环境中重金属离子检测研究进展

王琪慧

摘 要：人类赖以生存的自然环境受到重金属离子污染的情况日益严峻，其中采矿、冶金、化工等行业是水体中主要的人为污染源。如何去除环境中的重金属离子，来保护生态环境是我们需要关注和亟需解决的问题。该文分析了用于分离去除环境中重金属离子的方法，以便更好地应用于环境检测与保护。

关键词：环境保护 化学 重金属离子 检测

中图分类号：X4 文献识别码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（a）-0088-02

随着我国工业化进程的不断加快，重金属的使用范围日益扩大，在加速经济发展的同时，也带来了诸多的环境污染问题。1953年，于日本熊本县水俣湾附近渔村发现的水俣病震惊世界，其原因为甲基汞为主的有机汞中毒，是慢性汞中毒的一种类型。骨痛病发病的主要原因是镉中毒造成肾损害，进而导致骨软症。严重的重金属离子污染问题已经引起越来越多环保人士的关注。如何分离检测和回收环境中的重金属离子更是值得研究的内容。环境中主要的有毒重金属离子通常包括钴、锌、镍、镉、汞、铜、铅和砷，它们以不同的形态存在于环境之中，并在环境中迁移、积累。研究这些重金属离子的去除将大大推动环境保护的进一步发展。

1 固相萃取法

固相萃取（Solid Phase Extraction）是近年来发展十分迅速的样品前处理技术。采用固体吸附剂将液体样品中的金属离子吸附，不仅与样品的基体和干扰化合物相分离，而且具有富集的作用，之后采用洗脱液进行洗脱，达到分离和富集环境中重金属离子的目的。固相萃取表现出非常显著的优点，可同时完成样品富集与净化，大大提高检测灵敏度；比液液萃取更快，更节省溶剂， 可自动化批量处理；重现性好。常用于固相萃取的填料包括C18，硅胶、活性炭、膨润土、多壁碳纳米管等。C18这种传统固相萃取填料简单、价钱低廉，但是在处理环境中的重金属离子方面存在pH值不稳定等不足。一些新发展的固相萃取填料如多壁碳纳米管展示出较强的优势。孙娜[1]等人研究发现未修饰的多壁碳纳米管对环境水样中的铅、镉、铜和铁具有较好的吸附能力，该方法的回收率为95.3%～99.5%。

2 生物吸附法

近年来，生物材料来源丰富、廉价易得，已经被广泛应用于环境中重金属的吸附。原始的生物材料因其吸附容量较低，限制了其发展。目前一些功能化修饰的生物材料因可以提供更多的结合位点，大大提高了生物材料的吸附能力。蛋壳膜是一种非常容易得到的生物吸附材料，是位于石灰壳与蛋白之间的浅粉色双层薄膜，为禽蛋产品的副产物。蛋壳膜是典型的亲水性半透膜，常规条件下比较稳定，不溶于水、耐有机溶剂，具有很好的透气性和吸附性质。王厦等人采用巯基乙酸铵成功改性了蛋壳膜，用于有效地去除工业废水中的Cr5+、Hg2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+和Ag+等重金属离子并且可以将五价铬还原为三价铬，实现了五价铬的解毒[2]。另外，广泛存在的真菌也为去除环境样品中的重金属离子提供了广泛的可选择的空间。这些真菌吸附剂成本非常低，充分利用其潜在应用价值可以变废为宝。如酿酒厂酿造啤酒后废弃的啤酒酵母菌可以吸附多种重金属离子；酱油厂的酱油曲霉对Pb2+的吸附率达到了70%，对Cd2+的吸附率达到了75%；一些藻类对重金属离子也具有非常好的吸附作用，马尾藻类对Cd2+吸附率则达到了100%[3]。

3 协同萃取法

协同萃取法为采用两种或两种以上的萃取剂而组成的混合萃取剂来萃取金属离子的方法，其比使用单一萃取剂具有更高的萃取率。1958年，Brown等人发现了协同效应，发现采用协萃体系可显著提高萃取剂的可选择性及金属离子的萃取效率。从20世纪60年代以后，协同萃取便用于工业生产。主要的协同萃取体系包括：协萃体系分为螯合萃取剂-有酸体系、吡啶羧酸酯-有机酸类体系、有机磷酸类混合体系和胺类-有机酸类体系。有研究发现摩尔比为 1∶1 的 LIX860（水杨醛肟）和 LIX84（酮肟）的混合物，LIX984表现出优异的萃取性能，被认为是铜的特效萃取剂[4]。HRJ- 4277 （ 5-壬基水杨酸） /TIBPS 体系特别适合于锌、镉离子的分离。协同萃取技术具有选择性好、流程简单、回收率高和操作连续化等优点，将成为处理环境中重金属离子的主要研究与发展方向。

4 化学沉淀法

向废水中加入某些化学物质，使其与废水中的重金属离子直接发生化学反应，生成难溶于水的沉淀从而除去重金属离子的方法为化學沉淀法。根据使用的沉淀剂的不同，化学沉淀法有氢氧化物沉淀法、碳酸盐沉淀法、钡盐沉淀法、硫化物沉淀法、卤化物沉淀法等。其中在环境中的重金属离子除去方面，最常用的方法为氧化物沉淀法。氢氧化物沉淀法是基于重金属离子在一定的pH条件下，生成难溶于水的氢氧化物沉淀。汞、铅、铜、锌、六价铬、砷等有毒化合物的废水，可以采用氢氧化物沉淀法。另外向废水中加入石灰可与水中的氟化物形成氟化钙沉淀可以去除水中的氟。向废水中投加钡盐可以使工业废水中的六价铬生成铬酸盐沉淀，从而除去六价铬。

5 结语

采矿、冶金、化工等行业是水体中主要的人为污染源。上述四种方法的使用可以有效的缓解重金属离子对于环境的危害，其中的固相萃取法、生物吸附法和协同萃取法还可以选择性地回收废水中的某些金属资源，可实现金属资源的再循环利用。而化学沉淀法需要加入额外沉淀剂，有可能会产生二次污染的问题。因此在实际的应用中，可根据具体的要求，合理的选择其中的方法来去除环境中的重金属离子。

参考文献

[1] 孙娜，迟晓峰，胡风祖，等.多壁碳纳米管固相萃取快速检测水样中铅镉铜铁[J].岩矿测试，2014（33）：545-550.

[2] Sha Wang，Minghong Wei，Yuming Huang.Biosorption of multifold toxic heavy metal ions from aqueous water onto food residue eggshell membrane functionalized with ammonium thioglycolate[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2013（61）：4988-4996.

[3] 崔振波.清除金属离子工作中生物吸附法的研究进展[J].环境与生活，2014（81）：158-160.

[4] 邱胤轩，杨丽梅，黄松涛，等.协同萃取法分离和回收废水中重金属离子的研究现状[J].稀有金属，2015（39）：749-758.