环境水质分析中重金属检测技术研究

孙 莹 窦铭超

通标标准技术服务（天津）有限公司

1 引言

在我国的工业生产过程中，经常用到含重金属或相对应的化合物作为原辅料，而在生产后期并没有对其进行科学合理的处理，或者处理得不够到位，导致排放的废水中残留较多的重金属元素，从而对地表水、地下水造成极大的污染。重金属污染是关系到人类健康和生命的重大环境问题，精准检测水质中的重金属含量，能够确保环境水质得到切实有效的保护，并为水体中的重金属污染防治提供技术依据。因此，本文对于水质重金属的危害、检测技术及应用情况，进行了分析。

2 水体中重金属的危害

在水体中的重金属污染对于我国的环境有十分严重的危害。一般来说，重金属进入水体的方式有两种，一是通过地质侵蚀、风化等天然源的形式，二是通过人为污染的形式，如矿山开采、金属冶炼加工、化工废水的排放、农药化肥的滥用和生活垃圾的弃置等方式；加之重金属具有较高的移动性、较低的中毒浓度和较强的富集性等特点，导致重金属污染具有较大的隐匿性和滞后性。

水体中的重金属不仅无法被生物降解，甚至在微生物的作用下，部分重金属元素还可能转化成为毒性更强的重金属化合物，进而再经食物链的生物放大作用，逐级成千百倍地富集，使水生生物的生物环境有巨大改变，导致植被和动物死亡，造成生态系统中各级生物的不良反应，甚至危害包括人体和其他生命体的生命健康安全。重金属对人体所产生的危害程度，和其种类、性质、存在形态和浓度等因素有着至关重要的联系。所以，关注重金属污染问题，应采取适当的检测技术和处理措施，以确保水质符合国家相关的质量标准和排放标准。

3 环境水质分析中重金属检测技术

3.1 紫外-可见分光光度法

紫外-可见分光光度法是一种基于物质对光的选择性吸收特性，而建立的分析方法，此方法的原理是利用物质中价电子的能级跃迁，对200mm～800nm 光谱区辐射进行吸收，从而产生分子的可见紫外吸收光谱，进而可对物质做定性、定量分析，其定量依据为朗伯－比耳定律。紫外-可见分光光度法具有设备简单、方法可靠、简便快速、应用广泛等优点，但其前处理复杂、灵敏度或选择性不够好，存在一定的局限性。

3.2 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法是一种基于待测元素的基态原子蒸汽对其特征谱线的吸收，根据特征谱线的特征性和谱线被减弱的程度，对待测元素进行定性定量分析的仪器分析方法。样品需要通过原子化器提供合适的能量，将试样中的待测元素转化为基态原子，这就要求实验过程中将燃烧器调整到合适的高度，以保证重金属元素能够原子化完全。该法具有检测速度快、灵敏度高、抗干扰能力强的特点，广泛应用于地表水、地下水和废水等领域的重金属检测。

3.3 原子荧光分光光度法

原子荧光分光光度法也是水中重金属检测的重要方法之一，该方法利用氢化物发生技术，使水中待测金属元素得到分离，所生成的氢化物在氩氢火焰中进行原子化，氩氢火焰的荧光效率较高，且背景值较低，测定时形成的氢化物元素和金属荧光波长位于紫外波段，对于紫外区域的检测，无色散原子荧光仪灵敏性非常高。

相对于紫外-可见分光光度法、原子吸收光谱法，荧光分析法有更高的灵敏度、更低的检出限，还具有重现性好、选择性强的优点，且在样品测定前不需经过分离、富集、显色等前处理过程，操作简单便捷，但由于许多重金属元素本身不会产生荧光，需要另外加入荧光物质才可满足荧光分析的条件，而荧光物质只对几种特定的重金属离子有响应，如汞、砷、铅和锑等，其他多数金属离子则不能产生响应，这在一定程度上限制了原子荧光法在实验室检测工作中的应用。

3.4 电感耦合等离子原子发射光谱法

电感耦合等离子原子发射光谱法是一种比较典型的光谱分析方法，它的激发光源是电感耦合等离子体炬，能够对水质中重金属进行有效检测。改技术具有基体干扰性比较小，检出限低，灵敏度较高，分析速度快、能够多元素同时测定，操作简便等优点，成为水质重金属检测的最有效方法之一。此外，该法还可与分离富集技术相结合，在水中重金属元素含量为痕量水平时，可通过溶剂萃取法、共沉淀法和离子交换法等富集技术，降低方法检出限，改善测试精密度和准确度，在海水重金属检测标准中，此类富集技术应用较为广泛。

3.5 电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法是将电感耦合等离子体的高温电离特性，与质谱仪的灵敏快速扫描的优点相结合而形成的一种高灵敏度的分析技术，是一种微量与超微量多元素同时分析的方法，具有灵敏度高、检出限低，分析过程快捷，分析取样量少等优点，它可以同时测量周期表中大多数元素,测定分析物浓度可低至纳克/升的水平，是目前最有效的痕量元素的检测手段之一，且可以测定现有其他技术难以分析的饮用水标准中特殊要求的铀和铊。电感耦合等离子体质谱法技术的出现，具有其他方法不可比拟的优越性，但其仪器昂贵，购置成本较高。

3.6 生物化学法

生物化学法是重金属检测的一种新型方法，主要有免疫分析法和酶抑制法两种检测方法。

免疫分析法的原理是利用抗体与抗原的特异性反应，即将适量的抗体加入到水中，使抗体与水中的重金属元素发生化学反应，进而测定水中重金属的含量。该方法具有高灵敏度、高选择性、不会产生二次污染的优点。

酶抑制法是通过改变酶活性中心的结构与性质，引起酶活力下降，进而使底物与酶系统中的显色剂颜色、pH 和电导率等随之变化，从而进行定量分析的技术。此技术由于具有方便、快速、经济的优点，非常适合水质重金属的现场检测，但是灵敏度和准确性不够好，只能做定性分析。

3.7 电化学法

电化学法是以电化学反应特性，测定物质含量的方法，其基础是在电化学池中所发生的电化学反应，主要可分为电位分析法、溶出伏安法、极谱法与伏安滴定法。电化学法具有仪器占据空间小、购置成本低的优点，但检测过程受基体效应的影响较大。

3.8 流动注射法

流动注射法是在封闭的系统中，将待测水样向连续流动的载液中断续地注入，待二者充分混合后，进入流动检测池进行光度检测，即可测得水中重金属的含量。该方法由于具有分析快速、灵敏度高、重现性好、耗用试剂少、自动化程度高等优点，特别适用于大批量样品的分析，可实现多组分的同时测定，是溶液分析技术的一次技术飞跃。

4 水质重金属检测技术的应用

我国现有的质量标准和排放标准中，对于各重金属元素均推荐了多种测试方法，针对上述介绍的几种检测技术，一般来讲，对于易挥发元素如砷、汞、硒、锑等，原子荧光法适用性较强；对于高温元素如钡、铍、钼等，电感耦合等离子发射光谱法则较原子吸收法、分光光度法灵敏，对于地表水、地下水中该类元素的测定，该方法检出限也基本能够满足相关质量标准、排放标准的要求，但质量标准中个别金属元素所对应的一类限值较低，此时应选择电感耦合等离子体质谱法。对于多元素的同时分析，电感耦合等离子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法较其它方法更占优势。

5 结语

重金属污染是危害最大的水污染问题之一，对人体健康有着极大的危害性，因此，准确测定环境中重金属元素具有重要的现实意义。但同时，重金属检测是一项长期性的工作，专业人员在检测过程中，应根据具体测试的金属元素，选择合适的分析技术，以得到更为精确、有效的测试结果，为环境保护及治理工作提供有力的技术依据。