水质样品重金属测试方法与技术新进展

李敏 端爱玲

摘要：指出了水质样品中重金属的检测可以预警水资源的污染问题。目前，重金属已成为水的主要污染物，重金属污染不仅对水中生物体的生存造成威胁和危害，同时通过食物链也威胁人类的健康，因此，对水质样品中重金属元素的的准确检测对水生生物及人类的健康具有十分重要的意义。

关键词：水质样品;重金属元素;测试方法;仪器分析

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）16-0128-02

1引言

随着工业发展的速度加快，以及人们生活水平的提高，对水质的安全性要求也越来越高。而水资源的过度利用又导致了污染加重，尤其是水体重金属污染。水在自然生态环境中起着不可替代的作用，它既是生态地球化学物质循环的直接参与者，同时也是其他元素化学循环的载体。经济社会的快速发展，人们在生产生活中对水的需求量大幅增加，伴随而来的是水质污染问题日益突出。其中重金属污染尤为显著，重金属元素进入水体一般与多种因素有关，如不合理的矿产开采、汽车尾气的排放、工业废水的排放、粗放的农业生产等。当水中重金属元素超过水体本身的自净能力，就会造成水体污染。水体污染已涵盖了海洋、湖泊、河流、水库，甚至地下水，因此对水体中重金属元素的检测，有利于预警水体污染，为人们合理利用水资源提供有力的保障。

2水质重金属污染现状

水质重金属污染主要由于水环境周边存在化工生产企业造成的，其中最重要的指标为水质样品和底泥中重金属含量。在自然情况下，水质污染程度相对较低，主要污染来源于地壳矿物质释放。而存在化工生产的流域，其水中重金属含量普遍偏高，据统计目前造成水质污染的重金属元素主要包括镉、汞、锌、铜、铅、镉、砷等。而造成水质污染的企业主要包括矿产、化工、造纸、印染、电镀等。重金属污染流域水资源，造成重金属在食物链中富集，从而影响人类的健康。

3水环境重金属分析检测技术的进展

目前，在水质重金属定量检测过程中，根据其检测目的不同，检测方法的选择存在差异，同时因为重金属元素的检测是水质污染治理的前提条件，因此，根据不同的检测目的，选择相应的方法对水体中重金属污染物检测具有重要的意义。水中重金属检测在现阶段存在的问题主要包括：①由于水体污染的不确定性和流动水体污染时的瞬时性，因此在检测过程中要求可以实现在线、快速、实时检测以及在现场能获得结果的检测手段或仪器;②在对重金属污染水体评价过程中，人们已不满足于只评价总含量，更多的评价是结合重金属元素在水体中存在的形态和价态，因此在对水质检测时就要求既可以测定重金属元素的总量，也可以同时测定其在水中的存在形态。综合以上问题，在选择检测方法的时候就要充分考虑到检测方法的检出限、检测限、灵敏度、准确度，以及仪器的选择性，分析速度的快慢，应用范围等方面的因素。现阶段应用较广的检测方法主要有原子吸收法、原子荧光光谱法、比色分光光度法、电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、电化学法，并且随着仪器和检测手段的不断发展，还出现了酶抑制法、免疫分析法、激光诱导击穿光谱法、生物传感器法等新的技术和手段。

3.1原子吸收法

水质检测过程中，重金属元素检测的首选方法即为原子吸收法，主要针对各类水体开展检测。原子吸收法按照原子化的手段，可以分为三类，火焰原子吸收，主要用于测定含量相对较高的重金属元素，石墨炉原子吸收，主要用于检测水中超低含量元素，氢化物发生原子吸收主要用于可利用氢化物发生富集的元素。其优点在于检测重金属准确度高，其缺点在于同时检测的元素数量相对较少，每种仪器检测范围固定，无法实现高中低含量全覆盖。

3.2原子荧光光谱法

原子荧光光度法主要利用将被测元素以蒸汽态原子吸收特定空心阴极灯发射的辐射而被激发至高能态，在这个激发过程中发射出特征波长的荧光，根据荧光强度与被测元素之间的定量关系，计算出被测元素的含量。原子荧光法一般检测水质样品中汞、砷、锑、铋、硒、锡、锗等元素。其优点在于氢化物发生类元素检测，且检出限低，准确度高，其缺点在于分析元素具有针对性，覆盖不全。

3.3电感藕合等离体法

电感耦合等离子体法既包括电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）又包括电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS），二者均为近年来水质检测过程中发展起来的新方法。电感耦合等离子体质谱仪组成要素包括进样器、雾化系统、离子切割放大系统、接口和真空系统、离子透镜、四级杆质量分析器和检测器组成。电感耦合等离子体质谱仪将电感耦合等离子体的高温电离特性与四级杆质量确定系统及高灵敏度检测技术相结合所形成的一种多元素检测及同位素检测技术，可实现水质样品中多元素分析。电感耦合等离子体原子发射光谱法利用等离子体作为激发源，一般进行多元素分析。水质样品由载气引入雾化器后被雾化成气溶胶进入等离子通道，被充分蒸发、原子化、电离和激发，发射出所含元素的特征譜线。利用电感耦合等离子体发射光谱法既可以获得定性分析的结果，又可以对特定金属元素定量分析。电感耦合等离子体法由于既实现了多元素同时测定，又具有较宽的检测域，所以发展相对较快。

3.4电化学分析方法

电化学法在现阶段水质分析过程中应用相对较广的一种方法，电化学法主要通过物质在水溶液中的电化学性质建立起来的，它以经典极谱法为依托，在此基础上又衍生出示波极谱法、阳极溶出伏安法等方法。该方法根据电池的某种电参数（如电阻、电导、电位、电流、电量或电流一电压曲线等）与被测物质的浓度之间存在一定的关系而进行定量测定。电化学法的检测限较低，测试灵敏度较高，值得推广应用。

3.5活性酶抑制剂法

酶抑制法测定重金属是利用微生物技术与检测技术相结合的方法，其原理主要是利用特殊生物酶在重金属作用下其结构和性质会发生改变，活性降低，从而通过测定其活性降低程度，得出水质样品中重金属含量，一般用脲酶作为重金属检测酶。

3.6重金属元素免疫分析法

免疫分析法主要为了能够快速省时获得水质样品中重金属的检测值，主要应用于环境应急监测中，具有灵敏度高、便于携带、费用较低、操作简单等特点，因此是环境监测领域里发展的新方向。免疫检测法主要通过多克隆抗体和单克隆抗体实现重金属检测，而在检测过程中主要利用荧光偏振、酶联免疫吸附、免疫传感器等开展检测。而在这些检测技术里基于抗重金属离子鳌合剂复合物的单克隆抗体建立的免疫检测技术是目前发展最好，应用前景最为广阔的新型检测技术。

3.7利用生物传感器检测水质重金属元素的方法

随着现代化生物技术与传统检测技术的结合，在检测水质样品时，生物传感器技术发展日趋成熟，主要是将生物识别物质与待测物质结合，即由固定化的生物敏感材料作为识别材料（如酶、抗体、微生物、抗原、细胞、组织、核酸等活性物质），然后通过信号转换器转变为可输出的光、电等信号，最终检测出重金属的含量。本方法主要有易操作、检测快、高精度、所需试样少等特点，因此在环境监测过程中有望被广泛应用。生物传感器检测一般分为酶传感器、免疫传感器、组织传感器、微生物传感器等。利用生物传感器技术检测污染水中Cu、Hg元素已取得了不错的效果。

通过不同的检测方法，可以获得水质样品中重金属污染物的种类和含量，掌握新的检测技术，可以更快速准确地实现在线监测，从而获得更为直接的治理方法。