水環(huán)境檢測中重金屬檢測技術(shù)的應(yīng)用

胡赫 劉翠翠 李巍巍

1. 山東省環(huán)科院環(huán)境檢測有限公司 山東 濟(jì)南 250000；2. 山東至新環(huán)保科技有限公司 山東 濟(jì)南 250000

引言

重金屬一般指密度大于4.5g/cm3的金屬，大部分重金屬在人體內(nèi)積累到一定量時都會產(chǎn)生毒性作用。重金屬主要通過人類的工業(yè)活動排放至環(huán)境中，再通過各種途徑進(jìn)入生物體內(nèi)并隨著食物鏈不斷富集。因此，對環(huán)境中的重金屬離子進(jìn)行檢測是控制重金屬污染、保障食品安全和公共衛(wèi)生安全的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的重金屬檢測設(shè)備體積龐大且對工作環(huán)境要求高，只能配合抽檢、送檢等方式，無法在采樣點完成現(xiàn)場檢測。此外，檢測設(shè)備的操作方法復(fù)雜、價格昂貴，人員需要長時間培訓(xùn)才能降低操作帶來的檢測誤差，不易于在基層推廣?，F(xiàn)場快速檢測指利用便攜式檢測設(shè)備在現(xiàn)場采樣完成后直接進(jìn)行目標(biāo)檢測的方法，具有不需送檢、檢測快速、操作簡單和設(shè)備成本低等優(yōu)點，相較于傳統(tǒng)的檢測方法更易在基層推廣。

1 水體重金屬的基本概述

水在本質(zhì)上屬于維持人類生命的基本物質(zhì)，而水體當(dāng)中所蘊(yùn)含的重金屬元素，所指的主要就是那些密度在≥4.5g/cm3的金屬元素，在水源內(nèi)部存在的各類重金屬元素，如果出現(xiàn)了超標(biāo)的情況，就會對群眾自身的身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。舉例說明，砷元素就具備著神經(jīng)毒性，砷能夠直接穿過人體的血腦屏障，并直接進(jìn)入到腦實質(zhì)當(dāng)中，通過對中樞神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行影響的方式，實現(xiàn)對于神經(jīng)遞質(zhì)釋放的直接控制；而鎘元素所發(fā)揮的毒性作用，其影響的主要目標(biāo)就是肝臟以及腎臟等重要的代謝器官，如果鎘進(jìn)入人體內(nèi)部，就會引發(fā)腎臟損傷的問題出現(xiàn)，而隨著污染時間的逐步提升，也會對腎小管帶來較為嚴(yán)重的損害，使得各類蛋白以及酶在尿液當(dāng)中的含量不斷提高。同時，鎘也會對人體的生殖功能產(chǎn)生影響，容易引發(fā)胚胎營養(yǎng)不良、胎兒畸形以及卵黃囊功能紊亂等多種問題出現(xiàn)，也不利于精子的正常發(fā)育。而如果濃度較高的鉛進(jìn)入人體，也會對血腦屏障產(chǎn)生一定程度的損害，不僅會對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的損傷，也會對生長發(fā)育產(chǎn)生極大的限制，免疫系統(tǒng)的強(qiáng)度也會逐步降低[1]。因此，目前社會對于水體當(dāng)中重金屬元素檢測技術(shù)所提出的要求越來越高，站在實際情況的角度上來看，我國目前所采用的各類重金屬檢測方式相對較為成熟，所起到的效果也十分顯著，特別是通過光譜法等方式的應(yīng)用，更是起到了較為優(yōu)異的檢測效果，而重金屬檢測方式所起到的效果以及是否能夠滿足衡量標(biāo)準(zhǔn)，則與技術(shù)靈敏度、檢測精準(zhǔn)度等綜合因素有著較為緊密的聯(lián)系。

2 水環(huán)境監(jiān)測全過程質(zhì)量體系構(gòu)建原則

2.1 真實性原則

在水環(huán)境監(jiān)測體系設(shè)計的過程中，要遵循真實性原則，要分析、監(jiān)測水環(huán)境污染時間，分析污染物空間分布情況，了解和把握水環(huán)境的實際情況和特點，采用實測法進(jìn)行水環(huán)境的質(zhì)量監(jiān)測，甄別和篩選出具有水環(huán)境特點的指標(biāo)和參數(shù)，確保監(jiān)測質(zhì)量數(shù)據(jù)的可靠性和真實性。遵循最優(yōu)監(jiān)測布點的原則，確保體系設(shè)計重點突出，制定環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量技術(shù)方案，構(gòu)建水環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量體系。通過定性定量相結(jié)合的方法，篩選水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)，做好監(jiān)測指標(biāo)權(quán)重分析工作。

2.2 科學(xué)性原則

水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測體系設(shè)計要遵循科學(xué)性原則，水環(huán)境污染具有可預(yù)測性，能夠預(yù)測相關(guān)地區(qū)的水環(huán)境污染狀況和特點，從而把握水環(huán)境污染的發(fā)展趨勢和方向，利用先進(jìn)水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和管理技術(shù)，搜集和整合水資源污染的數(shù)據(jù)和信息，了解污染物的分布情況、來源和類型，對污染物進(jìn)行分析和研究，若發(fā)現(xiàn)具有危險性的信息，立即發(fā)出警示，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行污染物的控制和管理，從而阻礙水污染的擴(kuò)散，減輕水環(huán)境污染的程度，從而盡可能地保護(hù)水資源。

2.3 系統(tǒng)性原則

水環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量體系設(shè)計過程中要堅持系統(tǒng)性和綜合性原則，全面地進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)的考慮和分析，不僅要分析內(nèi)生指標(biāo)、外生指標(biāo)，還要分析過往的數(shù)據(jù)信息和監(jiān)測指標(biāo)，全面整理監(jiān)測信息和參數(shù)，從而豐富水環(huán)境監(jiān)測體系內(nèi)容，真實全面地對水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，提高水環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量體系設(shè)計的系統(tǒng)性、全面性和綜合性，整合和歸納最全面的質(zhì)量檢測內(nèi)容體系，為實際的監(jiān)測工作奠定基礎(chǔ)、提供依據(jù)。

3 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測存在的問題

3.1 監(jiān)督管理不及時

如何全面提升環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測工作的水平，既需要相關(guān)工作人員的能力提升，經(jīng)驗提升，還需要相關(guān)監(jiān)測設(shè)備予以更換，保證設(shè)備的先進(jìn)性，符合當(dāng)前社會發(fā)展，也符合當(dāng)下對于水質(zhì)監(jiān)測的需求，除此之外，還要結(jié)合外部的監(jiān)督管理方面的作用，只有監(jiān)督管理更為及時，才能夠確保水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作水平有所提升。不斷地完善監(jiān)管方案以及工作體系，在水質(zhì)監(jiān)測工作開展過程中有章可循，這樣不斷地提升水質(zhì)監(jiān)測的效率和質(zhì)量。但是在實際工作開展過程中，還存在部分監(jiān)測工作，只憑著以往的經(jīng)驗來進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，并沒有按照監(jiān)測的要求來進(jìn)行實時性的監(jiān)督管理，尤其是，水質(zhì)的污染越為嚴(yán)重，這也給監(jiān)測和監(jiān)督工作帶來了一定難度，所以部分監(jiān)測機(jī)構(gòu)弱化了對于水質(zhì)監(jiān)測的監(jiān)督管理工作，更有甚者還會存在串通更改監(jiān)測數(shù)據(jù)等問題，為了謀取利益而不擇手段，而這些方面都嚴(yán)重影響環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測工作的合理性，既不符合當(dāng)下的發(fā)展需要，也和環(huán)境保護(hù)理念背道而馳。

3.2 監(jiān)測人員的整體技術(shù)水平不高

當(dāng)前在環(huán)境水質(zhì)管理體系中，監(jiān)測工作是必不可少的環(huán)節(jié)之一，隨著我國對于環(huán)境保護(hù)越來越重視，綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的理念深入人心，對于環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測工作不斷深化，全面落實可持續(xù)發(fā)展的理念，最終確保水質(zhì)管理工作的整體水平。就當(dāng)下來看我國環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測還存在諸多問題，主要體現(xiàn)為三個方面：監(jiān)測人員的整體技術(shù)水平、能力還不夠到位、經(jīng)驗不夠豐富。同時，部分環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測單位的設(shè)備較為落后，難以適應(yīng)當(dāng)下水質(zhì)監(jiān)測的整體需要。首先從監(jiān)測人員本身來講，部分監(jiān)測人員技術(shù)水平還不夠高，相關(guān)的經(jīng)驗不夠豐富能力還難以適應(yīng)當(dāng)下的監(jiān)測模式，對于部分水質(zhì)監(jiān)測機(jī)構(gòu)中，在工作開展往往需要大量的人力物力，所以部分工作人員，技術(shù)水平，工作能力參差不齊，在招聘的過程中，缺乏對于人員的考核，或者是缺乏明確的招聘標(biāo)準(zhǔn)，并沒有考慮到實際的工作需求。

4 水環(huán)境檢測中重金屬檢測技術(shù)的應(yīng)用

4.1 熒光傳感器檢測技術(shù)

熒光傳感器檢測是較為有效的檢測技術(shù)，可以根據(jù)傳感器與待檢物之間的熒光信號變化情況進(jìn)行定量分析，所以可以利用熒光傳感器檢測水環(huán)境中的重金屬離子。首先，部分水環(huán)境中存在銅離子，而銅離子遇到磷酸三會產(chǎn)生強(qiáng)烈反應(yīng)，所以可以通過磷酸三檢測水環(huán)境中的銅離子并判斷熒光傳感器是否存在淬滅現(xiàn)象，若存在就說明含有銅離子。其次，可以利用合成后修飾法制作熒光傳感器專用探針，并利用探針進(jìn)行鐵離子檢測，若探針存在淬滅反應(yīng)就說明水環(huán)境中含有鐵離子。此外，可以在金屬有機(jī)框架化合物中添加適量的硫離子，之后通過化學(xué)試劑盒檢測鉻離子與汞離子，若傳感器出現(xiàn)淬滅現(xiàn)象就說明存在鉻離子，若出現(xiàn)熒光強(qiáng)度增加現(xiàn)象就說明存在汞離子。

4.2 生物傳感器檢測技術(shù)

在生物科技不斷發(fā)展的過程中，生物傳感器在水環(huán)境重金屬檢測中的應(yīng)用越來越廣泛。常見的生物傳感器有酶傳感器、微生物傳感器以及特異性蛋白生物傳感器等，這些傳感器都具有操作簡單、靈敏度高等特點，可以快速檢測水環(huán)境中的汞、銅等重金屬元素。在應(yīng)用該檢測技術(shù)時需要選擇合適的傳感器，增強(qiáng)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.3 原子吸收分光光度技術(shù)

原子吸收分光光度技術(shù)以光學(xué)原理為依據(jù)進(jìn)行檢測，電子在躍遷過程中將多種類的光譜吸收聚集在一起，進(jìn)而形成紫外光，并最終實現(xiàn)吸收光譜。通過對光譜的差異性分析，可以得出水質(zhì)環(huán)境中重金屬污染物的實際情況，同時有效檢測其他介質(zhì)，最終實現(xiàn)對重金屬的檢測。該技術(shù)具有極強(qiáng)的實用性特征，有著極高的檢測靈敏度，同時還具有選擇性，能夠高效完成檢測實驗。在應(yīng)用該技術(shù)檢測的過程中，只需要判斷外層電子對紫外線和有關(guān)光線原子的具體吸收情況，進(jìn)而準(zhǔn)確地獲取檢測結(jié)果?，F(xiàn)階段，可以通過火焰和石墨爐兩種方式進(jìn)行檢測，這兩種方式的靈敏度都非常高，可以保證水質(zhì)環(huán)境中重金屬的檢測質(zhì)量，但在實際的應(yīng)用過程中，因原子裝置存在一定的差異，要結(jié)合具體的檢測需要做出選擇[2]。

4.4 電化學(xué)技術(shù)

在實際應(yīng)用過程中，需要帶有電化學(xué)性質(zhì)的檢測物質(zhì)作為輔助，才能實現(xiàn)對重金屬元素的檢測。技術(shù)人員通過電化學(xué)性質(zhì)的差異加以分析，進(jìn)而判斷出水質(zhì)中物質(zhì)的成分及含量。在具體操作時，技術(shù)人員需要將實驗液添加到電化學(xué)池內(nèi)，從電化學(xué)池中各項參數(shù)的變化及檢測物質(zhì)深度間的聯(lián)系，分析和判斷實驗樣品的成分及含量。在電化學(xué)技術(shù)中，電位分析和溶出伏安法是比較常用的檢測方式，能夠使重金屬物質(zhì)從游離物質(zhì)中快速且準(zhǔn)確地分離出來，大幅降低實驗的檢測難度。應(yīng)用該技術(shù)對重金屬進(jìn)行檢測時，使用的儀器設(shè)備極為簡單，其實際操作成本也不高，具有較強(qiáng)的實用性。

4.5 紅外光譜技術(shù)

紅外光譜儀是一種非常重要的光譜分析儀器，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物、藥物、材料等領(lǐng)域。早期的紅外光譜技術(shù)主要采用分光光度計和棱鏡型分光儀進(jìn)行光譜分析。這些儀器通常需要在樣品和參比樣品之間進(jìn)行比較，因此，需要具有高分辨率和高精度的檢測系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代和70年代，隨著計算機(jī)和數(shù)碼技術(shù)的發(fā)展，紅外光譜儀逐漸實現(xiàn)了自動化和數(shù)字化[3]。研究人員可以通過計算機(jī)控制光源、光譜分離和光譜檢測等部件，實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的光譜分析。在現(xiàn)代科技和化學(xué)研究中,紅外光譜技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。紅外光譜儀非常靈敏：紅外光譜儀可以探測到分子中的化學(xué)鍵振動，因此，可以用于檢測微量物質(zhì)。非破壞性檢測:紅外光譜儀不需要對樣品進(jìn)行任何物理或化學(xué)處理，因此，具有非破壞性檢測的優(yōu)點。多樣性：紅外光譜儀可以分析幾乎所有的有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)，因此，在材料科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。但是需要制備樣品：在進(jìn)行紅外光譜分析前，需要制備樣品，并將其放置在固體、液體或氣體狀態(tài)下。這個過程需要時間和勞動力，并且有可能會引入樣品中的污染物。受到水汽、二氧化碳等氣體的影響：紅外光譜儀對水汽、二氧化碳等氣體的靈敏度非常高，因此，需要對檢測環(huán)境進(jìn)行控制，否則會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。分辨率有限：紅外光譜儀的分辨率通常在0.1～1cm-1。這意味著它不能檢測到非常小的光譜峰，因此,需要使用其他高分辨率的儀器進(jìn)行補(bǔ)充。

5 結(jié)束語

在近年來的發(fā)展進(jìn)程中，隨著全球工業(yè)的高速發(fā)展，以及各類理論知識的更新完善，這也為金屬電鍍以及金屬冶煉等社會行業(yè)的發(fā)展起到了良好的促進(jìn)作用，同時也提升了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而站在實際情況的角度上來看，相比其他污染，水環(huán)境重金屬污染的污染源相對較多，恢復(fù)難度也較大，若不及時檢測和治理就會造成嚴(yán)重后果。而比色傳感器檢測、熒光傳感器檢測、電化學(xué)傳感器檢測、生物傳感器檢測、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等檢測手段在水環(huán)境重金屬檢測中發(fā)揮著重要作用，所以需要靈活應(yīng)用這些檢測技術(shù)并根據(jù)檢測結(jié)果采取合適的改善措施，從而優(yōu)化水環(huán)境。但該研究還不夠完善，應(yīng)進(jìn)一步深化研究內(nèi)容，不斷提高水環(huán)境重金屬檢測效率與質(zhì)量。