水質(zhì)重金屬分析檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

謝志超

［廣州市水務(wù)科學(xué)研究所（掛廣州市二次供水技術(shù)咨詢服務(wù)中心牌子），廣東 廣州 510000］

0 引言

我國(guó)發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)支柱之一就是工業(yè)，它不僅推動(dòng)著城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也推動(dòng)著社會(huì)的現(xiàn)代化建設(shè)，但是同時(shí)，工業(yè)也為城市的建設(shè)和人類(lèi)的居住生存帶來(lái)了不可估量的污染。由于水中含有過(guò)多的重金屬，這對(duì)水質(zhì)造成了及其嚴(yán)重的污染，水質(zhì)變差，并且影響到居民的用水問(wèn)題，甚至影響到居民的身體健康，所以在工業(yè)發(fā)展的同時(shí)，我們還要注重環(huán)境的治理，其中就必須要做好水質(zhì)管理工作，分析水質(zhì)、檢測(cè)重金屬含量、降低重金屬含量等等，提高治理污水效果。

1 水質(zhì)檢測(cè)的必要性

1.1 進(jìn)行水源環(huán)境重金屬污染檢測(cè)的意義

在水源環(huán)境污染當(dāng)中，最常見(jiàn)的就是重金屬含量過(guò)高的重金屬污染，并且在大部分的工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)中，都會(huì)存在重金屬污染，而為了對(duì)工業(yè)用水進(jìn)行排放，這類(lèi)企業(yè)工廠附近大多都有水源。在水中難以去除重金屬元素，因此我們首先應(yīng)該要做的就是從源頭上阻止重金屬的流入，管控工業(yè)生產(chǎn)的污水廢水排放現(xiàn)象，以保證附近居民生活用水和農(nóng)業(yè)用水安全。

1.2 水源環(huán)境中重金屬污染問(wèn)題的特征

重金屬污染水源的因素多種多樣，但是首當(dāng)其沖的是重工業(yè)工廠及生產(chǎn)企業(yè)。這一類(lèi)企業(yè)會(huì)向周?chē)磁欧殴I(yè)廢水污水，排放出的工業(yè)廢水中含有大量的重金屬，尤其是印刷產(chǎn)業(yè)和冶金產(chǎn)業(yè)，是目前排放污水中重金屬含量較高的企業(yè)。相關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)對(duì)這些企業(yè)的工業(yè)廢水排放做好管控，提高污水處理技術(shù)，以保證水源的安全問(wèn)題。

2 目前水源環(huán)境的重金屬檢測(cè)的不足

2.1 相關(guān)部門(mén)輕視水質(zhì)重金屬檢測(cè)

眾所周知，干凈的水源是人類(lèi)生存必不可少的條件之一，而人們一直對(duì)水資源的環(huán)境也極為關(guān)注，但是在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，相關(guān)部門(mén)輕視重金屬的檢測(cè)力度，而且在大部分的重金屬檢測(cè)過(guò)程中，很多檢測(cè)部門(mén)的工作并沒(méi)有做到十分嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)于水質(zhì)重金屬含量是否超標(biāo)的分析以及標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于死板不夠靈活。在具體的水質(zhì)重金屬檢測(cè)分析中，首先要做到具體問(wèn)題具體分析，然而，在實(shí)際過(guò)程中，檢測(cè)人員并沒(méi)有實(shí)際考察水源附近的情況，也沒(méi)有與當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)部門(mén)進(jìn)行了解，進(jìn)而沒(méi)有做到全面具體的分析，僅僅只是檢測(cè)了某一水源中的重金屬含量，并沒(méi)有找到重金屬排放的源頭。

2.2 重金屬檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備過(guò)于傳統(tǒng)和老舊

隨著我國(guó)綜合實(shí)力的不斷提高，科學(xué)技術(shù)也不斷發(fā)展，很多設(shè)備已經(jīng)能夠跨行業(yè)的使用，但是目前針對(duì)水質(zhì)重金屬檢測(cè)的機(jī)構(gòu)中，仍然有大部分機(jī)構(gòu)在使用著老舊傳統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，或者根據(jù)人為的經(jīng)驗(yàn)方式以及觀測(cè)方式大致對(duì)結(jié)果進(jìn)行判斷。較為傳統(tǒng)的檢測(cè)機(jī)器已經(jīng)不符合當(dāng)今科技潮流的發(fā)展，而人為的觀測(cè)方式更降低了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，嚴(yán)重影響對(duì)水質(zhì)檢測(cè)的效率以及結(jié)果。所以首先要運(yùn)用先進(jìn)的檢測(cè)儀器設(shè)備，由專(zhuān)業(yè)人士根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)踐操作，不僅僅是檢測(cè)的儀器，檢測(cè)的技術(shù)也應(yīng)緊跟科技的發(fā)展。而針對(duì)不同的企業(yè)以及工廠要使用不同的檢測(cè)設(shè)備，并配備不同的標(biāo)準(zhǔn)，要根據(jù)實(shí)際情況的變化而變化。面對(duì)不同產(chǎn)業(yè)的不同產(chǎn)品中金屬超標(biāo)的現(xiàn)象，也要根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，使用精確的儀器對(duì)水質(zhì)進(jìn)行技術(shù)檢測(cè)，這樣才能增強(qiáng)結(jié)果的可行度和可信度[1]。

3 環(huán)境水質(zhì)檢測(cè)的必要性

3.1 人類(lèi)生存的健康與否取決于水資源的保護(hù)

水資源的質(zhì)量決定著人類(lèi)生存的健康狀況，同時(shí)也影響著我國(guó)生態(tài)資源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。相關(guān)管理人員定時(shí)對(duì)水資源進(jìn)行檢查和監(jiān)測(cè)，有助于檢測(cè)水中含有的化學(xué)物質(zhì)和重金屬含量，再通過(guò)對(duì)比相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)做出判斷并制定解決方法，以此來(lái)保護(hù)和改善水質(zhì)，而對(duì)于水環(huán)境的治理也能在一定程度上維護(hù)生物的多樣性發(fā)展，并恢復(fù)生態(tài)發(fā)展建設(shè)。要想全面地對(duì)當(dāng)代水環(huán)境中的成分做出詳盡的、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，這就要依靠環(huán)境檢測(cè)方式，同時(shí)為環(huán)境保護(hù)建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 監(jiān)測(cè)也是保護(hù)的一種方式

目前對(duì)水質(zhì)進(jìn)行保護(hù)的直接方法是對(duì)水質(zhì)進(jìn)行環(huán)境的監(jiān)測(cè)，它能夠遵循當(dāng)代社會(huì)發(fā)展可持續(xù)發(fā)展的原則，然而對(duì)水資源的監(jiān)測(cè)主要目的就是對(duì)水樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。通過(guò)分析檢測(cè)出水質(zhì)中含有的金屬以及其他物質(zhì)的含量的數(shù)據(jù)，對(duì)比相關(guān)水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，我們更能夠檢測(cè)出水質(zhì)的質(zhì)量，而水指標(biāo)就是水的純度標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，我們不能夠僅僅依靠水指標(biāo)，也就是水的純度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水樣進(jìn)行判斷，還有對(duì)水樣中含有的物質(zhì)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)（檢鋇），這種檢測(cè)就包括了，對(duì)金屬含量金屬的性質(zhì)以及微生物性質(zhì)和含量的檢測(cè)。也就是說(shuō)，水的純度標(biāo)準(zhǔn)只是檢驗(yàn)的一種標(biāo)準(zhǔn)模式，它并不能夠代表該水樣是否符合建設(shè)需求。然而通過(guò)對(duì)水環(huán)境的檢測(cè)活動(dòng)，檢測(cè)人員更加能夠了解水環(huán)境的基本情況。

3.3 工業(yè)在帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也帶來(lái)了環(huán)境問(wèn)題

隨著科技的發(fā)展以及工業(yè)化進(jìn)程的推動(dòng)，工業(yè)在為人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)巨大效益的同時(shí)，也帶來(lái)了環(huán)境的問(wèn)題，尤其是當(dāng)工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，將含有金屬的廢水排放到附近的水源，終將導(dǎo)致大面積的水污染。水是人類(lèi)進(jìn)行一切生產(chǎn)活動(dòng)的源泉，當(dāng)水的質(zhì)量下降時(shí)，也會(huì)影響到人的正常生活。在水環(huán)境中，工業(yè)排放出廢水中含有的重金屬，并不能自動(dòng)地進(jìn)行沉降，反而均勻分布在水樣中，隨著時(shí)間的推移不斷加重，出現(xiàn)富集的現(xiàn)象。在這一不斷累積的過(guò)程中，給水環(huán)境帶來(lái)了很大的威脅，間接地威脅著人類(lèi)的生存，影響著水生態(tài)的平衡，進(jìn)而影響自然界的平衡。通俗的說(shuō)，就是不但會(huì)影響到水中生物的生存條件，進(jìn)而也會(huì)影響到人類(lèi)的生活條件，即水中含有的重金屬將會(huì)通過(guò)食物鏈的形式堆積到人體中，對(duì)人類(lèi)的生命造成這嚴(yán)重的安全隱患。重金屬具有獨(dú)特的特性和隱藏的特點(diǎn)，人們根據(jù)現(xiàn)有的知識(shí)和技術(shù)，很難對(duì)重金屬進(jìn)行完全清理，因此，在長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展過(guò)程中，人們研究出了許多監(jiān)測(cè)方式以及處理的技術(shù)，以此對(duì)待重金屬。利用研究出的這些方法對(duì)水環(huán)境中的金屬進(jìn)行檢測(cè)，可以提高判斷重金屬的含量和性質(zhì)的效率，同時(shí)，也為人與自然的平衡以及可持續(xù)發(fā)展提供保障[2]。

4 重金屬檢測(cè)技術(shù)在環(huán)境水質(zhì)分析領(lǐng)域中的應(yīng)用

4.1 電化學(xué)法

在實(shí)際操作過(guò)程中，依據(jù)物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)，找尋物質(zhì)的含量和它的組成結(jié)構(gòu)，就叫做電化學(xué)分析法。該方法形成化學(xué)電池，而其中最重要的組成部分就是試液，完成相關(guān)的測(cè)量工作需要依據(jù)化學(xué)電池的電導(dǎo)、電流等電學(xué)參數(shù)以及和水質(zhì)濃度之間的相互關(guān)系，這就需要操作人員詳細(xì)、仔細(xì)地測(cè)量和記錄，而電化學(xué)分析法的工作原理就是測(cè)定某物質(zhì)發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)電池以及電化學(xué)反應(yīng)，包含著溶出伏安法、電位分析法以及伏安滴定法等方法，這些方法在水環(huán)境水質(zhì)分析中，具有較高的使用價(jià)值。在測(cè)量飲用水和海水中，重金屬的含量是最常用的是溶出伏安法，得到的結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)，檢測(cè)出重金屬物質(zhì)含量具有極高的效率?；陔娀瘜W(xué)分析技術(shù)的重金屬離子在線檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法如圖1 所示。

圖1 基于電化學(xué)分析技術(shù)的重金屬離子在線檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法

4.2 流動(dòng)注射分析法

所謂流動(dòng)注射法，就是將某種相應(yīng)體積的樣品注射道具有一定流速的流動(dòng)載體中，當(dāng)它通過(guò)反射器的時(shí)候，載體與樣品之間可以混合在一起發(fā)生反應(yīng)再?gòu)臋z測(cè)器中流出，進(jìn)而開(kāi)始檢測(cè)，并且能夠通過(guò)特定的儀器對(duì)峰形進(jìn)行分析，這種技術(shù)說(shuō)明與重金屬檢測(cè)相關(guān)的技術(shù)將朝著自動(dòng)化的方向發(fā)展。而在實(shí)際檢驗(yàn)重金屬含量的過(guò)程中，不僅可以提高工作的效率，也能夠?qū)?fù)雜的程序簡(jiǎn)單化，將成分復(fù)雜的單元簡(jiǎn)化處理。處理完成之后，試劑會(huì)合流到流路體系當(dāng)中，在不平衡、不均衡的狀態(tài)下進(jìn)行檢驗(yàn)，提高分析工作的效率和精密性，也可以減少對(duì)試劑的消耗。該檢測(cè)方法在貴重試劑檢驗(yàn)領(lǐng)域中使用的較多，也可以合理控制對(duì)貴重試劑的使用量，以免在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中產(chǎn)生浪費(fèi)。

4.3 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法是將電感耦合等離子體燃燒器激發(fā)光源的光譜分析方法。它能有效、準(zhǔn)確地分析水質(zhì)中的重金屬含量，并能保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。除上述優(yōu)點(diǎn)外，該方法在實(shí)際應(yīng)用中的矩陣效應(yīng)不明顯。因此，該技術(shù)在環(huán)境水質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

4.4 原子吸收分光光度法

這個(gè)方法主要采用光學(xué)原理，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，不同電子在進(jìn)行躍遷的過(guò)程吸收光譜會(huì)導(dǎo)致紫外吸收光譜的變化，為了檢測(cè)重金屬，使用不同的光譜分析來(lái)確定測(cè)試材料中是否存在不同的介質(zhì)，原子吸收分光光度法在我國(guó)應(yīng)用廣泛，該方法具有較高的靈敏度和選擇性，可快速檢測(cè)重金屬。在檢測(cè)過(guò)程中，外部電子主要通過(guò)吸收紫外線或其他輕原子來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的檢測(cè)，測(cè)試方法包括石墨爐原子吸收光譜法和火焰原子吸收光譜法，兩種方法的差異主要是原子器件不同，在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的靈敏度，可以保證環(huán)境水質(zhì)分析和重金屬檢測(cè)的順利進(jìn)行。

4.5 熒光分析

所謂熒光，就是某種材料在室溫下入射光的特定波長(zhǎng)下，該物質(zhì)進(jìn)入了價(jià)電子激發(fā)態(tài)，從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，是一種穩(wěn)定性很低的狀態(tài)，也就是說(shuō)價(jià)電子衰變的很快，最后就會(huì)在光子的輻射的作用下轉(zhuǎn)化為基態(tài)，而它的波長(zhǎng)將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)入射光的波長(zhǎng)。而熒光的特性是只要光的行為停止，那么發(fā)光的現(xiàn)象則會(huì)慢慢消失。據(jù)目前技術(shù)而言，熒光分析可以分為兩種，即原子熒光光譜法和分子熒光光譜法。這兩種方法都是用來(lái)確定樣本中是否含有，發(fā)射熒光的物質(zhì)，比如說(shuō)量子點(diǎn)和熒光染料。熒光的物質(zhì)，在重金屬的檢測(cè)中，會(huì)表現(xiàn)出熒光放大和猝滅的現(xiàn)象，進(jìn)而進(jìn)一步的增加濃度，這會(huì)使熒光的現(xiàn)象的靈敏度變高。與原子吸收光譜相比，熒光分析法降低了檢測(cè)線，還保留了無(wú)顯色的、富集的、分離的和選擇性的物質(zhì)，操作步驟十分簡(jiǎn)單，但是受影響的因素較多，不易被控制[3]。109cd 樣品中所含若干元素的x 射線熒光分析譜如圖2 所示。

圖2 109cd 樣品中所含若干元素的x 射線熒光分析譜

4.6 液相色譜分析法

檢測(cè)水資源環(huán)境中的重金屬含量最常用的方法是液相色譜分析法，它可以使分離水中重金屬元素更加的有效，但是不夠靈敏。等工業(yè)生產(chǎn)所排放的廢水中含有的重金屬含量較高時(shí)，首先，我們可以使用液相色譜來(lái)分析廢水中是否含有金屬離子，然后再通過(guò)液相色譜中的電導(dǎo)來(lái)檢測(cè)，并且融解廢水中的金屬元素，而由于該方法的靈敏度過(guò)低，最終檢測(cè)到的樣本中還含有其他金屬元素，因此，檢測(cè)時(shí)更需要去分析和研究檢測(cè)到的全部金屬元素。所以該工藝更適用于工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)有機(jī)廢水。超高液相色譜如圖3 所示。

圖3 超高液相色譜

5 結(jié)語(yǔ)

檢測(cè)水環(huán)境中的重金屬是極為必要的。水資源在人類(lèi)生活、工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，它維持著人類(lèi)工作的正常運(yùn)行，水污染將對(duì)人類(lèi)生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生不可估量的不利影響。有關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)重金屬檢測(cè)，合理、科學(xué)地運(yùn)用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，完善和創(chuàng)新檢測(cè)技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代建設(shè)發(fā)展的要求。同時(shí)相關(guān)部門(mén)要加強(qiáng)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)督，尤其是對(duì)工業(yè)廢水的排放方面，對(duì)源水污染進(jìn)行明確的處罰，這樣才能從源頭上解決水污染問(wèn)題。