基于光电化学分析法的危废品重金属离子检测技术研究

周爱华，周继续

（1.山东创业环保科技发展有限公司郯城分公司，山东临沂 276100；2.中国科学院海洋研究所，山东青岛 266071）

随着我国工业水平的快速发展，工业产生及排放的危废品呈爆发式增长趋势，尤其是危废品中的重金属离子污染已严重威胁生态环境及人类健康[1-4]，因此有必要对其进行分析、检测，进而制定危废品处置措施，降低危废品危害度，甚至将危废品变废为宝。而危废品中超标物质含量的精确检测及智能识别成为技术人员日常检测工作的重难点，其检测技术的研究也显得尤为重要。在国内，Xu 等[6]在利用光电化学分析法结合氮化碳实现微量Cu2+的选择性检测。Zang 等[7]利用Pb2+光电化学传感器实现Pb2+离子检测。Wen 等[8]构建Hg2+光电化学传感器实现Hg2+检测并且在实践中得到实际应用。本文通过研究光电化学分析法的工作原理，结合日常工作中危废品检测技术要求，将光电化学分析法应用于危废品中重金属离子检测中，并与传统光谱法及电化学分析法作比较，可为危废品重金属离子检测提供参考依据。

1 国内危废品检测技术现状

目前，国内危废品重金属离子检测技术主要有光谱法、电化学分析法。其中光谱分析法是最常见的分析方法，主要有原子吸收光谱法、紫外-可见分光光度法、原子发射光谱法、质谱法、原子荧光法等分析方法。电化学分析法检测成本较低，主要利用电池、溶液的化学性质，再结合传感器技术进而对离子浓度进行定量测量，因此在重离子检测中得到广泛的应用，其中应用最广泛的主要有伏安法和电位法[5]。光谱法和电化学分析方法均很难实现实时在线监测，且检测费用较高，因此有必要研究低成本、实时监测、操作简单的检测方法，以提升检测效率和实时数据分析能力，光电化学分析法便是在这种背景下应运而生。

2 光电化学分析法

光电化学分析法可以实现危废品液体检测的动态检测，该方法采用的激光信号和检测互不干扰，因此可降低彼此间干扰度，进而提升了检测的准确度、灵敏度，因此，研究光电化学分析法在危废品中的检测研究具有较好的应用前景。

2.1 工作原理

光电化学的原理主要是光电转化，即光激发半导体材料促使材料产生电荷转移，进而实现光电转化。光电化学分析法即是在电化学的基础上，基于光电转换原理，通过构建待检样本的光电转换传感器，实现待检样本的精准检测。光电转换传感器主要由光电转化、生物识别两个部分组成，光电转化元件主要由有机或无机半导体材料组成[5]，光电转换传感器及光电化学分析法整体原理如图1所示。

图1 光电化学分析法检测技术原理图

2.2 应用实例

随着新型材料的快速发展，光电化学分析法的应用得到迅速发展，基于光电化学传感器识别元件的差异，科研工作者设计出了不同应用领域的光电化学传感器。目前，光电化学分析法在重金属离子检测、DNA 检测、细胞分析检测等医学、生物学领域得到较好的推广应用。随着我国工业的迅速发展，环境污染物中的重金属离子给生态环境及人类健康带来的危害越来越严重，光电化学分析法因其简便、精确、灵敏及价格低廉等优势在环境污染检测中也得到了较好的应用及发展。Liang 等[9]基于铜离子的原位电沉积原理，利用光电化学分析法实现Cu 离子的检测，该成果可用于检测液体溶液中的重金属离子。Wen 等[10]设计了Hg 离子的光电化学传感器，结合光电化学分析法实现了Hg 离子的精准检测。

3 对比分析研究

在Hg、Cu 等重金属离子检测方法中，相较于传统的光谱法和电化学检测方法，光电化学分析法有其独特的检测优势。以经济节约性分析，光电化学分析法与电化学分析法都具有低成本、易操作等特点，光谱法较前两者分析方法成本提升较多，且操作起来具有一定专业性。以灵敏度和选择性分析，光电化学分析法具有较高的灵敏度和高选择性，其特制的检测用传感器可以较好地提升检测精度和提高样本检测的选择性；电化学分析方法中的伏安法具有较好地灵敏度和选择性；光谱分析法中用于检测重金属离子的方法较多，如原子发射光谱法具有高选择性，但抗干扰能力较差，检测精确度不高。以现场应用性分析，光电化学分析法与电化学分析法均具有较好的现场应用性，操作简单，易于现场应用；光谱法应用性较广，具有一定的现场应用性，但光谱法大都采用细化的实验分析检测，现场应用性较光电化学分析法和电化学分析法存在一定的不足。

4 结束语

本文分析了光电化学分析法的工作原理，提出了光电化学分析法在危废品金属重离子检测中的应用实用性，并从经济节约性、灵敏度和选择性、现场应用性等三个方面对重金属离子应用较广的光电化学分析法、电化学分析法、光谱法进行对比分析，总结了光电化学分析法较电化学分析法、光谱法的应用优势，分析表明，光电化学分析法在金属重离子应用检测中操作简单、灵敏度高、检测装置易构建，可为危废品中重离子检测技术及制定危废品处置措施提供依据。