环保视域下的重金属在线检测系统应用创新研究

吴琼

青山绿水（江苏）检验检测有限公司南京分公司 江苏南京 210000

当前的重金属水体字符污染极其严峻，成为当前环境监测和治理的关注焦点和研究课题，要改变传统的离线检测方式，创新采用先进的重金属在线检测系统和技术，实现对水体中重金属的检测、数据在线分析和存储，提升流域风险防范水平，确保水源的安全性。

1 重金属检测技术概述

（1）原子光谱法。这主要包括以下两种：①原子吸收光谱法。它是以一定波长的光辐射为载体，由被测元素吸收与发射光谱波长相等的辐射光，由此测定被测元素的种类和浓度。这种方法的优势在于可以检测多种金属元素，并达到10-100ug/L的检出限，体现出极高的检测灵敏度。而该方法的缺陷在于测定元素受到局限，易受到诸多因素的干扰，并无法进行现场实时检测。②原子荧光光谱法。被测元素在一定波长的辐射光条件下，外层电子产生基态/能态的跃迁变化，并发射一定的原子荧光。

（2）电感耦合等离子体质谱法。这种检测方法借助于电感耦合等离子体、质谱、ICP-MS等仪器进行重金属在线检测，具有极高的准确性和精密度，较高的动态线性范围，然而其应用缺陷在于反应气种类相对复杂，对环境要求较高。

（3）生物化学分析法。这主要包括以下方法：①酶分析法。这是利用重金属离子与酶活性中心的特异性结合而引发的结构/性质的改变，而使系统的电导率、PH、吸光度发生改变。然而这种方法的缺陷在于无法进行在线长时间动态检测，检测灵敏度和准确性偏低。②免疫分析法。络合物与重金属离子结合形成一定的空间结构体，与荧光物质的抗原/抗体相链接，产生抗原抗体特异性反应，再经由荧光偏振分析仪进行定性/定量分析。

（4）电化学分析法。这主要包括以下几种：①电解分析法。使被测对象发生电解反应，以金属方式析出并进行称重分析。该法相对落后逐渐被淘汰。②离子选择电极法。利用离子选择电极的选择性，使被测离子在溶液中产生不对等的交换扩散，由此生成电位差，体现出较快的电极响应速度特点，然而易受共存离子的干扰。③极谱分析法。以滴汞电极为阴极，以饱和甘汞电极为阳极，根据被测元素在还原反应而生成的极谱电流，实现对被测元素种类及浓度的定性/定量分析。然而该法因采用滴汞电极易出现二次污染现象，不适宜对水源重金属的在线检测。④溶出伏安法。通过电解富集和电解溶出的反应方式，实现对被测物质种类及浓度的定性/定量检测。通常来说，由于阳极溶出伏安法检测快速便捷、检出限低而灵敏度高，因而被广泛使用[1]。

2 重金属在线检测系统的应用分析

重金属在线检测系统采用阳极溶出伏安法的原理，进行总体构架的设计和应用，在将污水/原水经由滤膜处理之后与载液混合进入电解池，利用重金属检测仪设备实时在线检测相关数据并进行上传分析和处理。

（1）重金属在线检测系统硬件的应用分析。该系统采用相应电路进行设计和应用，具体包括以下内容：①控制模块。该模块支持USB2.0通信方式和高速读写外设操作，实现高速通信和多重程序下载。②恒电位电路模块。通过设计和应用基准电压源、直流负反馈电路和参比电极反馈电路，可以将参比工作电极的电位恒定在设定电位，不受负载变化的影响，体现出良好的稳定性能。③微弱电流检测电路。电解池的反应电流进入工作电极并实现I/V转换，由有源低通滤波器将微弱电流电压信号中的噪声信号进行滤除处理，再进行电压放大调整，实现模拟信号/数字信号的转换生成。④电源模块。利用低压差线性稳压器LDO芯片，进行电压的转换成为系统的电源支撑。⑤PCB应用。该系统可以通过数字线路板和模拟线路板两大模块，减少噪声对系统的干扰和影响，实现微弱电流的检测。

（2）重金属在线检测系统软件的应用分析。在系统之中，下位机软件主要实现ADC电压采集、DAC输出波形设定和模拟开关放大倍数的切换，经由USB总线进行下位机软件和上位机的通信，并实现自动进样控制、溶出伏安法流程控制，对重金属进行定量分析和报告生成。同时，系统还可以实现自身仪器状态的自检工作，合理选取适宜的检测分析方法，提升重金属在线检测的精准度[2]。

3 结语

综上所述，环保视域下的重金属在线检测系统应用创新是关注焦点和研究课题，可以采用基于三电极体系的阳极溶出伏安法作为检测方法，设计应用不同模块的下位机单元，实现对检测信号的采集、传输、转换和存储；并利用上位机单元进行检测自动进样控制、流程控制，合理设置和调整各项检测参数，高精准检测铜、锌、铅、汞、镉等重金属元素。未来还要加强上位机/下位机软件的扩展性功能，深入研究电化学检测方法和技术，并通过反复试验测量的方式获取不同重金属离子的浓度。