论水环境中的重金属检测

吴东峰 戚春玲 宋艾林

(新疆维吾尔自治区生态环境监测总站 830011)

在经济建设与发展中，经济的急剧增长必定会影响到自然生态环境，而重金属污染就是其中的主要污染源。由于重金属会给环境带来极大的危害，对于重金属的检测就显得非常关键。希望通过对水环境的重金属检测进行分析，能对于今后重金属污染起到良好的防范作用。

1 水环境重金属污染特点

1.1 恢复难度大

一旦水环境受到重金属元素的破坏，就很难恢复到原本最初的状态，即便是经过完善治理，水环境之中依旧会存在重金属元素的残留，难免会对水体之中生活的生物带来一定的影响。就目前发现的重金属污染物而言，进入水体环境之后，会导致原本的水体生态环境遭受到破坏，影响水生生物的正常生长，并且通过水生生物进入人体，一旦人食用就会造成严重的影响，甚至对于生命安全、身体健康都会带来极大的威胁。水环境重金属污染还需要及时治理，但是其治理难度偏大。想要积极改善水环境，就需要做好水环境健康监测工作，同时要进一步提升治理技术[1]。

1.2 污染源众多

水环境重金属污染并非是因为单一行为，污染源头较多。重金属污染源除工业废水，也囊括了生活污水和水产品，但是工业废水是其主要的源头，尤其是对于印染行业和冶金行业，在生产之中难免会产生含有重金属的废水。生活污水、水产品、工业废水之中的重金属元素是完全不同的，并且各有特色，所以，在进行重金属元素检测中，需要对不同的重金属元素类型加以分析，做到具体问题具体处理，最终采取差异化的手段来治理污染源。

2 水环境中重金属检测方法

2.1 AAS法

AAS法即原子吸收光谱法，主要是测定对应的蒸汽的目标元素基态，并且也需要了解实际的原子共振辐射吸收度，以此来对目标元素的浓度进行判定。基于元素类别的差异性以及样品的具体形态，可以将其划分为石墨炉原子吸收光谱法、冷光源原子吸收光谱法等多种方式。基于水环境重金属元素浓度，了解其实际的状态，在开展作业中，需要富集重金属元素。如，利用分散液微萃取技术富集Pb、Ni、Cr 等痕量重金属时，可以利用GFAAS进行重金属的测定。通过这样的处理方式，不仅回收率高、操作便捷、精准度佳，还能够满足各种金属元素的同步富集，这样可以节约检测耗费的时间，并且进一步提高检测效率[2]。

2.2 AFS法

AFS法即原子荧光光谱法，基于特定波长光辐射吸收之后，蒸汽中特定原子被激发，并且在这一过程还有对应波长的光辐射发射出来。基于对应的测试环境之下，这种辐射强度和原子本身的含量是呈现出正比关系的。AFS法灵活度佳、选择性强、操作便捷，并且适用范围有限。在具体分析中，还需要考虑到直接结合到冷蒸汽电解技术，这样就可以实现长江流域金属Hg浓度对应的测定与分析处理，电解液选择磷酸盐溶液，这样就可以避免过渡金属离子对于精准度带来干扰。如图1所示，阴极液选择0.5 mol/L的磷酸盐溶液，并且通过1.2 A电解电流，Hg检出限为0.27 ng/L，相对标准偏差只有2.6%，能够实现95%～109%的回收，使用这一方法可以合理规避Cu、Ni、Fe等过渡金属元素的干扰[3]。

图1 Hg信号强度对比分析图

2.3 生物化学法

在生物化学法的使用中，可以考虑利用生物化学感应装置，通过检测目标与物质之间的相互结合的需求，还能够配合上信号转换装置，从而实现各种讯号的输出生成处理。一般会使用到微生物传感装置、免疫传感装置以及酶传感装置。其本身属于较为高效的检测技术，在最近几年得到飞速发展，最终满足精准的、高效的重金属离子检测。在对应的检测中，还需要考虑到磷酸酶碱性电导感应装置对应的使用，见图2的操作演示。通过交叉点击，利用10 mV 的对应交替电压，让输出信号选择前置放大处理装置，然后具体分析其放大装置的情况。通过检测，Ni为5 mg/L、Co为2 mg/L、Pb为40 mg/L、Zn为2 mg/L，其相对标准偏差不会超出4%[4]。

图2 电传导感应装置测定实验流程图

2.4 气相色谱联用法

气相色谱联用法在实施操作环节，主要是考虑到气体作为流动相色层分离分析的一种方式。对于汽化试样的处理，在带入到色谱柱之中的载气，其各个组分同柱中的固定相作用力有所差异，使得从色谱柱之中流出的时间存在不同，并且组份彼此分离。通过适当的鉴别与记录，制作出色谱柱时间和浓度色谱图。针对这一分析方法，主要是考虑到气路控制偏高，温度控制，但是也是针对有机物进行具体分析的一种手段。在检测过程中，考虑到实际的污染度，这一检测法具有较高的发展潜力。

3 水环境中的重金属检测的具体分析

为了更好地检测水环境的重金属，直接利用气相色谱联用法，针对其具体使用进行分析，希望对今后的重金属检测有一定的借鉴作用。

3.1 气相色谱联用法的使用

第一，控制水环境样品问题。针对水环境之中被测样品温度控制要利用PID控制器的建立，其原理在于通过对偏差比例、积分以及微分等参数之间的线性组合模式，这样就可以考虑到基于PID控制的控制量，从而满足被控对象的自动化控制处理。其控制算法在于：

e(t)=r(t)-c(t)

(1)

(2)

通过(1)和(2)的分析，其中r(t)代表的是设定值；e(t)代表的是控制偏差；u(t)代表的是输出控制量、c(t)达标的是实际输出值；TD代表的是微分时间常数、KP代表的是比例系数；T1代表的是积分时间常数。在控制模块之中，时间积分常数值越小，那么积分对应的作用就会越大，而通过微分参数的作用，就能够反映偏差信号实际的变化规律。在受到气相色谱作用之下，关键就在于温度的控制模块，并且对于温度控制要求达到0.1 ℃。而定性定量的色谱参数准确性还会影响到温度的控制精度。首先，通过温度传感器，就可以针对部件的温度选择温度敏感特性加以呈现，利用电路让阻值能够转换成为模拟信号，通过A/D转换器，就可以将其转化成为数字信号，然后通过计算机，让被控部件的实际温度值能够与设定的温度值进行对比，再配合上PID的控制器输出控制信号，在信号的驱动之后，加热装置就会对应到被控的实际温度。在完善样品温度控制处理之后，就可以奠定良好的基础，服务于气相色谱联用法的使用[5]。

第二，气相色谱联用法的检测。传统模式下，针对气路流量和压力打开通知主要是利用稳流阀和稳压阀进行，但是这样的方式精度偏低，无法满足自动控制的要求。电子压力控制方式的使用，就可以从内部压力传感器实现对气路压力的检测处理，之后选择A/D转换，就可以将其输入到PID控制器之中，再通过计算，最终获取控制信号，控制信号传输到D/A转换模拟信号输送给对应的控制阀，最终满足压力的精确调控处理。针对其计算公式，具体如下：

(3)

其中，Q代表的是色谱柱的载气流量；μ代表的是载气动力粘度；r代表的是色谱柱内径单位；L代表的是色谱柱长度；Pref代表的是常压；P0代表的是色谱柱的出口压力；Pi代表的是柱前压；Tref代表的是常温；T代表的是色谱柱温度。通过固定气阻的使用，让压力保持恒定，伴随着压力差的不断增大，其流量也会对应的增加，通过电力压力来控制压差，这样就可以实现气路之中气体流量的有效控制。在经过改良之中，载气选择高压气瓶，通过气体净化器，将其中的污染杂质剔除，以此来提供纯洁的载气，然后利用前面剔除的PID压力控制程序，就可以控制好气流压力与流量，在分流气化室之中采集样品，还需要快速气化处理，并且要求在稳定载气携带之下直接进入到色谱柱之中，并且在色谱柱之中还可以满足各个组分之间的相互分离。等待分离之后，在载气的推动之下，就可以直接进入到氢火焰离子化检测器，另外，直接将其电离成为带电离子，在作用之下，就会有电流信号的形成。之后，配合微电流放大器放大，利用数据采集卡就可以进入到色谱工作站之后，顺利实现检测。

3.2 实验论证分析

为了做好原子吸收光谱法和气相色谱联用法的性能对比分析工作，在这里进行了传统的对比实验处理。其中，色相气谱联用法之中的氮气流量为30 mL/min、氢气流量为15 mL/min，空气流量为300 mL/min。通过实验研究分析，在这一条件下，氢火焰离子化检验其本身的信噪比是最低的，并且其检测性能最佳。考虑到使用原子吸收光谱法对于多元素的分析处理要求还存在一定的差距，所以，实验室之中仅仅是针对两种污染物进行了实验对比分析。通过500 mL/min的甲苯、二甲苯进行相互之间的融合，最终就可以满足模拟污染物等处理过程，针对其结果见图3所示。

图3 检测方法误差率分析图

通过图3所示，在检测过程中，气相色谱联用法的误差率要明显低于原子吸收光谱法。所以，在分析之后发现，使用气相色谱联用法，其本身更加适合在水环境重金属污染检测之中使用。

4 结语

随着人们对于环境质量要求的不断增高，为积极改善水体环境，要注重对于水体重金属污染物的有效治理。目前，在治理重金属元素污染的过程中存在恢复难度大、污染源头多等问题，要求采取合理有效的方式来进行水环境重金属的检测处理，这样才可以为后续科学检测提供有效的治理手段。在今后的研究中要注重水环境之中的重金属检测，并且积极推广全新的检测技术，满足水环境保护要求。