环境水质重金属检测技术探究

随着经济不断发展，环境工业和畜牧业也随之高速发展。水质属检术探在发展的重金过程中，一方面，测技工厂排放的环境废水中重金属含量较高；另一方面，畜禽饲料中约95%以上的水质属检术探重金属随畜禽粪便排泄进入环境，这对养殖场粪污的重金处理造成了重大负担。Eneji等研究表明，测技在日本普遍存在牛粪中重金属Cu和Zn超标的环境现象，两者质量分数分别达到200mg/kg和800mg/kg。水质属检术探目前国内一家百头种猪场的重金日排粪量可达2.5t，年排粪量近1000t；污水日排放量可达2.5t，测技年排放量可达800t。环境违规排放的水质属检术探废气、废水和废中可以检测到较多的重金重金属，重工业开采、冶炼、加工等过程是这些废物排放的主要来源。除此之外，水环境本身也含有众多的重金属，其中一些对人类是有利的，一些是有害的，也存在一些对人类健康影响尚不明确的重金属。一些对人类有益的金属元素，在浓度超标时也会产生剧烈毒性，引起动植物死亡，给人类生活健康造成严重威胁。不仅是重金属的种类和性质，包括形态、浓度等都可能是对人体造成威胁的因素，所以对重金属定性定量的工作极为重要。

一、水体重金属概念及其危害

水是人类生命的最基本物质，水体中的重金属元素主要是指密度≥4.5g/cm3的金属，水源中重金属元素含量超标会直接危害人体健康。例如，砷（As）具有神经毒性，As可以穿过血脑屏障进入脑实质，通过影响中枢神经系统，控制神经递质的释放。镉（Cr）发挥毒性作用的主要靶器官是肝脏与肾脏，而肝肾又是机体主要的代谢器官。因此，Cr进入机体后可致使肾脏损伤，并且随着染毒时间的增长，逐渐加重对肾小管的损害，导致各种酶和蛋白在尿液中的含量升高。除此之外，还可以影响生殖，导致卵黄囊功能紊乱，胚胎营养不良和胎儿畸形，影响精子的正常发育，导致精子畸形率显著升高。与此相同的是，当有较高浓度的铅（Pb）时，可以进入脑中并对血脑屏障造成损害，损伤中枢神经系统，严重抑制生长发育，并且免疫反应强度明显降低。

因此，人们对水体中的重金属检测技术要求越来越严格。国内重金属检测方法已经比较成熟，取得的效果也比较显著，尤其是对光谱法的使用。重金属检测方法是否达到合格要求的衡量标准包括技术的灵敏度、检测精准度、速度以及效率等综合因素。现将对其中几种常用的金属检测技术做简要论述。

二、水体重金属检测技术

1、原子吸收光谱法

该方法主要在高温下进行，将化合物解离为基态原子蒸汽，同种元素空心阴极灯所发射出的特征谱线可以被这种基态原子蒸汽吸收，利用测定蒸汽中目标元素基态原子同自身原子共振辐射的吸收程度判定样品中目标元素的浓度。在实际应用中，具有检测灵敏度高、检测限低、方法选择性好、化学干扰小的特征，除了在检测水体中重金属中发挥极高的使用价值外，还可以针对性地对其进行有效分析，是环保部门规定的检测废水及地表水重金属构成及含量的基本方法，缺点是设备复杂繁琐，无法同时测定多种元素，工作时间长。

2、荧光分析法

荧光分析法主要包括分子和原子荧光光谱法两种，是判断常温物质是否存在重金属以及其中重金属的构成的有效方法。该方法的原理是当有某种入射光照射时，常温物质内部价电子的活性会增加，在激发态和基态之间存在着一种相互变化，并且在此过程中会产生荧光，荧光效应与重金属浓度之间存在正比关系。即荧光中重金属含量越高，荧光效应越强，目前稀土纳米和有机荧光燃料等材料较常使用该方法。国内对荧光分析法的研究颇多，处于世界前沿，较其他相比，该方法具有检出限较低、待检测样不需显色和富集、操作方便等优点。成功制造出空心阴极灯激发光源以及屏蔽式石英炉原子转换器，使氰化物原子荧光光度法的原子化效率以及检测的敏灵敏性和准确度得到了显著改善，因此氰化物原子荧光光度计开始得到广泛应用。不足之处在于有部分金属物质并不存在荧光，一定程度上限制了实践，为了达到检测效果，需要在其中加入适当的荧光物质。

3、电化学溶出伏安法

电化学溶出伏安法是指金属元素从待测液富集到工作电极，重新溶出液体金属通过电参数进行定性定量，利用了电解富集原理，是检测环境水中重金属含量效果最佳的方法，也是一种能够同时检测多种元素、检测限达到10~12mol/L的一种方法。较其他方法，在该方法中使用到的设备仪器方便携带、操作简便、更加简洁，同时敏感度和准确度高，可以用于现场快速自动化检测。但前处理比较复杂易污染、多种元素同时检测时容易产生干扰。

4、紫外-可见分光光度法

利用光学原理，紫外-可见分光光度法通过在光谱区中不同物质价电子对辐射的吸收不同而产生的不同的紫外吸收光谱，实现对环境水质中重金属含量的监测。环境水质中重金属含量随着吸光变化越显著越高。该方法操作简便、准确度高，也是环境水质中重金属含量检测广泛应用的方法之一。

5、生物学方法

目前，主要是酶抑制法和免疫分析法这两种生物学方法在水体重金属检测中较为常用。重金属元素会使酶出现化学变化是本检测法的工作原理，对水体中所含酶的活性产生影响，如让较高活性的酶活性降低等，导致显色剂和pH值等指标发生变化，水体中重金属的具体类别和含量可以通过全面检测酶活性的变化得出。免疫分析法是依据抗体与其对应抗原高度专一的特异性反应，通过制得的金属元素单克隆抗体和水体当中对应重金属发生反应，检测抗体表面所包含的发光物质成分与含量来计算水体中的重金属含量。选用生物学方法能够较快速度地检测水体中重金属含量，检测试剂具有较强自适应能力，且不会再次污染水体，但是对实验条件要求较高，所耗成本较大。

6、电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法利用高能量下脱离电子层的电子可以被电离成离子的原理，将提取后离子通过质谱仪进行定性定量，氩气为该方法的动力源。该方法且有较强的灵活性和高效率，是一种常见的传统水质分析监测方法。因此，该方法是应用最多、效果最好的水质检测技术之一，不过这种方法价格昂贵、操作复杂，且容易受污染。

7、化学比色法

化学比色法是一种比较新颖的检测方法，颜色变化明显且稳定是比色法中的关键要求，因此重点在于选择合适的显色剂，主要有试纸法和液相色谱法两种。试纸法是将某种特定的显色剂附着于试纸上，通过金属离子和显色剂的结合出现颜色变化，通过色板对比进行定性定量，该方法比较适合于现场检测，成本低、结果表达快，但是结果精确度比较低，不适用于精确测定。液相色谱法通过金属离子和试剂的结合，产生络合物，使用紫外线分光光度法进行测定，该方法可用于多种金属元素共同检测，缺点是检测时间长、操作复杂，需要设备繁多。

三、新型重金属检测方法

人类科学技术的进步，各类技术的探究，使得新型的重金属检测方法不断出现，出现了一些包括太赫兹光谱法、环境磁学法、生物量间接测定法、高光谱分析法等方法在内的多种新型检测技术。这些新型检测方法中较为新颖的是环境磁学法，本方法主要通过古地磁学和岩石磁学，物质在外加磁场效应作用下会产生相应的电流，这些特定的磁参数值可以对土壤中的重金属进行定量分析。新型方法的应用使重金属的检测更加便捷、准确，在选择特定金属和条件问题上可选择的方法更多，对重金属的了解程度也越来越深。

四、水环境分析检测设备

环保部出台《重金属污染综合防治"十二五"规划》关于一类和二类防控重金属的多种项目中均使用到水质重金属分析仪，如地表水、工业废水以及工业制程水等分析项目。目前，市场上可见的水质重金属分析仪的主要是通过生物化学法、光学法以及电化学法等原理进行检测。针对当前科技飞速发展的情况，快捷和方便才是硬道理，想要拓并占领当今时代的市场最重要的一点便是数据自动化分析能力，因此在市场需求下新兴设备层出不穷。中国科学院最新研制出一款通过Android平台的痕量重金属离子检测仪，方便携带，用户可以通过这种仪器在手机上完成控制前端设备、查看图形曲线以及管理数据等工作，且该仪器能够达到普通电化学分析仪的精度标准。为了保证数据追溯的整个过程和报表的监控，美国HACH公司研发出的HQd系列的水质分析仪能够对电极的序列号进行自动的记录，而且还能够在系统的日志中可以查询检测时的日期时间，对所需要的数据进行校正以及用户和样品ID等数据，并且这些测量的数据之间能够相关联。一种微型化集成芯片检测电路的思路由Zou等提出，完成了芯片实验室（Lab-on-a-chip），主要指在一个芯片上使用微加工技术集成一系列的电极系统，水环境中的重金属离子可以直接被检测出，检测限为8ppb和93ppb，例如，使用这种集成芯片对Pb2+和Cd2+进行检测，检测范围分别为25～400ppb和28～280ppb，而且这种集成芯片无污染、成本低随时使用随时处理，能够在线完成对自然水环境的检测。Haini等[16]提出了一种基于KinExATM3000的自动免疫传感器，利用功能核酸能与目标特异性结合，且对目标有催化功能的原理，能够检测Uo6+，范围为1.4～2.4μg，平均回收率可以达到99.17%，检测变异系数在3.5%～5.9%之间。禹亚莉等利用胸腺嘧啶特异性识别汞离子的特性设计了一款基于DNA双链电荷转移，通过计时电流法对水中汞离子进行检测的电化学生物传感器，检测限为0.5nmol，测量范围是1～104nmol。

五、结语

重金属检测方法众多，也具有各种检测设备，不同检测方式的优缺点各不相同，并且对特定的检测条件给出了明确的方向，也为进一步改进完善研究提供了具体方向。在实际运用过程中应根据实际情况和要求，选择合适的检测方法和检测设备，确保最终测定结果的准确性。总体来看，现在国内外相关领域的检测研究工作正推动水环境重金属检测技术不断向更加快速、智能、自动、综合、检测成本低廉等方向发展。严格精确的检测方法和规范的管理方式是最宝贵的基础，重金属污染的控制不是短时间就可以完成的，检测方的恰当使用是关键。重金属的检测技术是一条很长的路，可以帮助预防和减缓重金属的污染，在保护环境、保障畜牧业的健康养殖方面任重道远。

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