重金属检测技术在环境水质分析中的应用探讨

王 蕾

（东营兴达环境检测技术有限公司，山东 东营 257300）

中国重工业企业的蓬勃发展促进了中国经济的快速发展，并极大地增强了我国的综合国力，但是相应地对我国环境质量也产生了很大的负面影响。因此，水资源污染问题已经受到了大众的重点关注。目前部分可饮用水已经遭受了严重的污染，这不仅在一定程度上损害了人们的身体健康，也给人们的正常生活造成了极大地困扰。比如，大批工业废水被排放到河道中，对水资源造成污染，因此国家应重点关注对环境水质的检测，特别是对重金属的检测。重金属检测所涉及的技术较为繁杂，传统检测方式不仅需要耗费大量的人力物力，而且检测结果也缺乏较高的精准度。在科学技术高速发展的背景下，重金属检测技术也得到了进一步优化，可以保证检测数据的真实性与科学性。为了解决当前检测技术存在的不足，相关部门应通过选择更加合理的重金属检测技术，提高水质重金属检测的工作效率，并加强对水污染的管理力度。

1 检测水中重金属的必要性

水不仅对人类的生产生活非常重要，而且对人们的健康也至关重要，因此水资源的健康在一定程度上也影响着人身安全，特别是在当前人们越来越关注健康的形势下，食用水源的水质安全问题越来越受到人们的重视。在当前科学技术较为成熟的背景下，通过运用重金属检测技术可以检验地下水、地表水、污水等水体中是否潜伏着对环境有害的重金属元素。如果不对水质尤其是对地下水进行重金属检测，将会对生态环境乃至人体健康造成不可逆的危害。

2 水质中重金属污染现状

相关统计数字表明，中国在近几年发生了30起严重的有毒重金属污染事件。在我国七大水域的水质中长江流域的水域相对于其他流域的水质是最好的，但近几年发现长江流域的水体检测样本中悬浊液及沉淀物的重金属元素含量也严重超标。长江中下游一带的情况更是令人担忧。重金属不仅污染了整个水体的环境，而且也破坏了水下生态系统的环境，从而威胁着海洋系统的生态平衡。重金属污染会对水底藻类植物的生长产生影响，这种金属一旦进入鱼的身体并持续积累，对鱼类的生育能力会产生严重影响，而且金属中的重离子含量超过特定浓度，就会导致温重鱼中毒，同时，有毒的重金属也会对人类健康造成不可逆的危害。举例来说，铅会抑制人类胚胎神经系统的发育和生长发育，容易导致骨骼疾病和痴呆情况的发生。通过分析我国不同河流的相关水文监测数据，发现治理水中重金属污染已是国内乃至全球环保工作中的重中之重。鉴于当前水质检测过程中存在着弊端，相关部门或企业必须进一步提高检测技术的时效性和准确度。

3 重金属检测技术应用的现状

在工业生产企业不断扩大工业生产规模的影响下，环境水体也遭到了很大的影响，不但给环境保护工作造成了很大的难度，给人民的健康生活也带来了一定的威胁，尤其是重金属污染的危害是不可逆的。所以要做好在环境水体监测过程中的重金属监测，了解环境水体中是否有重金属单质超标的状况，以保障整体生态环境的平衡。虽然现阶段使用的重金属检测技术已经相当完善，但在水质检测过程中要获得真实有效的检测数据仍要花费大量的时间和精力，并且为了让检测数据更符合实际要求，相关部门在进行检测时还需要将备份样本送至专业的检测中心，由专业技术人员出具权威的检测报告。这一过程使水质检测工作变得格外复杂。因此进一步调整现有的检测技术体系，使其更加完善，并增强重金属检验技术的准确性和实用性是非常必要的[1]。

4 重金属检测技术在环境水质分析中的相关运用

4.1 荧光法

荧光法是指一种光致发光的低温发光现象。当一种常温物体在通过紫外光和X光线的辐照之后，吸收光会进入受激态，从而立即产生比入射光的波长更长的楔角面发光。而入射光一旦终止，发光现象也就会相应消失。带有这些特性的楔角面光，我们就叫做荧光。荧光法是一种比较先进的分析方法，其最大的优点就是灵敏度较高，其次，荧光法的选择性也很强。由于荧光谱既包含发射光谱也含有激发光谱，所以可有许多选择性。此外，也因为其操作较为简便，所以该方法在国内外水体分析方法中的运用也比较普遍。荧光分析法的使用原理和分光光度法很类似，就是当水质检验人员对常温状态下的水体进行重金属测定时，首先要把某种光源直接射入被测定水体中，通过光源照射作用，使水体中的某些重金属单质显得特别活跃，光活性大大增强，重金属单质因子状态也会由静止转变成激发动态，导致稳定性逐渐下降，而等到其重新回复到基本状态时，便会射出出射光，这就是测定时所需要的荧光。获得荧光后，检验人员就能够直接对其进行光谱分析，并由此确定水体中的重金属元素种类和具体浓度等信息。利用这种化合物可以与金属离子发生氧化还原的化学反应，而金属离子浓度越高，反应效果也越显著，这样就更便于工作人员对水体中的重金属单质进行正确地定性和定量。

4.2 液相色谱分析法

液相色谱分析法是在当前环境水体监测中使用得比较普遍且效果不错的一种重金属监测技术，其最突出的优点就是可以实现水体中各种重金属的高效分离。使用液相色谱分析可以对环境监测水体中的各种重金属单质进行监测，并比较快速地分析出有色重金属的分布情况和范围。但是，由于这种方法灵敏度还不够高，在实际应用过程中，技术人员往往要结合另一种方法开展测试，从而能够在保持传统液相色谱分析法有效分离优势的同时，解决其敏感度不足的缺陷，进而极大地提高重金属检测的质量和效率。当前针对这种技术也做出了相关的改进措施，首先要采用离子色谱法进行测量，再采用经调节后的阳离子交换柱抑制电导测量，因而能够在较短的时间内得到一定的测量数据[2]。

4.3 原子吸收分光光度法

原子吸收分光光度法运用的是光学基本原理。原子吸收光谱仪是指呈气态的自由原子对同类原子辐射出的特征谱线所具有的吸收现象，也就是说是根据被测元素的基态原子对其共振辐射的吸收强度来测定该元素的含量。原子吸收是以测定原子蒸气中基态原子对同种原子特征辐射的吸收为依据，就是每一种元素的原子都可以发射一系列的特征谱线，还可以吸收与发射线波长相同的特征谱线。当光源发射的特征波长的光通过原子蒸气时，即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到高能态所需的频率时，原子的外层电子会选择性吸收其同种元素发射的特征谱线，使入射光减弱。由于所有元素中的原子结构和外层电子的排布不同，由基态跃迁到第一激发态吸收的能量也不同，因此各元素就具有了不同特征的共振吸收线，从而对辐射的吸收都是具有选择性的。原子吸收光谱仪根据原子化的不同又分为火焰原子吸收光谱仪（采用火焰燃烧式的原子化）、石墨炉原子吸收光谱仪（采用电加热方法原子化）、氢化物发生器原子吸收光谱仪（采用产生的气态氢化物导入原子化器进行原子化）。原子吸收分光光度法也是目前使用范围较广、灵敏度较高且具有较多选择性的方法，该方法可以更快捷地完成重金属物质的检验工作。

通过对石墨炉原子化法与火焰原子化法相比较可知：石墨炉原子吸收光谱仪是采用电加热方法进行原子化，是利用电流直接加热石墨炉达到高温（2 000～3 000 ℃）使被测元素原子化的方法，可在原子化过程中采用直接进样和程序升温排除干扰并且使被测元素原子化。该方法有以下优点：（1）最大优点是注入的试样几乎可以完全原子化，特别是对于易形成耐熔氧化物的元素，由于没有大量氧气存在，并由石墨提供了大量碳，所以能够获得较好的原子化效率。（2）原子在光路中的停留时间长，绝对灵敏度高。火焰原子化法的基态原子在光路中停留的时间短，部分基态原子在火焰冷区域会重新结合成单氧化物、单氢氧化物和双金属氧化物。（3）用样量少，可直接分析固态样品，如塑料，纤维。而火焰原子化法则需要试样为液态或气态，使其与燃气一起喷出。石墨炉原子化法的缺点也较为明显：（1）共存化合物的干扰比火焰原子化法大。当共存分子产生的背景吸收较大时，要调节灰化温度及时间，使背景分子吸收不与原子吸收重叠，并使用背景校正方法进行校正。（2）由于取样量少，进样量及注入管内位置变动都会引起偏差，因而重现性要比火焰法差。火焰原子吸收光谱法是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围的相对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量的分析方法，是一种测量特定气态原子对光辐射吸收的方法。当辐射投射到原子蒸气上时，如果辐射波长相应的能量等于原子由基态跃迁到激发态所需要的能量时，则会引起原子对辐射的吸收，产生吸收光谱。基态原子吸收了能量，最外层的电子产生跃迁，从低能态跃迁到激发态。该方法具有稳定、重现性好、背景发射噪声低、应用较广及基体效应及记忆效应小的优点。缺点为原子化效率低（一般低于30%）、灵敏度低，且只能以液体的形态进行。这两种方法在现实应用过程中测试的灵敏度差别都较大，因而有选择性地选取原子化方式可以保障环境水质分析中有毒重金属检测工作能够快速准确地进行[3]。

4.4 生物化学分析法

生物化学分析法是当前科学研究价值较高、在水质重金属测定中话题率较高，并且效果突出的一项方法。目前生物化学分析法一般包括酶分析法和免疫学分析法二类。酶分析法一般是利用水源中重金属可以损害酶活性中心的重要结构，进而影响酶的活性，从而减少在基质中的反应速度。该方法可利用显色剂颜色的改变或电导率的改变来反映水质中的重金属浓度，工作人员可以利用具体的测定数据分析得出水源中重金属的分布区域和总量。而当前最常见的蛋白质酶一般是过氧化物酶、脲蛋白酶和葡萄糖氧化酶等。免疫分析法一般是运用抗原与抗体产生的特殊反应来实现重金属的测定，主要优点是敏感度高、选择性强，重金属分子还可以与其合适的络合物进行结合，从而产生特殊的化学结构，将这种特殊结构与抗原或抗体进行融合，就会产生特殊的化学反应，有助于工作人员进行定量分析[4]。

4.5 电化学分析法

电化学分析法是现代仪器设备分析方法的主要部分，它是基于在水溶液中待测物的电特性和规律，以及在电导、电位、功率、电流等电学物理性质和被测物中某种量间的测量关系为基础创立的，对组分实行量化和定性的仪器设备统计分析的方法，亦称为电分析化学法。电化学分析法具有精准性高、灵敏度高、相关设施简单易用、性价比高、适用范围较为全面的特点。因此，通过伏安法分析环境水体的重金属浓度，不会对水体产生二次污染，且方法比较安全，抗干扰能力也较强。电化学方式与其他的检测方法相比，能够更加精确地测量水域中游离的金属离子，同时还可以更有效地降低金属盐分对检测结果的影响，因此使环境监测水体质量的分析结果更加全面、科学。目前，该方法还与强大的数据挖掘技术进行了融合，并构建了重金属水体污染数据分析池，将构成独特的水体环境信息档案，为今后水环境治理的进一步研究奠定了良好的基础。

4.6 重金属流动注射分析检测法

重金属流动注射分析检测法也属于金属流动注射分析技术的一种，这种技术对装置的要求相当低。该技术在逐渐发展的过程中已经开始向智能化发展，可以确保样品以比较平稳的速率进行流通，从而为化学反应的进行创造了一个比较良好的环境。自动化技术可以大大提高样品的处理效果，精简各项操作的步骤，尽量减少人为操纵过程，从而可以减少许多人为造成的影响试验结果的原因，增加了土壤中重金属流动注射分析测试技术使用时间的精确度，大大提高了测试效果和检验品质。所以，该技术被更多地应用于更加重要的环境水质测试工作中，并大幅减少了水量的耗费，同时还可以保证试验结果的有效性[5]。

4.7 电感耦合等离子体原子发射光谱法

电感耦合等离子体原子发射光谱法也是金属光谱化学分析法中的一种测试方式，简单而言就是将电感耦合等离子炬作为测试的激发光源，分析样品中各金属单质的浓度。因为这种方式的敏感度极高，且受其他因素的影响也较小，较多被用于微粒数及痕量重金属单质的测试工作中，并且也可以得出比较精确的数值。另外，电感耦合等离子体原子发射光谱法也可以同时测试并分析多个元素。不过，由于在实际使用过程中，环境水体中重金属元素的浓度不能过高，所以尽管该种方法灵敏度很高，但在实际测试过程中仍然会产生一定影响。因此为了提高测试结果的准确性，就必须结合原子分离与富集技术，通过增加各微量元素在环境水体中的富集量，提高该方法测试的准确性，这从一定程度上拓展了电感耦合等离子体原子发射光谱法的使用范围，并克服了该种方法的缺点，进一步提高了测试结果的准确度与有效性。

5 结语

重金属已经成为我国工业化发展中工厂常见的废弃能源，对自然环境的污染是十分巨大的。为了更好地保障水质，必须通过多种重金属监测技术及时对水体进行监测，以帮助有关研究人员更清晰地掌握重金属在水体中的含量以及分布范围，更高效地对水体中的重金属进行处理，从而保护好生态平衡。因此，我国目前需要不断创新水体中重金属监测技术，不断提高检测水平，这将有助于进一步提高测定结果的准确性，从而可以采取更加合理的措施控制水污染。