水环境检测中重金属检测技术的应用

胡赫 刘翠翠 李巍巍

1. 山东省环科院环境检测有限公司 山东 济南 250000；2. 山东至新环保科技有限公司 山东 济南 250000

引言

重金属一般指密度大于4.5g/cm3的金属，大部分重金属在人体内积累到一定量时都会产生毒性作用。重金属主要通过人类的工业活动排放至环境中，再通过各种途径进入生物体内并随着食物链不断富集。因此，对环境中的重金属离子进行检测是控制重金属污染、保障食品安全和公共卫生安全的重要环节。传统的重金属检测设备体积庞大且对工作环境要求高，只能配合抽检、送检等方式，无法在采样点完成现场检测。此外，检测设备的操作方法复杂、价格昂贵，人员需要长时间培训才能降低操作带来的检测误差，不易于在基层推广。现场快速检测指利用便携式检测设备在现场采样完成后直接进行目标检测的方法，具有不需送检、检测快速、操作简单和设备成本低等优点，相较于传统的检测方法更易在基层推广。

1 水体重金属的基本概述

水在本质上属于维持人类生命的基本物质，而水体当中所蕴含的重金属元素，所指的主要就是那些密度在≥4.5g/cm3的金属元素，在水源内部存在的各类重金属元素，如果出现了超标的情况，就会对群众自身的身体健康产生严重的危害。举例说明，砷元素就具备着神经毒性，砷能够直接穿过人体的血脑屏障，并直接进入到脑实质当中，通过对中枢神经系统进行影响的方式，实现对于神经递质释放的直接控制；而镉元素所发挥的毒性作用，其影响的主要目标就是肝脏以及肾脏等重要的代谢器官，如果镉进入人体内部，就会引发肾脏损伤的问题出现，而随着污染时间的逐步提升，也会对肾小管带来较为严重的损害，使得各类蛋白以及酶在尿液当中的含量不断提高。同时，镉也会对人体的生殖功能产生影响，容易引发胚胎营养不良、胎儿畸形以及卵黄囊功能紊乱等多种问题出现，也不利于精子的正常发育。而如果浓度较高的铅进入人体，也会对血脑屏障产生一定程度的损害，不仅会对中枢神经系统产生较为严重的损伤，也会对生长发育产生极大的限制，免疫系统的强度也会逐步降低[1]。因此，目前社会对于水体当中重金属元素检测技术所提出的要求越来越高，站在实际情况的角度上来看，我国目前所采用的各类重金属检测方式相对较为成熟，所起到的效果也十分显著，特别是通过光谱法等方式的应用，更是起到了较为优异的检测效果，而重金属检测方式所起到的效果以及是否能够满足衡量标准，则与技术灵敏度、检测精准度等综合因素有着较为紧密的联系。

2 水环境监测全过程质量体系构建原则

2.1 真实性原则

在水环境监测体系设计的过程中，要遵循真实性原则，要分析、监测水环境污染时间，分析污染物空间分布情况，了解和把握水环境的实际情况和特点，采用实测法进行水环境的质量监测，甄别和筛选出具有水环境特点的指标和参数，确保监测质量数据的可靠性和真实性。遵循最优监测布点的原则，确保体系设计重点突出，制定环境监测质量技术方案，构建水环境监测质量体系。通过定性定量相结合的方法，筛选水环境监测指标，做好监测指标权重分析工作。

2.2 科学性原则

水环境质量监测体系设计要遵循科学性原则，水环境污染具有可预测性，能够预测相关地区的水环境污染状况和特点，从而把握水环境污染的发展趋势和方向，利用先进水环境质量监测和管理技术，搜集和整合水资源污染的数据和信息，了解污染物的分布情况、来源和类型，对污染物进行分析和研究，若发现具有危险性的信息，立即发出警示，采取相应的措施进行污染物的控制和管理，从而阻碍水污染的扩散，减轻水环境污染的程度，从而尽可能地保护水资源。

2.3 系统性原则

水环境监测质量体系设计过程中要坚持系统性和综合性原则，全面地进行相应指标的考虑和分析，不仅要分析内生指标、外生指标，还要分析过往的数据信息和监测指标，全面整理监测信息和参数，从而丰富水环境监测体系内容，真实全面地对水环境质量进行监测，提高水环境监测质量体系设计的系统性、全面性和综合性，整合和归纳最全面的质量检测内容体系，为实际的监测工作奠定基础、提供依据。

3 环境水质监测存在的问题

3.1 监督管理不及时

如何全面提升环境水质监测工作的水平，既需要相关工作人员的能力提升，经验提升，还需要相关监测设备予以更换，保证设备的先进性，符合当前社会发展，也符合当下对于水质监测的需求，除此之外，还要结合外部的监督管理方面的作用，只有监督管理更为及时，才能够确保水质环境监测工作水平有所提升。不断地完善监管方案以及工作体系，在水质监测工作开展过程中有章可循，这样不断地提升水质监测的效率和质量。但是在实际工作开展过程中，还存在部分监测工作，只凭着以往的经验来进行水质监测，并没有按照监测的要求来进行实时性的监督管理，尤其是，水质的污染越为严重，这也给监测和监督工作带来了一定难度，所以部分监测机构弱化了对于水质监测的监督管理工作，更有甚者还会存在串通更改监测数据等问题，为了谋取利益而不择手段，而这些方面都严重影响环境水质监测工作的合理性，既不符合当下的发展需要，也和环境保护理念背道而驰。

3.2 监测人员的整体技术水平不高

当前在环境水质管理体系中，监测工作是必不可少的环节之一，随着我国对于环境保护越来越重视，绿色发展、可持续发展的理念深入人心，对于环境水质监测工作不断深化，全面落实可持续发展的理念，最终确保水质管理工作的整体水平。就当下来看我国环境水质监测还存在诸多问题，主要体现为三个方面：监测人员的整体技术水平、能力还不够到位、经验不够丰富。同时，部分环境水质监测单位的设备较为落后，难以适应当下水质监测的整体需要。首先从监测人员本身来讲，部分监测人员技术水平还不够高，相关的经验不够丰富能力还难以适应当下的监测模式，对于部分水质监测机构中，在工作开展往往需要大量的人力物力，所以部分工作人员，技术水平，工作能力参差不齐，在招聘的过程中，缺乏对于人员的考核，或者是缺乏明确的招聘标准，并没有考虑到实际的工作需求。

4 水环境检测中重金属检测技术的应用

4.1 荧光传感器检测技术

荧光传感器检测是较为有效的检测技术，可以根据传感器与待检物之间的荧光信号变化情况进行定量分析，所以可以利用荧光传感器检测水环境中的重金属离子。首先，部分水环境中存在铜离子，而铜离子遇到磷酸三会产生强烈反应，所以可以通过磷酸三检测水环境中的铜离子并判断荧光传感器是否存在淬灭现象，若存在就说明含有铜离子。其次，可以利用合成后修饰法制作荧光传感器专用探针，并利用探针进行铁离子检测，若探针存在淬灭反应就说明水环境中含有铁离子。此外，可以在金属有机框架化合物中添加适量的硫离子，之后通过化学试剂盒检测铬离子与汞离子，若传感器出现淬灭现象就说明存在铬离子，若出现荧光强度增加现象就说明存在汞离子。

4.2 生物传感器检测技术

在生物科技不断发展的过程中，生物传感器在水环境重金属检测中的应用越来越广泛。常见的生物传感器有酶传感器、微生物传感器以及特异性蛋白生物传感器等，这些传感器都具有操作简单、灵敏度高等特点，可以快速检测水环境中的汞、铜等重金属元素。在应用该检测技术时需要选择合适的传感器，增强检测结果的准确性。

4.3 原子吸收分光光度技术

原子吸收分光光度技术以光学原理为依据进行检测，电子在跃迁过程中将多种类的光谱吸收聚集在一起，进而形成紫外光，并最终实现吸收光谱。通过对光谱的差异性分析，可以得出水质环境中重金属污染物的实际情况，同时有效检测其他介质，最终实现对重金属的检测。该技术具有极强的实用性特征，有着极高的检测灵敏度，同时还具有选择性，能够高效完成检测实验。在应用该技术检测的过程中，只需要判断外层电子对紫外线和有关光线原子的具体吸收情况，进而准确地获取检测结果。现阶段，可以通过火焰和石墨炉两种方式进行检测，这两种方式的灵敏度都非常高，可以保证水质环境中重金属的检测质量，但在实际的应用过程中，因原子装置存在一定的差异，要结合具体的检测需要做出选择[2]。

4.4 电化学技术

在实际应用过程中，需要带有电化学性质的检测物质作为辅助，才能实现对重金属元素的检测。技术人员通过电化学性质的差异加以分析，进而判断出水质中物质的成分及含量。在具体操作时，技术人员需要将实验液添加到电化学池内，从电化学池中各项参数的变化及检测物质深度间的联系，分析和判断实验样品的成分及含量。在电化学技术中，电位分析和溶出伏安法是比较常用的检测方式，能够使重金属物质从游离物质中快速且准确地分离出来，大幅降低实验的检测难度。应用该技术对重金属进行检测时，使用的仪器设备极为简单，其实际操作成本也不高，具有较强的实用性。

4.5 红外光谱技术

红外光谱仪是一种非常重要的光谱分析仪器，广泛应用于化学、生物、药物、材料等领域。早期的红外光谱技术主要采用分光光度计和棱镜型分光仪进行光谱分析。这些仪器通常需要在样品和参比样品之间进行比较，因此，需要具有高分辨率和高精度的检测系统。20世纪60年代和70年代，随着计算机和数码技术的发展，红外光谱仪逐渐实现了自动化和数字化[3]。研究人员可以通过计算机控制光源、光谱分离和光谱检测等部件，实现快速准确的光谱分析。在现代科技和化学研究中,红外光谱技术得到了广泛的应用。红外光谱仪非常灵敏：红外光谱仪可以探测到分子中的化学键振动，因此，可以用于检测微量物质。非破坏性检测:红外光谱仪不需要对样品进行任何物理或化学处理，因此，具有非破坏性检测的优点。多样性：红外光谱仪可以分析几乎所有的有机和无机物质，因此，在材料科学、化学、生物学等领域有广泛的应用。但是需要制备样品：在进行红外光谱分析前，需要制备样品，并将其放置在固体、液体或气体状态下。这个过程需要时间和劳动力，并且有可能会引入样品中的污染物。受到水汽、二氧化碳等气体的影响：红外光谱仪对水汽、二氧化碳等气体的灵敏度非常高，因此，需要对检测环境进行控制，否则会影响结果的准确性。分辨率有限：红外光谱仪的分辨率通常在0.1～1cm-1。这意味着它不能检测到非常小的光谱峰，因此,需要使用其他高分辨率的仪器进行补充。

5 结束语

在近年来的发展进程中，随着全球工业的高速发展，以及各类理论知识的更新完善，这也为金属电镀以及金属冶炼等社会行业的发展起到了良好的促进作用，同时也提升了经济发展。而站在实际情况的角度上来看，相比其他污染，水环境重金属污染的污染源相对较多，恢复难度也较大，若不及时检测和治理就会造成严重后果。而比色传感器检测、荧光传感器检测、电化学传感器检测、生物传感器检测、电感耦合等离子体质谱法等检测手段在水环境重金属检测中发挥着重要作用，所以需要灵活应用这些检测技术并根据检测结果采取合适的改善措施，从而优化水环境。但该研究还不够完善，应进一步深化研究内容，不断提高水环境重金属检测效率与质量。