環(huán)境水中重金屬離子的測定方法研究綜述

李春正，鄒可可

（河南省平頂山水文水資源勘測局，河南 平頂山 467000）

現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展帶來的不僅是經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，還有工業(yè)廢水廢料造成的環(huán)境污染。在廢水廢料的各項(xiàng)污染中，重金屬污染與人類生活息息相關(guān)的。新聞上頻繁報(bào)道的“毒大米”“鉛超標(biāo)”等污染現(xiàn)象都是重金屬污染引起的。重金屬污染已經(jīng)關(guān)系到人民生活的健康安全，重金屬污染事件如果放任不管下去，本身對自然環(huán)境會造成很大威脅。重金屬最有效的防治辦法一直都在緊鑼密鼓的研究當(dāng)中，環(huán)境水一直都是生物循環(huán)賴以生存的水源，一旦被重金屬污染危害是整個生物圈的安危，重金屬對環(huán)境水的污染表現(xiàn)的十分隱秘，無色無味也不會對水體表面造成任何影響。其實(shí)水體污染已經(jīng)非常嚴(yán)重，一旦被野生生物飲用或被用來澆灌農(nóng)田，會引發(fā)野生動物集體生病和農(nóng)田的農(nóng)作物集體壞死的嚴(yán)重后果。而且環(huán)境水的流動性很大，水循環(huán)會將被重金屬污染的環(huán)境水帶入到大氣層中繼續(xù)擴(kuò)大污染范圍。

防治環(huán)境水中的重金屬污染一定要注意重金屬的監(jiān)測，能夠進(jìn)行測定重金屬的方式隨著科技的進(jìn)步變得越來越多。目前應(yīng)用于環(huán)境水中重金屬測定方法的有電解法、加入化學(xué)試劑進(jìn)行重金屬沉淀、膜分離法等等，這些方法進(jìn)行多年使用總結(jié)下來有一些不足之處[1]，例如在解決重金屬污染的同時，也帶來了二次污染，并且處理工序繁雜，成本極高。有的處理方法只針對一種重金屬污染有效，為了將同一片水域的污染進(jìn)行徹底清除需要進(jìn)行多次治理，消耗大量的時間和勞動力。

因此，研究比較出適用于大部分重金屬離子測定的方式非常重要。工農(nóng)業(yè)廢水廢料直接排放在江河湖海當(dāng)中，廢水源頭雜亂，在重金屬離子的監(jiān)測有很多干擾因素。所以首先要分清環(huán)境水中重金屬污染的源頭。冶煉重金屬的廢料排放到水中會殘留鉛、砷、汞等有害物質(zhì)，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)藥和化肥產(chǎn)生的重金屬污染物質(zhì)，如果被水下的魚蝦微生物吸收，會引起大批生物死亡，破壞整個水體生態(tài)系統(tǒng)。被重金屬污染毒害的生物尸體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)再次加重環(huán)境水的污染程度，形成污染-生物死亡-污染加重-更多生物死亡的惡性循環(huán)。治理重金屬污染的前提是能夠測定出環(huán)境水中重金屬成分，本文就幾種常用的測定方法進(jìn)行概括和研究。

1 環(huán)境水中重金屬離子的測定方法

1.1 火焰原子吸收光譜測定法

火焰原子吸收光譜測定法是比較有歷史年代的測定方法了?；鹧嬖訙y定的基本原理是利用原子態(tài)火焰判別其中含有的重金屬種類，采集含有重金屬離子的環(huán)境水作為檢測樣品，為了保證重金屬檢測的精確性，檢測樣品要經(jīng)過過濾處理。測定實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)備的儀器和設(shè)備如下：

表1 儀器和試劑

在進(jìn)行檢測之間對空壓機(jī)的壓力進(jìn)行調(diào)試，壓力機(jī)的壓力應(yīng)在0.1Mpa~0.3Mpa之間，隨著檢測重金屬帶來的氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。氣流量的計(jì)算是火焰原子吸收光譜測定法的關(guān)鍵步驟，選定助燃?xì)獾臉?biāo)準(zhǔn)是確定重金屬離子和各種火焰之間的化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生的火焰一般溫度較高，在選擇助燃?xì)獾臅r候空氣和乙炔的比例是4:15。檢測重金屬離子時，助燃?xì)饬鞅３植蛔儯ㄟ^化學(xué)燃?xì)獾膩砼袛嚆~溶液的吸光度。吸收譜需要盡可能地排除測定的干擾因素，保證滿足各種重金屬離子的測定準(zhǔn)確。

1.2 原子吸收光譜法

原子吸收光譜法是利用電子對光源中波長輻射的吸收特性，吸收了光輻射的電子處于活躍狀態(tài)，由于每種元素都具有自己的譜線，可以對重金屬離子進(jìn)行定性分析。

環(huán)境水中不同重金屬離子對光的吸收率可被轉(zhuǎn)換為電子信號，重金屬離子對光源輻射的吸收是一個漫長的過程，所以光源在測定時間里不能減弱也不能偏移。在對環(huán)境水的水質(zhì)進(jìn)行分析的時候，要及時將水中的雜質(zhì)過濾出去。進(jìn)行測定重金屬離子之前要將測量儀器進(jìn)行校正，配置標(biāo)準(zhǔn)溶液的時候采用500mL以上的容量瓶，現(xiàn)用現(xiàn)配，需要添加純水進(jìn)行稀釋要采用滴加的方法[2]。測定的容器需加入硝酸溶液進(jìn)行浸泡消毒，原子吸收光譜法要求將測定試樣進(jìn)行原子化。無論原樣品的酸堿度如何，都要將其ph值進(jìn)行中性處理。在測定過程中勢必會有一些干擾因素，火焰的溫度可以消除一些化學(xué)物質(zhì)的干擾。如果雜質(zhì)不會因溫度的變化而消失，也可以對癥下藥的添加一些緩沖劑綜合反應(yīng)。在重金屬離子測定的時候，調(diào)節(jié)電離子的濃度可以消除電離子帶來的干擾。

原子吸收光譜法所采用的測定儀器不斷地改進(jìn)和發(fā)展。原子吸收光譜法容易出現(xiàn)吸光度低，對統(tǒng)一測試樣品進(jìn)行反復(fù)測試時RSD逐漸偏高的問題。此時就要檢查是不是石墨有了相應(yīng)損耗，加熱時加熱源和試樣接觸充不充分。如果有問題一定要及時更換熱源。原子吸收光譜的進(jìn)路是否產(chǎn)生泄露，儀器對測定結(jié)果具有直接性影響，出現(xiàn)零件老化和螺絲松動的情況要及時調(diào)整。光譜系統(tǒng)的燈源調(diào)節(jié)至最大亮度，可以適當(dāng)提高電流在進(jìn)行光譜的掃描。在正式進(jìn)行測定之前先進(jìn)行試運(yùn)營，看看在無測試樣品的時候光譜是否正常，電流峰值是否在正常水平。原子吸收光譜法對重金屬的靈敏度不高，可以適當(dāng)延長灰化時間，提高原子化的溫度環(huán)境。

1.3 可見分光光度法

紫外線光度是操作上最簡單的一種測定方法，可見光分光的靈敏度不高，如果樣品中的重金屬離子微乎其微容易測定不到。近來可見光分光光度法中改進(jìn)了分離法和催化劑。在二氧化硫充當(dāng)介質(zhì)的條件下，將質(zhì)量濃度為0.68%的丙烯酰胺放在測定溶液中。丙烯酰胺的分子鏈有足夠的長度，可以輕松的吸附陽離子。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置用化學(xué)計(jì)量法測定環(huán)境水中的重金屬離子。

圖1 離子交換膜裝置

如圖1所示，設(shè)計(jì)離子交換的實(shí)驗(yàn)裝置，分別將鑒別溶液和環(huán)境水測試溶液放置在實(shí)驗(yàn)裝置凹槽的兩側(cè)，鑒別溶液和測試樣品的比例大概是4:1[3]，并在兩種溶液之間放置離子交換膜用來保持交換平衡。鑒別溶液起到了緩沖作用，提高了可見分光度法對重金屬的靈敏度。可見分光光度法相較于其他方法分析速度較快，可選擇性很強(qiáng)。但是元素測定的種類不如其他兩種方法多。可見分光度法的優(yōu)勢是紫外線是可以循環(huán)利用的資源，所用的裝置和溶液很容易組裝和調(diào)配。

2 討論和展望

2.1 測定方法比較

火焰原子吸收光譜測定法相比與其他的測量方式，在環(huán)境水中測定的優(yōu)勢比較明顯。適用于大面積地進(jìn)行測定，環(huán)保相關(guān)部門可以普及這種方式，不過火焰原子吸收光譜法在進(jìn)行測定之前一定要記得將試樣的ph值控制在一定范圍內(nèi)，才能在水環(huán)境中為重金屬離子的測定創(chuàng)造條件。降低ph值一般使用硝酸鹽，硝酸鹽還可以改變水環(huán)境的結(jié)構(gòu)，使水環(huán)境變得適合重金屬原子釋放。相比其他測定方式，火焰原子吸收光譜測定法運(yùn)用在重金屬離子的測定上的時間不長。不過火焰原子吸收光譜測定法對重金屬的敏感性較高，測定精度大于其他方法。

因?yàn)楦蓴_因素總是會隨著正常測試樣品中的金屬離子一起被測定，如果外層離子的游離電子通道適合顆粒大的電子通過，其他物質(zhì)的大顆粒電子也會被當(dāng)作金屬離子一起測定。原子吸收光譜法的測定方法的優(yōu)勢就是大顆粒的離子無法通過外層電子的通道，原子吸收光譜法的干擾因素要比其他方式少很多。一般一種測定方式只能測定幾種重金屬元素，而原子吸收光譜法的測定范圍很廣泛，幾乎小電子的金屬離子都可以被次方法測定。其他方式想要將測試樣品中所有重金屬離子都測定出來需要好集中方式疊加使用。而原子吸收光譜法部件測定范圍廣，測定過程對重金屬的活潑性要求不高，即使是不活躍的重金屬也可以被檢測出來。

與火焰原子吸收光譜測定法和原子吸收光譜法的測定方法相比，可見分光度法的操作簡單，需要的儀器和試劑最少，測定重金屬離子的靈敏度處于中等水平，適用范圍比較廣。在三項(xiàng)技術(shù)中，紫外線可見分光度法的最重要元素——紫外線在室外隨處可見，是可再生光源。應(yīng)用于重金屬離子測定比較符合環(huán)保要求。但此方法測定的重金屬元素不多，不合適多種污染源頭的水源的重金屬離子測定。在該方法的基礎(chǔ)上加入利于電子吸附的元素后，紫外線可見分光度法的使用范圍變廣了，提高了重金屬測定效率。

2.2 對未來的展望

社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢必會犧牲一定的環(huán)境作為代價。城市生活垃圾堆積如山，工業(yè)廢水廢料肆意排放都是環(huán)境遭到污染破壞的原因。意識到工業(yè)發(fā)展對環(huán)境的破壞后，各大工廠的生產(chǎn)和人們的生活都開始注重環(huán)境保護(hù)，將會造成環(huán)境污染的因素都監(jiān)測出來是保護(hù)環(huán)境、治理污染的前提。分光光度法的操作比較簡單，操作所使用的儀器價格便宜，但在未改造之前對重金屬離子的靈敏度降低。改造之后又有造成二次污染的危險(xiǎn)，檢測的重金屬類型也比較少，不適于廣泛使用?；鹧嬖游展庾V測定法對重金屬的靈敏度很高，除了降低測試樣品的ph值之外也沒有添加具有酸堿性質(zhì)的化學(xué)添加劑，造成二次污染的可能性不大。原子吸收光譜法的測定方法對樣品的處理方式比較麻煩，需要的精密儀器也比較多，對水環(huán)境要求較高。三種方式都是比較常用的測定方式，都具有一定優(yōu)勢，只要多進(jìn)行研究就可能更好的運(yùn)用在重金屬離子的測定上。