环境水中重金属离子的测定方法研究综述

李春正，邹可可

（河南省平顶山水文水资源勘测局，河南 平顶山 467000）

现代工业的快速发展带来的不仅是经济的快速发展，还有工业废水废料造成的环境污染。在废水废料的各项污染中，重金属污染与人类生活息息相关的。新闻上频繁报道的“毒大米”“铅超标”等污染现象都是重金属污染引起的。重金属污染已经关系到人民生活的健康安全，重金属污染事件如果放任不管下去，本身对自然环境会造成很大威胁。重金属最有效的防治办法一直都在紧锣密鼓的研究当中，环境水一直都是生物循环赖以生存的水源，一旦被重金属污染危害是整个生物圈的安危，重金属对环境水的污染表现的十分隐秘，无色无味也不会对水体表面造成任何影响。其实水体污染已经非常严重，一旦被野生生物饮用或被用来浇灌农田，会引发野生动物集体生病和农田的农作物集体坏死的严重后果。而且环境水的流动性很大，水循环会将被重金属污染的环境水带入到大气层中继续扩大污染范围。

防治环境水中的重金属污染一定要注意重金属的监测，能够进行测定重金属的方式随着科技的进步变得越来越多。目前应用于环境水中重金属测定方法的有电解法、加入化学试剂进行重金属沉淀、膜分离法等等，这些方法进行多年使用总结下来有一些不足之处[1]，例如在解决重金属污染的同时，也带来了二次污染，并且处理工序繁杂，成本极高。有的处理方法只针对一种重金属污染有效，为了将同一片水域的污染进行彻底清除需要进行多次治理，消耗大量的时间和劳动力。

因此，研究比较出适用于大部分重金属离子测定的方式非常重要。工农业废水废料直接排放在江河湖海当中，废水源头杂乱，在重金属离子的监测有很多干扰因素。所以首先要分清环境水中重金属污染的源头。冶炼重金属的废料排放到水中会残留铅、砷、汞等有害物质，而农业生产的农药和化肥产生的重金属污染物质，如果被水下的鱼虾微生物吸收，会引起大批生物死亡，破坏整个水体生态系统。被重金属污染毒害的生物尸体产生化学反应再次加重环境水的污染程度，形成污染-生物死亡-污染加重-更多生物死亡的恶性循环。治理重金属污染的前提是能够测定出环境水中重金属成分，本文就几种常用的测定方法进行概括和研究。

1 环境水中重金属离子的测定方法

1.1 火焰原子吸收光谱测定法

火焰原子吸收光谱测定法是比较有历史年代的测定方法了。火焰原子测定的基本原理是利用原子态火焰判别其中含有的重金属种类，采集含有重金属离子的环境水作为检测样品，为了保证重金属检测的精确性，检测样品要经过过滤处理。测定实验需要准备的仪器和设备如下：

表1 仪器和试剂

在进行检测之间对空压机的压力进行调试，压力机的压力应在0.1Mpa~0.3Mpa之间，随着检测重金属带来的气流量进行调节。气流量的计算是火焰原子吸收光谱测定法的关键步骤，选定助燃气的标准是确定重金属离子和各种火焰之间的化学反应，化学物质产生的火焰一般温度较高，在选择助燃气的时候空气和乙炔的比例是4:15。检测重金属离子时，助燃气流保持不变，通过化学燃气的来判断铜溶液的吸光度。吸收谱需要尽可能地排除测定的干扰因素，保证满足各种重金属离子的测定准确。

1.2 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法是利用电子对光源中波长辐射的吸收特性，吸收了光辐射的电子处于活跃状态，由于每种元素都具有自己的谱线，可以对重金属离子进行定性分析。

环境水中不同重金属离子对光的吸收率可被转换为电子信号，重金属离子对光源辐射的吸收是一个漫长的过程，所以光源在测定时间里不能减弱也不能偏移。在对环境水的水质进行分析的时候，要及时将水中的杂质过滤出去。进行测定重金属离子之前要将测量仪器进行校正，配置标准溶液的时候采用500mL以上的容量瓶，现用现配，需要添加纯水进行稀释要采用滴加的方法[2]。测定的容器需加入硝酸溶液进行浸泡消毒，原子吸收光谱法要求将测定试样进行原子化。无论原样品的酸碱度如何，都要将其ph值进行中性处理。在测定过程中势必会有一些干扰因素，火焰的温度可以消除一些化学物质的干扰。如果杂质不会因温度的变化而消失，也可以对症下药的添加一些缓冲剂综合反应。在重金属离子测定的时候，调节电离子的浓度可以消除电离子带来的干扰。

原子吸收光谱法所采用的测定仪器不断地改进和发展。原子吸收光谱法容易出现吸光度低，对统一测试样品进行反复测试时RSD逐渐偏高的问题。此时就要检查是不是石墨有了相应损耗，加热时加热源和试样接触充不充分。如果有问题一定要及时更换热源。原子吸收光谱的进路是否产生泄露，仪器对测定结果具有直接性影响，出现零件老化和螺丝松动的情况要及时调整。光谱系统的灯源调节至最大亮度，可以适当提高电流在进行光谱的扫描。在正式进行测定之前先进行试运营，看看在无测试样品的时候光谱是否正常，电流峰值是否在正常水平。原子吸收光谱法对重金属的灵敏度不高，可以适当延长灰化时间，提高原子化的温度环境。

1.3 可见分光光度法

紫外线光度是操作上最简单的一种测定方法，可见光分光的灵敏度不高，如果样品中的重金属离子微乎其微容易测定不到。近来可见光分光光度法中改进了分离法和催化剂。在二氧化硫充当介质的条件下，将质量浓度为0.68%的丙烯酰胺放在测定溶液中。丙烯酰胺的分子链有足够的长度，可以轻松的吸附阳离子。设计实验装置用化学计量法测定环境水中的重金属离子。

图1 离子交换膜装置

如图1所示，设计离子交换的实验装置，分别将鉴别溶液和环境水测试溶液放置在实验装置凹槽的两侧，鉴别溶液和测试样品的比例大概是4:1[3]，并在两种溶液之间放置离子交换膜用来保持交换平衡。鉴别溶液起到了缓冲作用，提高了可见分光度法对重金属的灵敏度。可见分光光度法相较于其他方法分析速度较快，可选择性很强。但是元素测定的种类不如其他两种方法多。可见分光度法的优势是紫外线是可以循环利用的资源，所用的装置和溶液很容易组装和调配。

2 讨论和展望

2.1 测定方法比较

火焰原子吸收光谱测定法相比与其他的测量方式，在环境水中测定的优势比较明显。适用于大面积地进行测定，环保相关部门可以普及这种方式，不过火焰原子吸收光谱法在进行测定之前一定要记得将试样的ph值控制在一定范围内，才能在水环境中为重金属离子的测定创造条件。降低ph值一般使用硝酸盐，硝酸盐还可以改变水环境的结构，使水环境变得适合重金属原子释放。相比其他测定方式，火焰原子吸收光谱测定法运用在重金属离子的测定上的时间不长。不过火焰原子吸收光谱测定法对重金属的敏感性较高，测定精度大于其他方法。

因为干扰因素总是会随着正常测试样品中的金属离子一起被测定，如果外层离子的游离电子通道适合颗粒大的电子通过，其他物质的大颗粒电子也会被当作金属离子一起测定。原子吸收光谱法的测定方法的优势就是大颗粒的离子无法通过外层电子的通道，原子吸收光谱法的干扰因素要比其他方式少很多。一般一种测定方式只能测定几种重金属元素，而原子吸收光谱法的测定范围很广泛，几乎小电子的金属离子都可以被次方法测定。其他方式想要将测试样品中所有重金属离子都测定出来需要好集中方式叠加使用。而原子吸收光谱法部件测定范围广，测定过程对重金属的活泼性要求不高，即使是不活跃的重金属也可以被检测出来。

与火焰原子吸收光谱测定法和原子吸收光谱法的测定方法相比，可见分光度法的操作简单，需要的仪器和试剂最少，测定重金属离子的灵敏度处于中等水平，适用范围比较广。在三项技术中，紫外线可见分光度法的最重要元素——紫外线在室外随处可见，是可再生光源。应用于重金属离子测定比较符合环保要求。但此方法测定的重金属元素不多，不合适多种污染源头的水源的重金属离子测定。在该方法的基础上加入利于电子吸附的元素后，紫外线可见分光度法的使用范围变广了，提高了重金属测定效率。

2.2 对未来的展望

社会的经济发展势必会牺牲一定的环境作为代价。城市生活垃圾堆积如山，工业废水废料肆意排放都是环境遭到污染破坏的原因。意识到工业发展对环境的破坏后，各大工厂的生产和人们的生活都开始注重环境保护，将会造成环境污染的因素都监测出来是保护环境、治理污染的前提。分光光度法的操作比较简单，操作所使用的仪器价格便宜，但在未改造之前对重金属离子的灵敏度降低。改造之后又有造成二次污染的危险，检测的重金属类型也比较少，不适于广泛使用。火焰原子吸收光谱测定法对重金属的灵敏度很高，除了降低测试样品的ph值之外也没有添加具有酸碱性质的化学添加剂，造成二次污染的可能性不大。原子吸收光谱法的测定方法对样品的处理方式比较麻烦，需要的精密仪器也比较多，对水环境要求较高。三种方式都是比较常用的测定方式，都具有一定优势，只要多进行研究就可能更好的运用在重金属离子的测定上。