浅析水质重金属应急监测方法的选择与应用

兰景权

(福建省厦门环境监测中心站，福建 厦门 361022)

重金属因其能与人体内的蛋白质和酶发生反应，使它们失去活性从而影响组织细胞功能，引起中毒。例如镍中毒引发呼吸道肿瘤与皮肤病；铅能直接伤害脑细胞；锰超量时，会使人甲状腺机能亢进，伤害重要器官；镉会破坏骨骼和肝肾；汞含量超0.01mg/L就会导致人中毒，并可能引发“水俣病”事件[1]。

突发重金属污染事件不容小觑，快速定性污染物种类，较为准确地检测出污染物含量，迅速制定相应的处理对策至关重要。传统的水质重金属分析检测手段，如电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光度法等，均因不便携带、样品需送回实验室分析、耗时较长等原因无法满足应急要求。国内目前的水质重金属应急监测仪器可选择性并不多，监测质量良莠不齐，主要包含检测包技术、电化学技术、电感耦合等离子体质谱技术等，各种方法各有优劣，尚未发现能够很好解决现场重金属应急监测的仪器。本文从阳极溶出伏安法、粉枕包技术和试剂盒(试纸)技术等三种方法，通过对便携式水质重金属检测仪IGS-100M-C、美国哈希DR1900和日本水质简易分析试剂盒三种检测方式的可检测元素、检测范围、检测时间、精度和准确度进行比较，分析三种检测方法的优缺点。

1 实验原理与操作

便携式水质重金属检测仪IGS-100M-C：运用阳极溶出伏安法，分析锌、镉、铅、铜时选用玻碳电极，分析测定铬、砷、汞时选用金电极。分析前需镀膜及活化，通过标准加入法计算浓度。平均用时60～90min，优势在于可以同时检测Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+四种离子，避免多次操作影响稳定性，但同时检测的项目有限，且离子之间相互干扰，操作较为繁琐。

美国哈希DR1900:属小型分光光度计，个别项目需进行前处理，将粉枕包分别加入样品和空白样中，充分溶解静置10s～5min不等后比色。平均用时3～5min，优势在于响应快，精度高，清洗维护等较为简便，粉枕包虽属一次性使用，但成本不高，缺点在于只能逐一进行检测。

日本水质简易分析试剂盒:利用金属离子在特定条件下与试剂包反应生成显色络合物，以聚乙烯管装填试剂，挤压吸取水样，摇匀溶解后比对标准色卡，读取浓度。平均用时1～5min，操作简单快速，但比色结果易受实验人员影响，且有些项目颜色界限较为接近，个别颜色显示不够清晰，判定结果不够准确。

2 三种方法能够测量的元素及范围

IGS-100M-C可测Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Hg2+、As3+、Cr6+等，基本能达到限值标准要求，且检测下限达ppb级，灵敏度高；哈希水质分析仪DR1900可测铝、钡、铬、铜、铅、钼、镍、钾、锌、锰、铁、铜、银等，检测限较IGS-100M-C稍差，但基本都达要求；水质简易分析试剂盒可测锌、铝、硼、六价铬、总铬、铜、铁、镁、锰、钼、镍等，只能粗测，在检测地表水环境质量等标准限值时只在超标几倍甚至十倍时，方能较为清晰地进行比色。

3 实验材料及结果

实验材料：Cu标样(制备单位：环境保护部标准样品研究所)编号：GSBZ 201126,浓度：1.07±0.04mg·L-1。

实验结果如表1所示。

表1 Cu标样的检测情况

总体来说，IGS-100M-C测定仪和哈希水质分析仪DR1900在测量Cu标样时，前者准确度表现更好，但是重现性稍差，数据离散程度相对较高；另通过检测镉和总镍的标样也能证实前者准确度稍优于后者，但是稳定性后者更好；过低浓度单标测试误差都较大，但是在测量相关标准限值附近标样时，基本都能满足10%误差范围要求。

水质快速检测包实验结果:检测0.5、1.0、3.0、5.0 mg/L的Cu标样时分别为浅黄色(准确)、米黄色(不够准确，介于浅黄与米黄之间)、深黄色(较准确，介于黄色与深黄之间更接近深黄)和黄棕色(准确)。三次实验结果相同，比较稳定。在检测0.1、0.5、2.0 mg/L的Ni系水样时，除0.5mg/L外，都能准确比色出结果；在检测0.5、1.0、5.0 mg/L的Zn系水样时，除0.5mg/L外，都能准确比色出结果；在检测0.1、0.5、1.0、5.0mg/L的Cr系水样时，皆比色准确。水质简易分析试剂盒在检测个别元素时极低浓度与较低浓度的颜色不那么容易分辨，在电镀污染物排放限值检测中，镍系污染物检测不够准确，在铜、锌、铬系中表现较好，在水质重金属环境应急检测中可作为补充手段。

4 抗干扰分析

对于IGS-100M-C测定仪，当样品中同时含有锌、铅、镉时，不影响彼此的检测，但某一离子浓度过大时则影响检测结果；当锌、铜两种离子同时存在时，测锌应加入适当的测锌屏蔽剂，视铜的量多次加屏蔽剂，加入总量不应超过40μL，屏蔽剂越多，铜的峰越小，屏蔽剂的量不影响锌的测定。

对于哈希水质分析仪DR1900，如果样品和试剂空白的pH值相差较大，应利用硝酸或氢氧化钠将样品pH调节到试剂空白的pH值；针对Zn2+、Cr6+、Ni2+、Cu2+的测定，Cu2+或Ni2+大于5mg/L会对Zn2+的测定产生干扰，Cd2+大于10mg/L或Pb2+大于3mg/L会对Cu2+的测定产生干扰。

对于水质简易分析试剂盒，通过对铬系、镍系、铜系、锌系废水的离子抗干扰实验[2]，约 1mg/L浓度的多组分混合样不影响彼此检测，3倍以上的Zn2+容易使Cu2+络合物颜色变淡；Fe2+对除Cu2+以外的离子均有干扰，特别是对Cr6+干扰比较严重。

5 结论

IGS-100M-C测定仪的特点在于检出限低，灵敏度高，但重现性稍差，受影响的因素较多，且用时较长；而水质简易分析试剂盒适用范围较小，误差较大，受人为因素影响较明显，且只在浓度足够大时较为准确。相比之下，哈希水质分析仪DR1900检测速度快，检测元素多，准确度和精密度虽不及IGS-100M-C测定仪，但基本符合应急检测要求，且时间优势和操作简便性优势明显，已成为环境应急监测的首选仪器。

不足的是，这些方法基本上只能逐一排查元素，在环境应急时可能无法定性准确。更有效的检测方法应满足检出限、准确度、精密度等基本要求，携带方便、实时响应，以实现野外操作[3～4]，结合ICP快速筛查实现对多种金属元素的一次性快速测定[5]、ICP—MS的半定量分析的快速定性定量方法[6]，这些技术对于应急监测具有实际意义，可实现对污染物快速定性及半定量，大致确定污染事故的范围与程度，满足应急检测的需要。