環(huán)境水質(zhì)分析中重金屬檢測技術(shù)的應(yīng)用

李如圓

（山東省濟寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 濟寧 272000）

近些年，隨著工業(yè)企業(yè)的快速發(fā)展，對我國社會經(jīng)濟的發(fā)展有著很好的促進作用，但是相應(yīng)的對環(huán)境質(zhì)量也產(chǎn)生了非常大的影響，特別是對環(huán)境水質(zhì)有著很大的污染，大量的工業(yè)廢水排放到河流當(dāng)中，對人們的生活質(zhì)量有著很大的影響，因此就需要強化環(huán)境水質(zhì)分析當(dāng)中重金屬檢測的力度。重金屬檢測技術(shù)種類呈現(xiàn)多樣化，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)比較費時費力，并且檢測結(jié)果和實際的現(xiàn)場檢測結(jié)果差異很大，參考意義不大。隨著重金屬檢測技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，能夠很好的為環(huán)境水質(zhì)分析工作提供良好的數(shù)據(jù)信息，對檢測工作進行輔助，將水污染處理效果有效提升。本文主要就對環(huán)境水質(zhì)分析中重金屬檢測技術(shù)的應(yīng)用相關(guān)方面進行分析和探討[1]。

1 重金屬水質(zhì)污染現(xiàn)狀

水質(zhì)中的重金屬主要來源于工業(yè)廢水，隨著工業(yè)的快速發(fā)展以及城市化進程的加快，越來越多含有重金屬的工業(yè)廢水和生活污水未經(jīng)處理就排人自然水體中，造成了嚴重的水體污染。例如，木材加工業(yè)會產(chǎn)生含砷廢水;無機顏料制造業(yè)會產(chǎn)生含鉻和鎘的廢水，還有印刷、電路板、電鍍、金屬處理等行業(yè)。這些行業(yè)產(chǎn)生的含大量重金屬的廢水是一類對生態(tài)環(huán)境和公眾健康危害極大的廢水，尤其是隨著工業(yè)行業(yè)的不斷發(fā)展，重金屬的產(chǎn)量也在相應(yīng)的不斷增加，如果沒有合理控制，對于環(huán)境所造成的威脅往往是非常難以估量。

2 重金屬水質(zhì)檢測的重要性分析

2.1 重金屬的危害

重金屬會造成蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的變化，從而對組織細胞功能有所影響，使得人會出現(xiàn)中毒的情況。最為重要的就是，重金屬若是進入到河流和土壤，很難被生物所降解，在種植物體內(nèi)不斷累積，若是被人所食用，往往可能使得人產(chǎn)生重金屬中毒的情況。重金屬也會在人體當(dāng)中的某些器官中累積，導(dǎo)致慢性中毒，對于人們的生命健康有著很大的影響。比如，鎘可在人體的肝、腎等器官組織中蓄積，造成各器官組織的損傷。又如1953年至1961年，發(fā)生在日本的水俁病事件，無機汞在海水中轉(zhuǎn)化成甲基汞，被魚類、貝類攝入累積，經(jīng)過食物鏈的生物放大作用，當(dāng)?shù)鼐用袷秤煤笾卸尽?/p>

水環(huán)境污染中的重金屬污染就是一種常見問題，且難以對其進行有效處理，使得這些污染物隨著食物鏈進入到人體，對我國人民的身體健康產(chǎn)生較大威脅。雖然水環(huán)境能夠?qū)Σ糠值奈廴疚镔|(zhì)進行自主凈化，但是在重金屬污染超標的情況下，與這些污染后水質(zhì)接觸的動植物都會受到侵害，難以保證整個生態(tài)環(huán)境的平衡性。

2.2 重金屬檢測在環(huán)境保護中的作用

2.2.1 保障用水安全

目前水庫、湖泊及河流是我國人民日常用水的主要來源，將重金屬水質(zhì)檢測技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境水質(zhì)分析中，可以幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)其中存在的重金屬污染問題，確認重金屬污染是否超標，進而采取合理的措施進行處理，在提高環(huán)境水質(zhì)分析工作效率的同時，保障我國人民的用水安全[2-4]。

2.2.2 水體重金屬污染監(jiān)督治理的前提和依據(jù)

在工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展背景下，環(huán)境水質(zhì)中的重金屬污染超標問題頻繁出現(xiàn)，若無法及時對其進行處理，勢必會造成永久性的環(huán)境破壞，使得周邊的生態(tài)環(huán)境也受到較大影響。充分發(fā)揮重金屬水質(zhì)檢測在環(huán)境水質(zhì)分析中的作用，可以幫助工作人員找出重金屬污染源，進而對其進行嚴格控制，確保工業(yè)廢水的達標排放，實現(xiàn)降低重金屬污染、保護生態(tài)環(huán)境的目的。

2.2.3 提高準確度，彌補傳統(tǒng)檢測技術(shù)的不足

在應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)進行環(huán)境水質(zhì)分析的時候，難以充分了解環(huán)境水質(zhì)中的重金屬，使得環(huán)境分析結(jié)果的準確性無法得到保障，最終影響到后續(xù)環(huán)境保護工作的順利開展。但是將重金屬水質(zhì)檢測技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境水質(zhì)分析中，可以彌補傳統(tǒng)檢測技術(shù)的不足，提供可靠的數(shù)據(jù)支持，從而保證環(huán)境水質(zhì)分析的準確性，實現(xiàn)對水質(zhì)的有效控制。

3 環(huán)境水質(zhì)分析中重金屬檢測技術(shù)具體應(yīng)用

3.1 熒光法

熒光是指一種光致發(fā)光的冷發(fā)光現(xiàn)象。若是某種常溫物質(zhì)通過紫外線或者X射線進行照射之后，吸收光會進入到激發(fā)態(tài)，同時及時發(fā)出比入射光波光更長的出射光，入射光若是停止，發(fā)光情況也會消失。對于這種性質(zhì)的出射光就稱之為熒光。熒光法作為一種較為先進的分析方法，其特點主要就是靈敏度較高，如污水中汞含量可以檢測到10-10克，銀含量可以檢測到10-10克。其次，熒光法的選擇性強。因為熒光光譜既包括發(fā)射光譜又包括激發(fā)光譜，所以可以有多種選擇。另外，由于它操作相對簡單，因此該方法在我國水質(zhì)分析中的應(yīng)用也較為廣泛。熒光分析法的操作原理與分光光度法相似，比如水質(zhì)檢測人員如果要對常溫狀態(tài)下的水質(zhì)進行重金屬檢測，首先需要將特定光線射入被檢測水質(zhì)中，經(jīng)過光線照射作用，水質(zhì)中某些重金屬元素會變得異常活躍，活性提高，重金屬元素因子狀態(tài)將從靜態(tài)轉(zhuǎn)變成激發(fā)動態(tài)，穩(wěn)定性降低，等到它再次恢復(fù)到基本狀態(tài)時，便會射出出射光，這就是檢測時所需的熒光。得到熒光后，檢測人員就可以對其進行光譜分析了，從而得出水質(zhì)中重金屬元素所含種類及具體含量等信息。采用熒光法對水質(zhì)進行檢測時，常用到以下幾種熒光發(fā)射物：納米材料、量子點、熒光染料。這些物質(zhì)對重金屬具有較大的反應(yīng)，重金屬含量越高，反應(yīng)效果越明顯，這樣也越有利于檢測人員對水質(zhì)中的重金屬元素做出準確的分析和判斷。

3.2 電化學(xué)分析法

電化學(xué)分析法是儀器分析的重要組成部分，它是根據(jù)溶液中待測物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)和變化規(guī)律，在電導(dǎo)、電位、電量、電流等電學(xué)量與被測物質(zhì)某些量之間的計量關(guān)系的基礎(chǔ)之上所建立的，對組分進行定量和定性的儀器分析法，也稱為電分析化學(xué)法。電化學(xué)分析法主要具有以下特點：①準確度高，比如電解分析法和庫侖分析法，前者適合高含量成分測定，后者適合微量成分測定；②靈敏度高，最低分析限度可達到10mol/L～12mol/L；③儀器設(shè)備簡單，操作、調(diào)試也很方便，容易實現(xiàn)自動化，而且價格也比較低廉；④測量范圍寬泛，如果是微量組分測定，可采用微庫侖分析法、電位分析法，如果是中等含量組分或者純物質(zhì)分析，可以采用電容量分析法、電解分析法。由此可見，采用電化學(xué)分析法來檢測水質(zhì)中重金屬含量，不僅可以節(jié)約技術(shù)成本，而且還可以保證檢測結(jié)果的真實、可靠。例如，采用伏安法分析水質(zhì)重金屬含量，不會對水質(zhì)造成二次污染，而且方法安全，抗干擾能力也較強。電化學(xué)方法與其他檢測方法相比，它能夠準確檢測出水質(zhì)中游離的離子，同時還可以有效避免鹽分對檢測結(jié)果的影響，使環(huán)境水質(zhì)分析報告更加全面、科學(xué)。目前，該方法還與大數(shù)據(jù)技術(shù)進行了結(jié)合，建立了重金屬水體污染數(shù)據(jù)池，形成特定水質(zhì)檔案，對未來水質(zhì)環(huán)境治理工作開展創(chuàng)造了便利條件。

3.3 ICP-MS分析法

電感耦合等離子體質(zhì)譜，即ICP-MS，它以獨特的接口技術(shù)將ICP的高溫電離特性與四級桿質(zhì)譜儀靈敏快速掃描的優(yōu)點相結(jié)合，形成了一種新型的元素和同位素分析技術(shù)。在分析能力上，它可以取代傳統(tǒng)的電感耦合等離子體光譜、石墨爐原子吸收光譜、火焰原子吸收光譜等分析技術(shù)。ICP-MS可以用于物質(zhì)試樣中一個或多個元素的定性、半定量和定量分析：ICP-MS可以測定的質(zhì)量范圍為3～300原子單位，分辨能力小于1原子單位，能測定周期表中90%的元素，標準偏差為2%～4%，每元素測定時間10秒，非常適合環(huán)境水質(zhì)分析中多種重金屬的同時測定分析。它的工作原理是：所需要分析的樣品一般通過水溶液的氣溶膠方式引入到氬氣流當(dāng)中，繼而進入到由射頻能量激發(fā)的處于大氣壓下的氬等離子體中心區(qū)；等離子的高溫使樣品蒸發(fā)、氣化解離、原子化、電離；一些等離子體通過不同的壓力進入到真空系統(tǒng)中；檢測器對離子有效的轉(zhuǎn)化為電子脈沖，繼而由積分測量線路進行計數(shù)；電子脈沖大小和樣品分析離子的濃度有直接的關(guān)系，采用和已知的標準或者參與物質(zhì)進行對比分析，以此來對未知樣品當(dāng)中的重金屬元素實施定量的分析。

3.4 生物化學(xué)分析法

在重金屬檢測技術(shù)中，生化方法也十分重要。當(dāng)前在重金屬檢測技術(shù)中運用的生化方法可分為免疫分析方法和酶分析方法兩種。其中免疫分析方法是利用水中重金屬物質(zhì)可以與結(jié)合物相結(jié)合，并產(chǎn)生特異反應(yīng)的特性，對水中存在的重金屬的數(shù)量進行確定，再以計算出的重金屬數(shù)量為基礎(chǔ)，進行相關(guān)清理工作。而酶分析方法的主要原理是利用水中的重金屬會與酶產(chǎn)生反應(yīng)的特點，使所加入酶的中心筑基與重金屬中所含離子相結(jié)合，大大減少酶的活性，在反應(yīng)完全后再由專業(yè)人員對顏色、酸堿程度以及導(dǎo)電能力的改變進行測定及分析，由此達到監(jiān)測水中重金屬含量及范圍的目的，便于專業(yè)人員對水質(zhì)進行更加徹底的恢復(fù)工作。

3.5 原子吸收法

原子吸收分光廣度法的優(yōu)點比較顯著，其檢測時間短以及準確性比較高，有著良好的靈敏性，主要就是檢測操作方式比較簡單，自身抗干擾能力較強，導(dǎo)致整體檢測結(jié)果準確性非常的高。因此，原子吸收法在重金屬檢測中有著很大的應(yīng)用空間，使用價值也是非常的高。原子吸收法當(dāng)中使用效率比較高的就是火焰原子吸收分光光度法，在應(yīng)用當(dāng)中需要重視以下三個方面的問題。首先，在水樣品進行處理中，若是樣品的差異比較大，在對檢測方式的選取中需要對其合理性和適用性進行重視。水樣品當(dāng)中若是沒有沉淀以及懸浮物，對樣品就可以直接實施檢測。水樣品當(dāng)中若是有泥沙，就需要首先通過離心沉淀過濾等，這樣才能夠?qū)χ亟饘贆z測準確度提升，避免在檢測工作中對儀器設(shè)備產(chǎn)生損傷。其次，加強對火焰吸光度穩(wěn)定性的提升。針對水樣品當(dāng)中較為活潑的金屬元素實施檢測中，相對于火焰吸收光度儀穩(wěn)定性有著很高的要求，保證預(yù)熱時間能夠充分。確保燃氣在符合要求的基礎(chǔ)上，做好定期檢測工作，避免產(chǎn)生測量誤差的情況出現(xiàn)，甚至?xí)形ｋU情況出現(xiàn)。最后，需要將測量明敏度不斷提升。在水質(zhì)重金屬檢測中，需要保證儀器設(shè)備性能符合要求，需要測量元素特征的穩(wěn)定性，選取合理的測量基礎(chǔ)條件等。比如，燃燒頭的高度，狹縫的寬度以及燈電流能量等，使得儀器設(shè)備狀態(tài)保持最佳。在實際的檢測中，需要認真仔細，保證準確性符合要求。

3.6 液相色譜分析法

在現(xiàn)階段水質(zhì)檢測當(dāng)中，液相色譜分析法應(yīng)用非常的廣泛，并且效果也比較好，最為顯著的特點就是分離效果比較高，采用液相色譜分析法可以對水質(zhì)環(huán)境中多種重金屬實施檢測，對重金屬的分布以及范圍可以很快的分析出來，但是這種方式自身的明敏度比較差，在實際的檢測工作落實中，工作人員通常會將其和其他檢測方法結(jié)合起來實施檢測，這樣可以保證液相色譜分析法自身分離高效的基礎(chǔ)上，對其靈敏度不高的缺點進行彌補，以此將重金屬檢測的質(zhì)量以及效率可以提升。目前，對于這項技術(shù)也在不斷的加強完善，在水質(zhì)檢測中，首先通過離子色譜分析法進行測定，在對其改良后的陽離子交換柱可以對電導(dǎo)抑制進行檢測，可以在很短的時間當(dāng)中獲得相關(guān)的檢測數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，水資源污染問題的解決迫在眉睫，未來我國相關(guān)部門在對資源檢測技術(shù)進行提高的同時，應(yīng)注意保護水資源，減少污染，特別是降低工廠排放物對水資源的影響，提高生產(chǎn)技術(shù)，減少有害物質(zhì)的排放，進一步促進我國社會綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展[5]。