利用HM1000型便携式重金属测定仪应急监测水中的重金属研究

刘翠棉

摘要：本文采用英国Wagtech公司生产的METALYSER HM1000型便携式重金属测定仪探讨在应急监测中测定水中重金属污染的快速测定方法。该仪器为三电极系统：工作电极为玻碳电极，参考电极为银一氯化银电极，内部充满饱和KCI溶液为流动相，对电极为Pt电极。仪器在20min内完成铜、镉、铅等六种重金属离子的测定。浓度在10～6000ppb范围内与响应信号线性关系良好，方法检出限为3ppb，加标回收率为98.0～102.5%，仪器携带方便，方法简便实用，可满足应急监测的要求。

Abstract： In this paper， METALYSER HM1000 portable heavy metal Tester manufactured by Wagtech Company in England was used to investigate the rapid determination of heavy metal pollution in water during emergency monitoring. The instrument is a three-electrode system： the working electrode is a glassy carbon electrode， the reference electrode is a silver-silver chloride electrode， the interior is filled with a saturated KCI solution as a mobile phase， and the counter electrode is a Pt electrode. Instruments completed the determination of six heavy metals such as copper， cadmium， lead within 20min. The linearity of the response signal was in the range of 10～6000ppb. The detection limit was 3ppb and the recoveries were 98.0～102.5%. The instrument is easy to carry and the method is simple and practical. It can meet the requirements of emergency monitoring.

關键词：Wagtech；便携式；重金属；应急监测

Key words： Wagtech；portable；heavy metals；emergency monitoring

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）04-0119-02

0 引言

目前实验室传统分析重金属的方法是原子吸收分光光度法，即利用火焰原子吸收法来测定样品中金属元素的含量，该方法优点是准确度和精密度好，缺点是只能在分析实验室内进行测定，分析耗时长、分析步骤复杂、仪器因体积庞大不能带到现场。随着环境污染事故的频发，要求应急监测队伍能够做到现场采样、现场分析，及时准确的报出监测数据，以方便迅速做出科学决策，保障人民群众生命与财产的安全。便携式重金属测定仪总重量只有三千克左右，无须外接笔记本电脑，便于携带。并且可以快速、方便的对受污染水样中常见的六种重金属，即铜、镉、铅、锌、汞和砷同时进行快速检测，而且灵敏度高，选择性好，检出限最低可达3ppb，在环境事故应急监测中得到广泛的应用。

1 仪器部分

1.1 仪器及试剂

英国Wagtech公司的METALYSER HM1000型重金属测定仪，固件版本为1.6版。

镉元素测量量程为3.0ppb-32.0ppm；

铜元素测量量程为5.0ppb-32.0ppm；

铅元素测量量程为5.0ppb-32.0ppm；

容量瓶若干；

铜标准溶液5ppm，镉、铅混合标准溶液5ppm；

电镀液；

缓冲试剂。

1.2 METALYSER HM1000型重金属测定仪工作原理及特点

HM1000型重金属测定仪为电化学原理，利用阳极溶出伏安法技术来测试水中的重金属浓度。在电化学中，参与反应的分子、离子或原子的氧化态会发生改变，氧化态是由于物质的电子和质子的不平衡引起的。重金属测定仪利用的是在工作电极上加电压，在溶液中，工作电极会影响溶液中的离子，金属离子被还原为金属原子沉积到电极的表面。以镉为例，做如图1说明：

此处：（aq）指溶液，（s）指固体，（e）代表电子，M指工作电极上的金属。

该反应在镉半活性的状态下发生使其成为金属，当上述反应发生可逆反应时，可检测出分析信号，即工作电极上负电荷减少，正电荷增多，随后阳离子从电极上析出，并将电子释放到溶液中，产生电流。电流的大小和溶液中镉离子的浓度成正比关系。

重金属测定仪使用了电化学电池的一个新类型，即有三个电极：工作电极、参比电极和对电极。

工作电极（WE）：减少氧化态，发生主反应。

对电极（CE）：加上已知电压，有助于平衡工作电极上产生的电子。

参比电极（RE）：在电化学反应中只起通过加已知电压来控制整个反应的电压外的作用。

电极的灵敏度基于以下几个因素：当用标样加入的方法分析样品的时候，样品的加入一定要迅速，这样溶液的状态、电极以及温度都很类似，这样的话才具有可比性。加入的标样为已知浓度，则可得已知电流。利用此信息，仪器将未知浓度的溶液和已知浓度的溶液作比较，最后得出重金属的含量。endprint

该重金属测定仪采用阳极溶出伏安法技术，简化了操作步骤。系统可自动选择检测所用的电极，根据电流计算浓度，并提供给用户相关的谱图。所有这些都集中在一个手持式便攜主机上，可存储和下载多达1000组数据。

2 实验部分

2.1 电极的准备

玻碳电极使用前在麂皮上用三氧化二铝抛光，然后用该仪器专用的电镀液在电极前端均匀的镀上一层薄膜。参比电极使用前保证电极内部充满饱和KCI溶液，并且电极前端部分在去离子水中浸泡过夜，以保证电极与电解液之间良好的导电性。所有电极以及仪器转子在测定实际样品前要用高纯水进行充分的淋洗。

2.2 样品的测定

2.2.1 空白样品的测定

取一新的分析杯，加入70ml的高纯水，按照厂家设定的各项参数进行样品空白值的测定，符合要求的空白样品各项目的检出值为0；仪器的谱图分析显示应为一条光滑的直线，没有任何峰的出现。经实际检测，各项重金属元素均提示低于检出限，仪器的谱图分析显示为光滑的直线。

2.2.2 标准样品的测定

取一新的分析杯，加入70ml的高纯水，然后用高精度的移液枪在该分析杯中加入280uL铜标准溶液（5ppm）和280uL镉、铅混合标准溶液（5ppm），使该溶液中铜、镉、铅的含量均为 20.0ppb。

铜、镉、铅的标准样品溶液配置完毕后，用重金属测定仪按照厂家设定的各项参数分三次进行平行测定，求取平均值后测定结果如表1所示。

2.2.3 实际应急污水样品测定

在2011年8月举行的全国环境应急监测演练活动中，石家庄市环境监测中心应急监测人员用应急现场中采取的受污染水样进行实际样品的现场测定。取一新的分析杯，加入70ml的污水样品，用重金属测定仪按照厂家设定的各项参数分三次进行平行测定，然后分别再加入280uL铜标准溶液（5ppm）和280uL镉、铅混合标准溶液（5ppm） 进行加标回收，以考查仪器的准确度和精密度。测定结果如表2所示。

3 精密度和准确度

由表1和表2的标准样品测定数据和实际水样测定数据可知，HM1000型重金属测定仪的加标回收率在90.0%-102.5%之间，加标回收率好。相对标准偏差（PSD）在0.6%-4.4%之间，在应急监测化验环境条件不太好的情况下，精确度较高，所得数据比较满意。

4 结论

METALYSER HM1000型便携式重金属测定仪测定水中的重金属，检出限最低可以达到3ppb，满足现行地表水评价标准中除I类地表水以外对检出限的要求，同时，该仪器小型轻便，操作简单，精密度和准确度均较好。而且从准备工作开始到开始样品测定，所需时间约10min，1个样品测定时间约15～20min，可以满足应急监测工作的需要。

参考文献：

[1]李进才.便携式重金属测定仪应急监测地表水中的铅和镉[J].广西科学院学报，2011，27（2）：88-89，92.

[2]赵丽丽，武开业.便携式重金属测定仪在环境应急监测中的应用[J].科技信息，2010（31）：356.

[3]GB/T 7475-1987，水质 铜、锌、铅、镉的测定 原子吸收分光光谱法[S].endprint