环境水质分析中重金属检测技术的应用

2021-11-30李如圆

中国金属通报 2021年4期

李如圆

（山东省济宁生态环境监测中心，山东济宁 272000）

近些年，随着工业企业的快速发展，对我国社会经济的发展有着很好的促进作用，但是相应的对环境质量也产生了非常大的影响，特别是对环境水质有着很大的污染，大量的工业废水排放到河流当中，对人们的生活质量有着很大的影响，因此就需要强化环境水质分析当中重金属检测的力度。重金属检测技术种类呈现多样化，传统的检测技术比较费时费力，并且检测结果和实际的现场检测结果差异很大，参考意义不大。随着重金属检测技术的不断发展和成熟，能够很好的为环境水质分析工作提供良好的数据信息，对检测工作进行辅助，将水污染处理效果有效提升。本文主要就对环境水质分析中重金属检测技术的应用相关方面进行分析和探讨[1]。

1 重金属水质污染现状

水质中的重金属主要来源于工业废水，随着工业的快速发展以及城市化进程的加快，越来越多含有重金属的工业废水和生活污水未经处理就排人自然水体中，造成了严重的水体污染。例如，木材加工业会产生含砷废水;无机颜料制造业会产生含铬和镉的废水，还有印刷、电路板、电镀、金属处理等行业。这些行业产生的含大量重金属的废水是一类对生态环境和公众健康危害极大的废水，尤其是随着工业行业的不断发展，重金属的产量也在相应的不断增加，如果没有合理控制，对于环境所造成的威胁往往是非常难以估量。

2 重金属水质检测的重要性分析

2.1 重金属的危害

重金属会造成蛋白质的结构产生不可逆转的变化，从而对组织细胞功能有所影响，使得人会出现中毒的情况。最为重要的就是，重金属若是进入到河流和土壤，很难被生物所降解，在种植物体内不断累积，若是被人所食用，往往可能使得人产生重金属中毒的情况。重金属也会在人体当中的某些器官中累积，导致慢性中毒，对于人们的生命健康有着很大的影响。比如，镉可在人体的肝、肾等器官组织中蓄积，造成各器官组织的损伤。又如1953年至1961年，发生在日本的水俣病事件，无机汞在海水中转化成甲基汞，被鱼类、贝类摄入累积，经过食物链的生物放大作用，当地居民食用后中毒。

水环境污染中的重金属污染就是一种常见问题，且难以对其进行有效处理，使得这些污染物随着食物链进入到人体，对我国人民的身体健康产生较大威胁。虽然水环境能够对部分的污染物质进行自主净化，但是在重金属污染超标的情况下，与这些污染后水质接触的动植物都会受到侵害，难以保证整个生态环境的平衡性。

2.2 重金属检测在环境保护中的作用

2.2.1 保障用水安全

目前水库、湖泊及河流是我国人民日常用水的主要来源，将重金属水质检测技术应用到环境水质分析中，可以帮助工作人员及时发现其中存在的重金属污染问题，确认重金属污染是否超标，进而采取合理的措施进行处理，在提高环境水质分析工作效率的同时，保障我国人民的用水安全[2-4]。

2.2.2 水体重金属污染监督治理的前提和依据

在工业经济的发展背景下，环境水质中的重金属污染超标问题频繁出现，若无法及时对其进行处理，势必会造成永久性的环境破坏，使得周边的生态环境也受到较大影响。充分发挥重金属水质检测在环境水质分析中的作用，可以帮助工作人员找出重金属污染源，进而对其进行严格控制，确保工业废水的达标排放，实现降低重金属污染、保护生态环境的目的。

2.2.3 提高准确度，弥补传统检测技术的不足

在应用传统技术进行环境水质分析的时候，难以充分了解环境水质中的重金属，使得环境分析结果的准确性无法得到保障，最终影响到后续环境保护工作的顺利开展。但是将重金属水质检测技术应用到环境水质分析中，可以弥补传统检测技术的不足，提供可靠的数据支持，从而保证环境水质分析的准确性，实现对水质的有效控制。

3 环境水质分析中重金属检测技术具体应用

3.1 荧光法

荧光是指一种光致发光的冷发光现象。若是某种常温物质通过紫外线或者X射线进行照射之后，吸收光会进入到激发态，同时及时发出比入射光波光更长的出射光，入射光若是停止，发光情况也会消失。对于这种性质的出射光就称之为荧光。荧光法作为一种较为先进的分析方法，其特点主要就是灵敏度较高，如污水中汞含量可以检测到10-10克，银含量可以检测到10-10克。其次，荧光法的选择性强。因为荧光光谱既包括发射光谱又包括激发光谱，所以可以有多种选择。另外，由于它操作相对简单，因此该方法在我国水质分析中的应用也较为广泛。荧光分析法的操作原理与分光光度法相似，比如水质检测人员如果要对常温状态下的水质进行重金属检测，首先需要将特定光线射入被检测水质中，经过光线照射作用，水质中某些重金属元素会变得异常活跃，活性提高，重金属元素因子状态将从静态转变成激发动态，稳定性降低，等到它再次恢复到基本状态时，便会射出出射光，这就是检测时所需的荧光。得到荧光后，检测人员就可以对其进行光谱分析了，从而得出水质中重金属元素所含种类及具体含量等信息。采用荧光法对水质进行检测时，常用到以下几种荧光发射物：纳米材料、量子点、荧光染料。这些物质对重金属具有较大的反应，重金属含量越高，反应效果越明显，这样也越有利于检测人员对水质中的重金属元素做出准确的分析和判断。

3.2 电化学分析法

电化学分析法是仪器分析的重要组成部分，它是根据溶液中待测物质的电化学性质和变化规律，在电导、电位、电量、电流等电学量与被测物质某些量之间的计量关系的基础之上所建立的，对组分进行定量和定性的仪器分析法，也称为电分析化学法。电化学分析法主要具有以下特点：①准确度高，比如电解分析法和库仑分析法，前者适合高含量成分测定，后者适合微量成分测定；②灵敏度高，最低分析限度可达到10mol/L～12mol/L；③仪器设备简单，操作、调试也很方便，容易实现自动化，而且价格也比较低廉；④测量范围宽泛，如果是微量组分测定，可采用微库仑分析法、电位分析法，如果是中等含量组分或者纯物质分析，可以采用电容量分析法、电解分析法。由此可见，采用电化学分析法来检测水质中重金属含量，不仅可以节约技术成本，而且还可以保证检测结果的真实、可靠。例如，采用伏安法分析水质重金属含量，不会对水质造成二次污染，而且方法安全，抗干扰能力也较强。电化学方法与其他检测方法相比，它能够准确检测出水质中游离的离子，同时还可以有效避免盐分对检测结果的影响，使环境水质分析报告更加全面、科学。目前，该方法还与大数据技术进行了结合，建立了重金属水体污染数据池，形成特定水质档案，对未来水质环境治理工作开展创造了便利条件。

3.3 ICP-MS分析法

电感耦合等离子体质谱，即ICP-MS，它以独特的接口技术将ICP的高温电离特性与四级杆质谱仪灵敏快速扫描的优点相结合，形成了一种新型的元素和同位素分析技术。在分析能力上，它可以取代传统的电感耦合等离子体光谱、石墨炉原子吸收光谱、火焰原子吸收光谱等分析技术。ICP-MS可以用于物质试样中一个或多个元素的定性、半定量和定量分析：ICP-MS可以测定的质量范围为3～300原子单位，分辨能力小于1原子单位，能测定周期表中90%的元素，标准偏差为2%～4%，每元素测定时间10秒，非常适合环境水质分析中多种重金属的同时测定分析。它的工作原理是：所需要分析的样品一般通过水溶液的气溶胶方式引入到氩气流当中，继而进入到由射频能量激发的处于大气压下的氩等离子体中心区；等离子的高温使样品蒸发、气化解离、原子化、电离；一些等离子体通过不同的压力进入到真空系统中；检测器对离子有效的转化为电子脉冲，继而由积分测量线路进行计数；电子脉冲大小和样品分析离子的浓度有直接的关系，采用和已知的标准或者参与物质进行对比分析，以此来对未知样品当中的重金属元素实施定量的分析。

3.4 生物化学分析法

在重金属检测技术中，生化方法也十分重要。当前在重金属检测技术中运用的生化方法可分为免疫分析方法和酶分析方法两种。其中免疫分析方法是利用水中重金属物质可以与结合物相结合，并产生特异反应的特性，对水中存在的重金属的数量进行确定，再以计算出的重金属数量为基础，进行相关清理工作。而酶分析方法的主要原理是利用水中的重金属会与酶产生反应的特点，使所加入酶的中心筑基与重金属中所含离子相结合，大大减少酶的活性，在反应完全后再由专业人员对颜色、酸碱程度以及导电能力的改变进行测定及分析，由此达到监测水中重金属含量及范围的目的，便于专业人员对水质进行更加彻底的恢复工作。

3.5 原子吸收法

原子吸收分光广度法的优点比较显著，其检测时间短以及准确性比较高，有着良好的灵敏性，主要就是检测操作方式比较简单，自身抗干扰能力较强，导致整体检测结果准确性非常的高。因此，原子吸收法在重金属检测中有着很大的应用空间，使用价值也是非常的高。原子吸收法当中使用效率比较高的就是火焰原子吸收分光光度法，在应用当中需要重视以下三个方面的问题。首先，在水样品进行处理中，若是样品的差异比较大，在对检测方式的选取中需要对其合理性和适用性进行重视。水样品当中若是没有沉淀以及悬浮物，对样品就可以直接实施检测。水样品当中若是有泥沙，就需要首先通过离心沉淀过滤等，这样才能够对重金属检测准确度提升，避免在检测工作中对仪器设备产生损伤。其次，加强对火焰吸光度稳定性的提升。针对水样品当中较为活泼的金属元素实施检测中，相对于火焰吸收光度仪稳定性有着很高的要求，保证预热时间能够充分。确保燃气在符合要求的基础上，做好定期检测工作，避免产生测量误差的情况出现，甚至会有危险情况出现。最后，需要将测量明敏度不断提升。在水质重金属检测中，需要保证仪器设备性能符合要求，需要测量元素特征的稳定性，选取合理的测量基础条件等。比如，燃烧头的高度，狭缝的宽度以及灯电流能量等，使得仪器设备状态保持最佳。在实际的检测中，需要认真仔细，保证准确性符合要求。

3.6 液相色谱分析法

在现阶段水质检测当中，液相色谱分析法应用非常的广泛，并且效果也比较好，最为显著的特点就是分离效果比较高，采用液相色谱分析法可以对水质环境中多种重金属实施检测，对重金属的分布以及范围可以很快的分析出来，但是这种方式自身的明敏度比较差，在实际的检测工作落实中，工作人员通常会将其和其他检测方法结合起来实施检测，这样可以保证液相色谱分析法自身分离高效的基础上，对其灵敏度不高的缺点进行弥补，以此将重金属检测的质量以及效率可以提升。目前，对于这项技术也在不断的加强完善，在水质检测中，首先通过离子色谱分析法进行测定，在对其改良后的阳离子交换柱可以对电导抑制进行检测，可以在很短的时间当中获得相关的检测数据。