环境监测水中重金属检测方法探讨

张梁

摘要： 水环境重金属污染是指排入水体的重金属物质超过了水的自净能力，使水的组成及其性质发生变化，从而使水环境中生物生长条件恶化，并使人类生活和健康受到不良影响的行为。 重金属污染物在环境中包括在水环境中都是难以降解，最后进入人体造成危害，是危害人类最大的污染物之一。本文分析了環境监测水中重金属的各类检测方法。

关键词： 环境监测；水；重金属；检测方法

重金属是指原子密度大于5 g/cm3的金属元素，在自然界的 85 种金属元素中占有 45 种。《中华人民共和国生活饮用水卫生标准》GB 5749—2006 对饮用水也作了规定，对人体危害较大的镉、铅、铬、砷、汞要求不得超过 1 ～50 μg / L。这样低的痕量检测就需要分析技术具有较高的精确度和灵敏度。

1 光谱法

光谱法主要包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和电感耦合等离子体法。其中前二者检测的基本组件构成相同，分光系统、检测系统完全相同。

原子吸收光谱法是基于气态的原子外层电子对紫外光和可见光进行吸收为基础的分析方法。因此样品需要原子化，即通过原子化器提供合适的能量将试样中的被测元素转变为处于基态的原子。根据原子化器的作用不同将原子吸收光谱法分为火焰原子吸收光谱法（ FAAS） 、石墨炉原子吸收光谱法（ GFASS） 、冷原子吸收光谱法（ CVASS） 和电热原子吸收光谱法（ ETAAS） 。而原子吸收光谱法的技术和分析方法成熟，几乎涵盖了所有元素分析的领域。但是多种元素必须用相应的光源进行原子激发，而环境中的水含有大量不同种类的离子，分析物离子含量往往较低。给检测带来一定的困难。因此样品需要预处理，提高灵敏度和准确度，例如溶剂萃取、浊点萃取、固相萃取、电沉积、协同沉淀、膜过滤方法。

原子荧光光谱法的原理是原子蒸气吸收一定波长的光辐射而被激发，受激原子随后通过激发过程发射出一定波长的光辐射，即原子荧光，在一定的实验条件下，不管是哪一种类型的荧光，其辐射强度均与分析物的原子浓度成正比，按荧光波长分布可作定性分析。 原子荧光光谱法具有灵敏度高，选择性强，试样量少和方法简单等特点。它的不足之处是应用范围还不够广泛，因为有包括金属在内的许多物质本身不会产生荧光而要加入某种试剂才能达到荧光分析的目的。 此外对于荧光的产生过程和化合物结构的关系，还需要广泛深入地研究。电感耦合等离子体法测定水中的重金属主要包括电感耦合等离子体质谱法（ ICP-MS） 法和电感耦合等离子发射光谱法（ ICP-AES） 。前者是利用电感耦合等离子体使样品原子化，待测金属元素进入质谱，通过测定荷质比进行定性和定量分析； 后者是利用高频电流产生的高温将反应气加热并电离，利用元素发出的特征谱线进行测定。

电感藕合等离子体光源是目前应用得最广泛的 AES 光源。 与其他方法相比，ICP-AES 的优点是分析速度快，干扰低，时间分布稳定，线性范围宽，能够一次读出多种被测元素的特征光谱，同时对多种元素进行定性和定量分析。ICP-AES 的不足之处在于设备费用和操作费用较高，且对有些元素优势并不明显。

2 电化学法

电化学分析方法是根据物质在溶液中和电极上的电化学性质为基础建立起来的一种分析方法。其优点是仪器装置简单、小型，操作方便，易于自动化和连续分析，分析方法快速、灵敏、准确。 电化学分析法主要由以下几种：

伏安法和极谱法.伏安法和极谱法都是通过电解过程中所得到的流一电位（电压）或电位一时间曲线进行分析的方法，它们的区别在于伏安法使用的极化电极是固体电极或表面不能更新的液体电极，而极谱分析法使用的是表面能够周期更新的滴汞电极。

电位分析法.电位分析法是在通过电池的电流为零的条件下测定电池的电动势或电极电位，从而利用电极电位与浓度的关系来测定物质浓度的一种电化学分析方法。 电位分析法具有许多优点，选择性好，所需试样少，且可不破坏试液，故适用于珍贵试样的分析。 它的测定速度快，操作简单，容易实现自动化和连续化。

电导分析法.电导分析法是通过测量溶液的电导值以求得溶液中离子浓度的方法，它分为直接电导法和电导滴定法。 其优点是简单、快速，直接电导法还具有很高的灵敏度，缺点是它所测定的电导值是试样中全部离子电导的总和，而不能区分和测定其中某一种离子的含量，因此导致选择性很差。

3 生物化学法

酶抑制法。重金属离子和酶活中心的活性部位结合，占据部分活性位点，引发酶活力的降低，从而影响酶和底物的反应。反应变化和重金属的含量具有相关性，可达到良好的检测效果，检测限比光谱法和电化学法偏低，但其能够达到国家标准检测要求。目前已有过氧化

核酸适配体检测法。利用核酸适配体检测重金属是近年来研究的热点。核酸适配体检测重金属具有较好的检测稳定性、检测成本低、适配体序列自行设计的广泛应用性。

免疫检测技术。免疫检测技术是基于抗原抗体特异性反应建立起来的一种生物化学分析方法。重金属免疫检测技术的检测速度快、灵敏度高、特异性强，检测的精确度主要取决于抗体和抗原之间的结合程度。但金属离子很难直接作为抗原结合抗体，它需要螯合剂，通过螯合剂再结合蛋白质进而引起免疫反应得到相应的抗体。因此，开发新型螯合剂并筛选出特异性好的单克隆抗体随着近几年化学、重组单克隆抗体和基因重组科学的发展得到不断改进。

4 结束语

近些年发展的快速检测方法的确改善了检测条件，耗时短，处理样品简单，但检测的重复性相对于传统方法，有待提高。近年来随着分析检测技术、信息技术以及生物科学的发展，重金属检测方法的多样性更加丰富，包括技术成熟且具有高精准度的仪器分析法、电化学、生物法。越来越多的检测方法应用到水中重金属的检测。

参考文献：

[1]杨烨. 水中重金属检测方法研究进展[J]. 化工管理. 2016（35）

[2] 许积斐. 重金属检测方法探讨[J]. 科技与企业. 2013（14）

（作者单位上海市浦东新区环境监测站）