測； 紙質(zhì)微流控SERS芯片； 氰化物污染

在新時(shí)代環(huán)保理念的引領(lǐng)下，當(dāng)前我國化工企業(yè)的發(fā)展在追求經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，更加注重環(huán)保效能的提升。但是在化工企業(yè)蓬勃發(fā)展的過程中，由于技術(shù)的制約，避免不了出現(xiàn)嚴(yán)重的環(huán)境污染事件。在各種各樣的污染事件中，水污染問題的影響已經(jīng)不容忽視，不僅發(fā)生的頻率越來越高，而且危害程度也不斷上升[1]。因此，不斷探索能夠快速檢測水環(huán)境污染物的化工材料同時(shí)建立起比較完善的水環(huán)境污染檢測體系對(duì)化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

李曉?。?014）在闡述了有機(jī)生物體侵入水體之后對(duì)人類生產(chǎn)生活影響的基礎(chǔ)上重點(diǎn)介紹了化學(xué)檢測技術(shù)，不僅能測算出水中有機(jī)物的含量，同時(shí)能夠辨別出有機(jī)污染物的組分，總體上來說檢測效率高、投資成本低。

劉翠翠（2015）則發(fā)展了一種SPME和SERS聯(lián)用的方法，通過制備具有SERS活性的固相微萃取絲，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境有機(jī)污染物的快速原位分析。該研究具有簡單快速的優(yōu)點(diǎn)，更加適用于野外現(xiàn)場的原位分析。

張豐豐（2019）為了深入探究SERS技術(shù)并測量水體有機(jī)污染物亞甲基藍(lán)、孔雀石綠、甲基綠等，研究了納米銀膠基底和PDMS等離子體腔基底，并根據(jù)SERS光譜進(jìn)行定量分析，該研究進(jìn)一步豐富了SERS光譜檢測領(lǐng)域。

近幾年來隨著技術(shù)水平的提升，研究也越來越深入[2-4]。本文在了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，總結(jié)了目前針對(duì)水環(huán)境有機(jī)物污染檢測化工材料的研究進(jìn)度，進(jìn)一步研制了三種能應(yīng)用于現(xiàn)場快速檢測水環(huán)境有機(jī)物污染的化工新材料，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情況提出相應(yīng)的優(yōu)化措施建議，為建立化工行業(yè)完善的水環(huán)境污染檢測體系提供參考。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)外水環(huán)境污染現(xiàn)狀

隨著人口密度的提高，以及工業(yè)和農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，水資源短缺與水環(huán)境污染一直以來都是全球重大的水問題。一方面，生活污水未經(jīng)處理直接流入管道；另一方面，工業(yè)的廢水處理不到位就直接排放，甚至偶爾會(huì)發(fā)生泄漏事故，這些都對(duì)水體造成了嚴(yán)重的污染。國外一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家雖然在污水處理廠的建設(shè)上投入最多，但是運(yùn)行費(fèi)用壓力大，也在不斷尋求技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)中。

1.2 國內(nèi)水中污染物檢測化工材料研究現(xiàn)狀

我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的進(jìn)程雖然促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是在很大程度上也帶來了不少的環(huán)境污染問題。水污染事件發(fā)生的頻率和危害程度是所有污染問題中最高的，影響最為惡劣[5]。目前來說，我國針對(duì)水中污染物化工檢測材料的研究趨勢向好，雖然面臨的挑戰(zhàn)較多，但是隨著技術(shù)水平的提升和研究的深入，一些新型的應(yīng)用效能高的化工材料逐漸進(jìn)入大眾的視線，被應(yīng)用于實(shí)踐[6]。

圖1 某化工企業(yè)排放廢水取樣現(xiàn)場

1.3 國外水中污染物檢測化工材料研究現(xiàn)狀

國外目前已經(jīng)推出了不少針對(duì)污染物現(xiàn)場快速檢測的便攜式儀器，雖然檢測儀獲取數(shù)據(jù)速度快且準(zhǔn)確度高，但是其應(yīng)用受限于經(jīng)濟(jì)性。因此，高精密度且價(jià)格適中的便攜式檢測設(shè)備以及新型的快速檢測化工材料成為研究的重要趨勢[7]。

2 新材料的研發(fā)與應(yīng)用

2.1 氧化物快速檢測試劑盒

在化工行業(yè)水環(huán)境有機(jī)物污染種類中，氰化物是重要的一項(xiàng)污染物。氰化物是常見的帶有具毒性的化工產(chǎn)品，人體的氰化物濃度過高時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響健康甚至危及生命。氰化物水污染事件的發(fā)生會(huì)造成不可挽回的損失，因此針對(duì)氰化物建立快速檢測的方法十分重要。

表1 氰化物檢測試劑盒組成成分及規(guī)格

2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及過程

本實(shí)驗(yàn)所需材料包括氯胺、異煙酸、溴化鈉等試劑，氰化物標(biāo)準(zhǔn)溶液，WAK-CN系列氰化物檢測試劑盒以及去離子水等。本實(shí)驗(yàn)試劑的稱取所用儀器為AB104-N型電子分析天平，干燥制備的檢測世紀(jì)采用DZF-6020真空干燥箱。其余儀器還包括相機(jī)、秒表以及表面皿等常規(guī)的實(shí)驗(yàn)器材。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的流程是先制備檢測試劑，接著制備比色卡，最后開發(fā)氰化物快速檢測試劑盒。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過檢測試劑可以有效測定由氯分解的自由氰和氰化物。從測試結(jié)果來看，使用實(shí)驗(yàn)研制的氰化物檢測試劑盒對(duì)水樣進(jìn)行檢測具有比較好的重復(fù)性。其次，氰化物檢測試劑盒的抗干擾性能優(yōu)秀，抗干擾能力較強(qiáng)，目前來看可以應(yīng)用于生活污水以及工業(yè)污水的樣品分析處理。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)效能分析

總的來說，本實(shí)驗(yàn)所用檢測試劑的制備過程并不復(fù)雜，有效地控制了成本，且通過檢驗(yàn)可知試劑分解之后地溶液不會(huì)造成環(huán)境污染，清潔度高，易保存，經(jīng)濟(jì)性高，可以應(yīng)用于各級(jí)別的實(shí)驗(yàn)室預(yù)分析檢測。

2.2 Au-Ag雙金屬SERS基底

實(shí)驗(yàn)所用試劑包括硝酸銀、檸檬酸三納以及氯金酸等試劑，此外還有色譜層析濾紙。實(shí)驗(yàn)所用儀器為激光拉曼光譜儀、電子顯微鏡、高速離心機(jī)等。實(shí)驗(yàn)需要制備納米溶膠以及具有高SERS活性絲網(wǎng)印刷漿料。通過紫外-可見光譜儀以及電子顯微鏡可以對(duì)制備的金納米溶膠、銀納米溶膠以及Au-Ag雙金屬SERS基底進(jìn)行表征，可以發(fā)現(xiàn)納米顆粒均勻致密附著于纖維素濾紙上，為Au-Ag雙金屬SERS基底的重現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。此外，對(duì)一系列不同濃度的探針分子R6G的溶液進(jìn)行研究能夠更好地證明絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備的Au-Ag雙金屬SERS基底能夠很好地增強(qiáng)SERS。

2.3 紙質(zhì)微流控芯片

利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)能夠進(jìn)一步制備一種新穎的具有過濾等簡單功能的紙質(zhì)微流控SERS芯片，具有高SERS活性。實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純級(jí)別，包括硝酸銀、四水合氯金酸等，以及不同類別的濾紙。實(shí)驗(yàn)儀器采用絲網(wǎng)印刷機(jī)、光譜儀以及磁力攪拌器等。制備過程簡單且速度快，在芯片的進(jìn)樣區(qū)加入水樣即可進(jìn)行過濾等預(yù)處理。該實(shí)驗(yàn)需要結(jié)合便攜式光譜儀以實(shí)現(xiàn)對(duì)水中環(huán)境污染物的現(xiàn)場快速檢測。

圖2 實(shí)驗(yàn)室用磁力攪拌器

3 化工材料優(yōu)化措施與建議

3.1 實(shí)現(xiàn)與分析檢測技術(shù)的聯(lián)用

一個(gè)完善的水中污染物快速檢測技術(shù)體系既需要化工材料的優(yōu)化應(yīng)用，同時(shí)離不開與電化學(xué)、毛細(xì)管電泳等多種分析檢測技術(shù)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)用。一方面，在化工材料的研發(fā)方面，要不斷朝著高靈敏度、高穩(wěn)定性以及高重現(xiàn)性的方向發(fā)展；另一方面，分析檢測技術(shù)的發(fā)展對(duì)于實(shí)現(xiàn)污染物的實(shí)時(shí)檢測具有重要價(jià)值。

3.2 加大研發(fā)投入成本

雖然對(duì)于快速檢測化工材料的研發(fā)的最終意義是實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是在前期的開發(fā)研究中，相關(guān)的行業(yè)以及化工企業(yè)應(yīng)當(dāng)加大研發(fā)費(fèi)用的投入，不斷尋求更加高效能的新型化工材料。

3.3 化工企業(yè)要重視實(shí)踐應(yīng)用

為了更好地檢測化工材料研發(fā)的效果以及不同檢測方法的適應(yīng)度，企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視實(shí)踐應(yīng)用，以此促進(jìn)科研成果的轉(zhuǎn)化，將實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的化工材料通過不斷地實(shí)踐應(yīng)用并總結(jié)應(yīng)用效能，之后進(jìn)行改善和優(yōu)化。

4 結(jié) 論

本文通過實(shí)驗(yàn)提出了三種能應(yīng)用于現(xiàn)場快速檢測水環(huán)境有機(jī)物污染的化工新材料，并且分析了實(shí)驗(yàn)的具體情況和效能，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情況提出了未來的優(yōu)化方向，包括實(shí)現(xiàn)快速檢測化工材料與分析檢測技術(shù)的聯(lián)動(dòng)應(yīng)用與加大研發(fā)投入成本等，以期為我國化工行業(yè)建立完善的水中污染物快速檢測技術(shù)體系提供參考。

［1］王浩宇, 李偉, 任爭光, 等. 水中有毒污染物多指標(biāo)快速檢測儀器的研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境污染與防治, 2018, 40 (9): 1063-1067.

［2］徐榕,楊葉欣,林敏, 等.基于顯色法的紙基微流控芯片用于水中的三氮檢測[J].分析化學(xué),2020,48(9):1202-1209.

［3］張秀宇,何濤,尹華濤, 等.飲用水生物性污染物快速檢測技術(shù)研究進(jìn)展[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報(bào),2019,10(21):7253-7259.

［4］李志剛,吳勇.超快速液相色譜-熒光可變波長測定紡織廢水中酚類污染物[J].印染助劑,2018,35(8):61-64.

［5］陳展.基于快速檢測技術(shù)的VOCs污染場地修復(fù)工藝優(yōu)化[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2017,25(4):86-90.

［6］李晶,劉璐,郭會(huì)琴, 等.基于氟-氟相互作用的上轉(zhuǎn)換熒光法快速測定水中的全氟辛烷磺酸[J].分析化學(xué),2019,47(3):380-387.

［7］徐勇.水質(zhì)檢測中滴定分析法的運(yùn)用[J].能源與節(jié)能,2020(4):68-69.

Research and Development of Chemical Materials for On-site Rapid Detection of Pollutants in Water

（Environmental Protection Monitoring Station of Huludao City Lianshan District, Huludao Liaoning 125001, China）

With the development of economy and society, the chemical industry in China is developing vigorously. At the same time, a series of environmental pollution comes one after another. Among them, water environment pollution is the most serious problem, which not only occurs more and more frequently, but also causes more and more harm. Therefore, in order to explore the chemical materials that can quickly detect water environmental pollutants and establish a relatively perfect water environmental pollution detection system, three new chemical materials for rapid on-site detection were studied, which could provide some reference for the rapid on-site detection of water pollutants.

Water pollution; On-site rapid testing; Paper microfluidic SERS chip; Cyanide contamination

2020-11-16

劉丹（1980-），女，河南商丘人，工程師，碩士，研究方向：水質(zhì)檢測技術(shù)。

TQ421

A

1004-0935（2021）03-0389-03