水环境中重金属的检测技术研究

王 颖，曹思卉

（上海市中检集团理化检测有限公司，上海 200436）

1 研究背景

水是人类生命的源泉，也是地球上最常见的物质之一，地球有72%的表面被水覆盖。它是包括动植物在内所有生命生存的重要资源，是人类生命结构的最基本物质，也是人体最重要的组成部分。由此看来，水资源对于人类存活繁衍具有重要意义。然而，随着化工产业的迅猛发展，水环境中的重金属污染俨然成为一个极其严重的问题，研究水环境中重金属的检测技术是保护水资源的重要前提条件。

2 水环境中的重金属概述

水体环境中的重金属污染按类型主要可以分为点源污染和非点源污染。点源污染包括印染、农药、采矿、电镀等工业生产活动产生的“三废”排放；非点源污染包括农药、被污染的灌.溉用水.和汽车尾气。研究发现，地下水中的汞主要是由长期灌水污染引起的，而受污染地区的As、Cu等都是由附近的工业活动引起的。有些元素目前还未归类为重金属。例如，砷虽然没有被人类认定为重金属，但其来源和危害与重金属相似，所以通常都被纳入重金属范畴进行研究和讨论[1]。水环境中的重金属污染有两个特点，一是污染源多，二是难以恢复。因此，为了及时控制水环境中的重金属污染，一方面有必要对水环境的健康状况进行监测，另一方面提高污水的治理技术也迫在眉睫。

3 水环境中的重金属检测技术

3.1 传统的检测方法

3.1.1 原子荧光光谱法

原子荧光光谱法（AFS）是介于原子发射光谱法（AES）和原子吸收光谱法（AAS）之间的光谱分析技术。它的基本原理是基态原子（一般气态）通过吸收适当特定频率的辐射而被激发到高能状态，然后在激发时以光辐射的形式发射出具有特征波长的荧光[2]。

3.1.2 溶出伏安法

溶出伏安法又称反溶出极谱法。在这种方法中,测量物质由极谱测定离子生成的潜在限制电解铝当前.一段时间,然后改变电极的潜力,使溶解物质可以富集在电极和定量分析可以根据获得的剥离过程的伏安曲线分析[3]。

3.1.3 原子吸收法

原子吸收分光光度法的测量对象是原子态的金属元素和部分非金属元素。当元素灯发射的特征谱线穿过被测物体雾化产生的原子蒸汽时，被被测元素的基态原子吸收在蒸汽中。测试样品中待.测元素的含量是通过测量辐射光强减弱程度来计算的[4]。

3.1.4 生物化学法

在生化方法中，水净化时间检测是废水处理中最重要的方法之一，主要采用酶抑制法和免疫分析法对水中重金属元素进行分析和检测。顾名思义，酶抑制过程是利用甲基巯基与水中金属离子的结合，抑制水中的酶活性，促进金属元素电导率和pH值的变化，检测环境水中的纯净水。其检测原理是通过改变金属原子的酶活性来控制纯化水元素的电导率和pH值，进而分析金属元素的组成。免疫分析法是指利用抗体监测金属元素的变化，以分析水中的金属元素。生物化学检测技术具有检测性能优异、检测效率高、环保性好、操作简单等优点。生化法在重金属水质检测中不会对水造成二次污染，具有良好的应用效果[5]。

3.1.5 电化学法

电化学方法是一种基于电化学反应的重金属水质检测方法，利用了金属元素的电化学性质。不同的金属元素在电化学反应下具有不同的性质。这些金属元素在电化学反应中的差.异是评价该地区与水质有关的金属元素组成的基础。应用电化学方法检测环境水中的重金属，需要定义一个统一的水质标.准参考标准。因此，在实际应用中存在很多局限性，限制了.针对环境水质的重金属水质的检测范围[6]。

3.1.6 液相色谱法

液相色谱法是利用液相色谱仪检测环境水中的重金属元素。液相色谱仪具有从水中分离重金属的功能，常用于测定各种离子的含量，广泛应用于水、纸浆和漂白剂、食品分析、生物流体、钢铁和环境分析等各个领域[7]。

3.1.7 流动注射法

流动注射分析是一种用流量测量试剂流量的方法，即用聚四氟乙烯管代替烧杯和容量瓶，用流动注射.法进行分析。检测试剂采用恒流泵，通过内径为0.5mm～1mm的聚四氟乙烯管，中间设.有注射部件（旋转阀），用.于注射微升样品，使样品在混合环中发生反应。流动注射法是检测地表水中氮含量的重要方法，也是检测磷、硫等金属元素的常用方法[8]。

3.2 新型检测方法

随着科学技术的进步，新研究和新技术的应用，水环境中重金属元素的检测不断创新，目前已开发出其他种类的新检测方法，例如酶抑制法，生物传感器法和免疫分析法。

3.2.1 酶抑制法

举例说，酶会被重金属离子改变它的结构和特性，减少酶的活动，使酶系统内部元素，例如酶在颜色上发生变化、电导率和吸光度方面发生变化。虽然这种方法和传统的技术都不那么敏感而且客观[9]，测试的速度和持久性对现场检测来说也是非常合适的，但相较于传统检测技术而言，其检测需求灵敏度较低。也可能没那么准确。

3.2.2 生物传感器法

生物传感器操作非常方便，灵敏度高，能够迅速检测水中的Hg、Cu等离子体。

3.2.3 免疫分析法

重金属离子免疫学测定优势明显，比传统测定方法更省时间，节约成本，提高测.定效率，操作简便，现场操作简便。重金属离子的免疫测定是抗体测定，具体包括.多克隆抗体和单克隆抗体两种，具体的测定方法是免疫传感器测定、荧光偏振免疫测定、酶免.疫吸附测定。这些测.定方法都取得了良好的效果，但单克隆抗体的测定方法有更广泛的应用，总体上单克隆抗体在这些测定方法中更加突出。

4 水环境中重金属检测技术的分析实例

依据HJ168-2010环境监测分析方法标准制定技术导则对水环境中重金属检测技术进行精密度和准确度进行验证。该实例采用HJ 694-2014原子荧光法对水质中重金属汞、砷、硒、铋和锑的测定，使用仪器AFS-8220原子荧光光度计。

（1）仪器参考测定条件。

表1 仪器测定参考条件

（2）标准标准系列配制。

表2 标准系列质量浓度 单位：μg/L

（3）重金属汞、砷、硒、铋和锑的准确度与精密度的验证。

表3 各元素准确度与精密度的验证 单位：μg

（4）实验论述。采用HJ 694-2014原子荧光法对水质中重金属汞、砷、硒、铋和锑的精密度与准确度进行测定验证。综上所述，标准偏差在0.001～0.006。相对标准偏差为1.34～5.83。

5 结语

重金属水环境检测在环境水质分析中的重要性在于了解污水中的金属成分和金属含量，描述水质对环境的污染程度，从而找到更合适的方法来科学地控制水污染和水污染问题。目前，生化法、流动注射法、原子吸收法、荧光法、电化学法和液相色谱法可以为环境水质分析中的重金属提供准确的检测方法，可以确定水中重金属的组成和含量。为了提高环境水污染控制的效果，建议加大对重金属水质检测技术，多样化的重金属水质检测技术的研究和应用推广，利用天然水中的重金属进行检测，以提高检测精度，从而改善重金属水质并有效处理水污染。