□（遼寧省本溪水文局水環(huán)境監(jiān)測中心）

深入分析水環(huán)境及重金屬污染的檢測方式研究

□萬太斌（遼寧省本溪水文局水環(huán)境監(jiān)測中心）

水作為人類生存與發(fā)展中不可或缺的資源之一，其重要性不言而喻，我國地大物博，水資源相對比較豐富。然而，由于人口基數(shù)較大，致使人均水資源占有量較少。近年來，隨著中國大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，對自然生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的破壞，水環(huán)境污染問題隨之加劇，這已經(jīng)影響到了中國的持續(xù)發(fā)展。為此，對水環(huán)境污染問題進(jìn)行深入分析尤為必要。文章首先簡要分析了水環(huán)境污染問題，在此基礎(chǔ)上對水環(huán)境重金屬污染的檢測方式進(jìn)行論述。

水環(huán)境；污染；重金屬檢測

1 中國水環(huán)境污染問題分析

國家環(huán)?？偩值恼{(diào)查統(tǒng)計結(jié)果顯示，中國各大主要河流的水環(huán)境問題以有機(jī)物污染為主，關(guān)鍵性的污染指標(biāo)如下：氨氮、高錳酸鹽、揮發(fā)酚等，污染程度較為嚴(yán)重的河流水域包括長江、珠江、松花江、黃河、海河、淮河、遼河。水利部門的調(diào)查報告顯示，在調(diào)查的100 000 km河流水域當(dāng)中，受污染的接近50%左右，有近40%的河流與漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求不符，還有一少部分河流中的魚蝦已經(jīng)基本絕跡。國內(nèi)大部分湖泊的水體呈現(xiàn)出明顯的富營養(yǎng)化特征，總磷和總氮是主要的污染指標(biāo)。在對國內(nèi)200余個城市的地下水進(jìn)行監(jiān)測后得出如下結(jié)果：其中有97%左右的城市地下水受到了不同程度的污染，有近40%左右的城市地下水污染情況不斷加劇。近海海域也受到了一定的污染，其中東海的污染情況最為嚴(yán)重，渤海次之，南海的水質(zhì)相對較好。下面重點對水環(huán)境的重金屬污染問題進(jìn)行深入、具體的分析。

1.1 水環(huán)境重金屬污染的主要來源

所謂的水環(huán)境重金屬污染具體是指排入到水體當(dāng)中各類重金屬物質(zhì)的總量超過了水體本身的自凈能力，由此導(dǎo)致水的性質(zhì)出現(xiàn)了一定程度的變化，直接影響了水環(huán)境中各種生物的生存條件，間接影響了人類的健康。大體上可將重金屬污染的來源歸納為兩個方面，一方面源于自然，如：巖石經(jīng)過風(fēng)化之后所產(chǎn)生出來的碎屑物質(zhì)等；另一方面源于人為，如：冶煉、采礦、金屬加工、化工生產(chǎn)、電子、染料、農(nóng)藥等。在這兩個方面的雙重作用下，各類重金屬元素在不同的環(huán)境介質(zhì)當(dāng)中不斷地發(fā)生遷移變化，由此形成了極為嚴(yán)重的二次污染。

1.2 重金屬污染的主要危害

目前，重金屬污染已經(jīng)成為水環(huán)境最為嚴(yán)重的污染問題，由于重金屬元素本身都具有一定的毒性，容易囤積在生物體內(nèi)，部分重金屬無法降解，若是水中的生物吸收后，則會通過食物鏈危害到動物和人類的健康。

對水生植物的危害。重金屬元素會使水生植物的代謝紊亂，當(dāng)與其體內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸等分子結(jié)合之后，會導(dǎo)致生物的活性下降。當(dāng)Hg、Pb、Cu、Cd、Zn等重金屬濃度過高時，會嚴(yán)重危害水生植物的健康。

對水生動物的危害。對于水環(huán)境而言，Hg是污染最為嚴(yán)重且毒性最強(qiáng)的一種重金屬元素，它的化合物甲基汞危害最大；Cd具有超強(qiáng)的生物蓄積能力，容易誘發(fā)水生動物主要臟器腫大，如肝腎等，同時還會對水生動物腦部乙酰膽堿酯酶的活性造成影響；Pb會破壞細(xì)胞組織，造成細(xì)胞的存活能力降低，嚴(yán)重時會對水生動物的生殖功能造成影響。

對人體的危害。在各類重金屬元素中，對人體危害最大的有Hg、Pb、Cd、As和Cr，上述重金屬元素基本不會在水中被分解，并且還會與水中的其它毒素生成毒性更加巨大的有機(jī)物或無機(jī)物，當(dāng)其被人體吸收之后，毒性會成倍放大，對人體的器官組織會形成嚴(yán)重的破壞。如Hg會對神經(jīng)系統(tǒng)造成危害，Cd會誘發(fā)心腦血管疾病，Cr對皮膚組織具有腐蝕性，容易造成皮膚表面潰爛，Pb會損傷人體的腦細(xì)胞，As會引起神經(jīng)及消化系統(tǒng)障礙。

2 水環(huán)境重金屬污染的檢測方式

目前，對水環(huán)境當(dāng)中的重金屬污染檢測較為常用的方法有分光光度法、原子光譜法和溶出伏安法，在這3種檢測方法中，溶出伏安法的應(yīng)用優(yōu)勢最為突出，主要體現(xiàn)在檢測成本低、檢測儀器簡單、操作方便、響應(yīng)時間快、檢測下限低等，鑒于此，本文運用該方法對水環(huán)境中的Cu、Pb、Cd、Zn4種重金屬進(jìn)行檢測分析。

2.1 鍍汞電極的選取

相關(guān)研究結(jié)果表明，汞膜的厚薄程度對電極的檢測能力、靈敏度以及溶出峰形具有一定的影響，故此在采用溶出伏安法對重金屬污染進(jìn)行檢測的過程中，對汞膜厚度的控制顯得尤為重要，這直接關(guān)系到檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。雖然采用沾汞電極較為簡單，但汞膜的厚度卻很難控制，無法獲得良好的重現(xiàn)性，而鍍汞電極由于鍍汞的條件統(tǒng)一，獲得汞膜的差異較小，因此可以確保良好的重現(xiàn)性。目前，較為常用的電極有以下幾種：銀基電極、玻碳電極、鉑金電極等，就上述幾種電極在相同的條件下分別進(jìn)行鍍汞，利用鍍好汞膜的電極分別對Cu、Pb、Cd、Zn進(jìn)行檢測，通過檢測結(jié)果的比較，進(jìn)行鍍汞電極的選取。4種電極經(jīng)過鍍汞之后，銀基與玻碳兩種電極可以同時檢測出Cu、Pb、Cd、Zn，并且能夠得到較好的峰形，而鉑金電極鍍汞之后，雖然也能同時檢測出Cu、Pb、Cd，但峰形相對較差，故此可將鉑金電極排除。剩余兩種電極在鍍汞之后都具有良好的檢測性能，通過對比試驗，玻碳電極的靈敏度要高于銀基電極，并且前者的溶出伏安峰曲線線形要更好一些，故此，本次試驗中，決定選用玻碳電極。

2.2 檢測儀器與主要試劑

本次檢測中選用國內(nèi)某公司生產(chǎn)的CHI660A電化學(xué)工作站作為主要檢測設(shè)備，輔助儀器為磁力攪拌器，工作電極為玻碳鍍汞電極，參比電極為銀/氯化銀電極。Cu、Pb、Cd、Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液全部采用高純度金屬經(jīng)過濃硝酸溶解之后制成，所有試驗用水均為離子水，除鹽酸和硝酸為優(yōu)級純之外，其余試劑全部為分析純。

2.3 實驗參數(shù)設(shè)置

本次試驗采用差分脈沖陽極溶出伏安法，對水中Cu、Pb、Cd、Zn進(jìn)行檢測，具體的參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 基本參數(shù)表

2.4 試驗方法

在試驗過程中，先向汞膜工作電極施加一個負(fù)電位，此時，溶液當(dāng)中被測的金屬離子，將會被還原在汞膜電極上，由此會形成汞齊，并在靜置一定的時間后，反向施加掃描電壓，此時被還原的金屬會按照一定次序從形成的汞齊上氧化溶出，并進(jìn)入到溶液當(dāng)中，隨后對整個溶出過程的I-V曲線進(jìn)行記錄，由此便可獲得溶出伏安曲線，按照該曲線當(dāng)中溶出電流峰的出峰電位及峰高便可進(jìn)行定性與定量分析。

2.5 實驗結(jié)果與討論

根據(jù)預(yù)先確定好的實驗條件，對Cu、Pb、Cd、Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行配制，分別對不同濃度下Cu、Pb、Cd、Zn的峰電流進(jìn)行測定，以此為據(jù)，對工作曲線進(jìn)行繪制，具體如圖1所示。

圖1 Zn、Cd、Pb、Cu、的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖

由實驗結(jié)果可知：-1.20V附近是Zn的溶出伏安峰，在5～1 000范圍內(nèi)，峰電流與Zn濃度之間具有良好的線性關(guān)系，按照線性回歸方程，可計算出線性相關(guān)系數(shù)為99.81×10-2；-0.77V附近是Cd的溶出伏安峰，在1～500范圍內(nèi)，峰電流與Cd濃度之間具有良好的線性關(guān)系，依據(jù)線性回歸方程，可計算出線性相關(guān)系數(shù)為99.98×10-2；-0.58V附近是Pb的溶出伏安峰，在2～800范圍內(nèi)，峰電流與Pb濃度之間具有良好的線性關(guān)系，根據(jù)線性回歸方程，可計算出線性相關(guān)系數(shù)為99.93×10-2；-0.17V附近是Cu的溶出伏安峰，在5～500范圍內(nèi)，峰電流與Cu濃度之間具有良好的線性關(guān)系，根據(jù)線性回歸方程，可計算出線性相關(guān)系數(shù)為99.99×10-2。分別取Cu、Pb、Cd、Zn濃度為40的溶液進(jìn)行連續(xù)測定，次數(shù)為5次，得出相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.20%、3.30%、5.30%、4.80%，由該結(jié)果可以看出，整個實驗過程具有較好重現(xiàn)性。隨后對試劑空白進(jìn)行10次測定，并計算出檢出限，得出Cu、Pb、Cd、Zn的檢出限分別為1.10、0.80、0.50、2.80。

3 結(jié)語

綜上所述，文章在簡要分析水環(huán)境污染問題的基礎(chǔ)上，運用溶出伏安法對水環(huán)境中的Cu、Pb、Cd、Zn 4種重金屬進(jìn)行了檢測分析，結(jié)果表明，該方法能夠準(zhǔn)確對水中的Cu、Pb、Cd、Zn進(jìn)行檢測。在未來一段時期，應(yīng)當(dāng)加大對水環(huán)境重金屬檢測方法的研究力度，在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和完善，使其能夠更好地為水環(huán)境污染防治服務(wù)。

［1］張雷，秦延文，馬迎群等.大遼河感潮段及其近海河口重金屬空間分布及污染評價［J］.環(huán)境科學(xué)，2014(8)∶87-89.

［2］張子安.水中重金屬的檢測與分析-以珠江水系的支流為例［J］.水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)，2015(3)∶43-45.

TP212.2

A

1673-8853（2017）01-0082-02

2016-11-07

（編輯：韋詩佳）

萬太斌，（1980-）男，工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測及水質(zhì)化驗工作。