涉水材料中重金属离子的检测技术研究进展

周润华 任会学，2 武道吉，2 滕 恺 张 娜

（1、山东建筑大学，山东 济南250101 2、山东省绿色建筑协同创新中心，山东 济南250101）

随着现代工业的蓬勃发展，重金属污染已成为当今社会面临的一个关键问题。目前针对重金属检测的研究主要集中于样品的前处理过程和仪器精密度的提高，而对重金属检测方法进行综合对比的研究较少。因此，本文通过从可分析元素、灵敏度、精密度、检测成本、样本前处理等方面进行方法对比，以期为重金属检测方法的选择提供指导。

1 重金属污染特点及危害

重金属在水体中污染具有以下特点：（1）性质稳定，不能被降解；（2）痕量浓度也会危害人体；（3）毒性具有长期性；（4）会通过生物积累浓缩放大，对人体健康产生严重危害[1]。国内近4 年来就发生超标污染20 余起，主要是由铅、镉、铬和汞等生物毒性显著的重金属及其化合物以各种方式存在于环境中而引发。

2 重金属检测技术的研究和发展

鉴于重金属污染对环境和人类健康的种种危害，分析和检测水体中的重金属含量对于保护环境、保障人类的生存质量具有重要的意义。

重金属的检测方法经历了从单一的检测手段到多种分析技术相结合的发展过程，且检测仪器日益趋向多样化。目前重金属的检测方法主要由电化学分析法、紫外- 可见分光光度法和原子光谱法构成。

2.1 电化学法

电化学法是根据检测待测物质在溶液中的电化学信号的改变从而分析重金属离子的浓度，是一种具有发展前景的重金属离子分析方法。目前，已有研究者利用纳米粒子修饰电极，对电极表面改性，从而实现具有高灵敏度、高选择性、良好稳定性的重金属检测。

2.2 紫外- 可见分光光度法

紫外- 可见分光光度法也是重金属检测中经常使用的一种方法，是利用紫外光通过被测溶液时，被测溶液的吸光度与溶液中物质的浓度成正比而进行物质定性、定量的分析方法[2]。该方法操作简便、设备简单、应用范围广泛。然而，由于涉水材料浸泡液样品中许多分析物浓度较低，使得紫外- 可见分光光度法难以直接测定。

2.3 原子光谱法

原子光谱法又包括原子吸收光谱法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS）、原子发射光谱法（AES）、质谱法（MS）、X 射线荧光光谱法（XRF）。

2.3.1 原子吸收光谱法（AAS）

每一种元素都有一组独特的电子跃迁，称为谱线，它们共同构成了一种独特的光谱指纹。原子吸收光谱方法(AAS)是利用从光源发射的待测元素的特征谱线穿过样品的原子蒸气，由于特征谱线强度减弱来计算出待测元素含量的一种方法[3]。综合实验进展，采用原子吸收光谱法对涉水材料进行重金属离子的检测，有(1)灵敏度高，检出限较低;(2)选择性好，精密度高，相对标准偏差一般小于1%;(3)抗干扰能力强;(4)分析速度快，操作简便的主要优点。

2.3.2 原子荧光光谱法（AFS）

原子荧光光谱法是一种介于原子吸收光谱和原子发射光谱之间的光化学分析方法，不同之处在于原子荧光光谱法使用的是连续光源，对As、Se、Te、Pb、Bi、Hg、Sb 等元素的分析比较有效。改性后的检测手段具有检出限低，精密度好等优点，但无法准确有效检测《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》中规定的所有金属元素。

2.3.3 原子发射光谱法（AES）

原子发射光谱法是一种利用高温等离子体或火焰将水样中的待测元素激发到较高的电子态，并观察其返回基态时发射的特征光谱来研究物质化学组成的分析方法。这种技术的一大优点是，通过观察与现有元素相关的发射光谱中的特征线，可以同时观察多种金属。与原子吸收一样，检测限也因金属而异，但一般在较低的ppb 范围内。人们对测定要求的提高和检测仪器的不断更新，电感耦合等离子体- 原子发射光谱法（ICP-AES）因为具有原子化效率高、背景干扰小等优点，得到了极大的推广。

2.3.4 质谱法（MS）

电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）在当前应用最为普遍，与其他方法相比，ICP-MS 样品用量少，检测范围广，分析精密度高，不仅可以进行多种元素的同时测定并可用于同位素的示踪分析。陈磊磊等建立了利用ICP-MS 法测定Cu、Zn、Mn、Pb、Cd5种重金属元素含量的方法，经过校正，5 种元素都拥有较高的准确性,检出限单位达到μg/L，精密度和准确度均能满足环境水样中的分析。

ICP-MS 是痕量分析中的高端手段，可成功应用于涉水材料中所有重金属离子的检测，可进行多元素的同时分析，谱图简单，准确度高。但相较于其他检测方法，ICP-MS 的造价更高，对仪器的使用维护要求较高。

2.3.5 X 射线荧光光谱法（XRF）

X 射线荧光光谱法涉及到用x 射线轰击样品，引起内壳层电子的激发，这些电子在衰减之前被激发到高能级，并以荧光的形式释放能量。这种技术的主要优点之一是能够无损地观察固体样品。目前已有现场携带的XRF 仪器，但检测限高，不适合痕量检测。

贾文宝等利用XRF 联合瞬发伽玛中子活化分析(PGNAA)技术来检测高原子序数的重金属浓度，发现对Hg 和Pb 的检测较灵敏，检测限可达到mg/kg。该方法测试成本低，操作简便，不用破坏被测样品，但数据稳定性与精确度不及ICP 及AAS。

2.4 重金属检测方法小结

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3 展望

伴随着社会和经济的快速发展，化肥农药的大量使用，导致水体污染问题不可小觑，供应的自来水不能保证完全饮用安全。目前来看，对涉水材料重金属离子检测的研究也越来越重要。未来重金属离子的检测方式主要有两个研究方向：

一是基于电化学分析法的快速检测技术检出限较低，无法准确检测水样中痕量、微量的重金属离子，而且多种元素检测时出现重叠峰现象，检测重金属的种类有限。因此在保证实时迅速检测的基础上，将来还可尝试不同的修饰化合物，并探索电化学和其他技术联用，尽可能降低检出限并实现多种元素同时检测。

二是原子吸收光谱法虽通过配备自动进样器，消除了手动进样的误差，但面对复杂样品的干扰比较严重。如何消除原子吸收法的样品干扰，优化样品的前处理过程，将是未来的主要研究方向。

今后，更多的富集手段和样品的前处理优化将会应用于涉水材料的重金属元素检测当中。同时，进一步发展利用电化学实现分离富集与光谱、色谱和质谱联用技术，提高分析的精密度和准确性也有很大的开发空间。