王 蕾

（東營興達(dá)環(huán)境檢測技術(shù)有限公司，山東 東營 257300）

中國重工業(yè)企業(yè)的蓬勃發(fā)展促進(jìn)了中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，并極大地增強(qiáng)了我國的綜合國力，但是相應(yīng)地對(duì)我國環(huán)境質(zhì)量也產(chǎn)生了很大的負(fù)面影響。因此，水資源污染問題已經(jīng)受到了大眾的重點(diǎn)關(guān)注。目前部分可飲用水已經(jīng)遭受了嚴(yán)重的污染，這不僅在一定程度上損害了人們的身體健康，也給人們的正常生活造成了極大地困擾。比如，大批工業(yè)廢水被排放到河道中，對(duì)水資源造成污染，因此國家應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)環(huán)境水質(zhì)的檢測，特別是對(duì)重金屬的檢測。重金屬檢測所涉及的技術(shù)較為繁雜，傳統(tǒng)檢測方式不僅需要耗費(fèi)大量的人力物力，而且檢測結(jié)果也缺乏較高的精準(zhǔn)度。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，重金屬檢測技術(shù)也得到了進(jìn)一步優(yōu)化，可以保證檢測數(shù)據(jù)的真實(shí)性與科學(xué)性。為了解決當(dāng)前檢測技術(shù)存在的不足，相關(guān)部門應(yīng)通過選擇更加合理的重金屬檢測技術(shù)，提高水質(zhì)重金屬檢測的工作效率，并加強(qiáng)對(duì)水污染的管理力度。

1 檢測水中重金屬的必要性

水不僅對(duì)人類的生產(chǎn)生活非常重要，而且對(duì)人們的健康也至關(guān)重要，因此水資源的健康在一定程度上也影響著人身安全，特別是在當(dāng)前人們?cè)絹碓疥P(guān)注健康的形勢下，食用水源的水質(zhì)安全問題越來越受到人們的重視。在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)較為成熟的背景下，通過運(yùn)用重金屬檢測技術(shù)可以檢驗(yàn)地下水、地表水、污水等水體中是否潛伏著對(duì)環(huán)境有害的重金屬元素。如果不對(duì)水質(zhì)尤其是對(duì)地下水進(jìn)行重金屬檢測，將會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境乃至人體健康造成不可逆的危害。

2 水質(zhì)中重金屬污染現(xiàn)狀

相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，中國在近幾年發(fā)生了30起嚴(yán)重的有毒重金屬污染事件。在我國七大水域的水質(zhì)中長江流域的水域相對(duì)于其他流域的水質(zhì)是最好的，但近幾年發(fā)現(xiàn)長江流域的水體檢測樣本中懸濁液及沉淀物的重金屬元素含量也嚴(yán)重超標(biāo)。長江中下游一帶的情況更是令人擔(dān)憂。重金屬不僅污染了整個(gè)水體的環(huán)境，而且也破壞了水下生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境，從而威脅著海洋系統(tǒng)的生態(tài)平衡。重金屬污染會(huì)對(duì)水底藻類植物的生長產(chǎn)生影響，這種金屬一旦進(jìn)入魚的身體并持續(xù)積累，對(duì)魚類的生育能力會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而且金屬中的重離子含量超過特定濃度，就會(huì)導(dǎo)致溫重魚中毒，同時(shí)，有毒的重金屬也會(huì)對(duì)人類健康造成不可逆的危害。舉例來說，鉛會(huì)抑制人類胚胎神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和生長發(fā)育，容易導(dǎo)致骨骼疾病和癡呆情況的發(fā)生。通過分析我國不同河流的相關(guān)水文監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)治理水中重金屬污染已是國內(nèi)乃至全球環(huán)保工作中的重中之重。鑒于當(dāng)前水質(zhì)檢測過程中存在著弊端，相關(guān)部門或企業(yè)必須進(jìn)一步提高檢測技術(shù)的時(shí)效性和準(zhǔn)確度。

3 重金屬檢測技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀

在工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)不斷擴(kuò)大工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的影響下，環(huán)境水體也遭到了很大的影響，不但給環(huán)境保護(hù)工作造成了很大的難度，給人民的健康生活也帶來了一定的威脅，尤其是重金屬污染的危害是不可逆的。所以要做好在環(huán)境水體監(jiān)測過程中的重金屬監(jiān)測，了解環(huán)境水體中是否有重金屬單質(zhì)超標(biāo)的狀況，以保障整體生態(tài)環(huán)境的平衡。雖然現(xiàn)階段使用的重金屬檢測技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)完善，但在水質(zhì)檢測過程中要獲得真實(shí)有效的檢測數(shù)據(jù)仍要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，并且為了讓檢測數(shù)據(jù)更符合實(shí)際要求，相關(guān)部門在進(jìn)行檢測時(shí)還需要將備份樣本送至專業(yè)的檢測中心，由專業(yè)技術(shù)人員出具權(quán)威的檢測報(bào)告。這一過程使水質(zhì)檢測工作變得格外復(fù)雜。因此進(jìn)一步調(diào)整現(xiàn)有的檢測技術(shù)體系，使其更加完善，并增強(qiáng)重金屬檢驗(yàn)技術(shù)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性是非常必要的[1]。

4 重金屬檢測技術(shù)在環(huán)境水質(zhì)分析中的相關(guān)運(yùn)用

4.1 熒光法

熒光法是指一種光致發(fā)光的低溫發(fā)光現(xiàn)象。當(dāng)一種常溫物體在通過紫外光和X光線的輻照之后，吸收光會(huì)進(jìn)入受激態(tài)，從而立即產(chǎn)生比入射光的波長更長的楔角面發(fā)光。而入射光一旦終止，發(fā)光現(xiàn)象也就會(huì)相應(yīng)消失。帶有這些特性的楔角面光，我們就叫做熒光。熒光法是一種比較先進(jìn)的分析方法，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是靈敏度較高，其次，熒光法的選擇性也很強(qiáng)。由于熒光譜既包含發(fā)射光譜也含有激發(fā)光譜，所以可有許多選擇性。此外，也因?yàn)槠洳僮鬏^為簡便，所以該方法在國內(nèi)外水體分析方法中的運(yùn)用也比較普遍。熒光分析法的使用原理和分光光度法很類似，就是當(dāng)水質(zhì)檢驗(yàn)人員對(duì)常溫狀態(tài)下的水體進(jìn)行重金屬測定時(shí)，首先要把某種光源直接射入被測定水體中，通過光源照射作用，使水體中的某些重金屬單質(zhì)顯得特別活躍，光活性大大增強(qiáng)，重金屬單質(zhì)因子狀態(tài)也會(huì)由靜止轉(zhuǎn)變成激發(fā)動(dòng)態(tài)，導(dǎo)致穩(wěn)定性逐漸下降，而等到其重新回復(fù)到基本狀態(tài)時(shí)，便會(huì)射出出射光，這就是測定時(shí)所需要的熒光。獲得熒光后，檢驗(yàn)人員就能夠直接對(duì)其進(jìn)行光譜分析，并由此確定水體中的重金屬元素種類和具體濃度等信息。利用這種化合物可以與金屬離子發(fā)生氧化還原的化學(xué)反應(yīng)，而金屬離子濃度越高，反應(yīng)效果也越顯著，這樣就更便于工作人員對(duì)水體中的重金屬單質(zhì)進(jìn)行正確地定性和定量。

4.2 液相色譜分析法

液相色譜分析法是在當(dāng)前環(huán)境水體監(jiān)測中使用得比較普遍且效果不錯(cuò)的一種重金屬監(jiān)測技術(shù)，其最突出的優(yōu)點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)水體中各種重金屬的高效分離。使用液相色譜分析可以對(duì)環(huán)境監(jiān)測水體中的各種重金屬單質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，并比較快速地分析出有色重金屬的分布情況和范圍。但是，由于這種方法靈敏度還不夠高，在實(shí)際應(yīng)用過程中，技術(shù)人員往往要結(jié)合另一種方法開展測試，從而能夠在保持傳統(tǒng)液相色譜分析法有效分離優(yōu)勢的同時(shí)，解決其敏感度不足的缺陷，進(jìn)而極大地提高重金屬檢測的質(zhì)量和效率。當(dāng)前針對(duì)這種技術(shù)也做出了相關(guān)的改進(jìn)措施，首先要采用離子色譜法進(jìn)行測量，再采用經(jīng)調(diào)節(jié)后的陽離子交換柱抑制電導(dǎo)測量，因而能夠在較短的時(shí)間內(nèi)得到一定的測量數(shù)據(jù)[2]。

4.3 原子吸收分光光度法

原子吸收分光光度法運(yùn)用的是光學(xué)基本原理。原子吸收光譜儀是指呈氣態(tài)的自由原子對(duì)同類原子輻射出的特征譜線所具有的吸收現(xiàn)象，也就是說是根據(jù)被測元素的基態(tài)原子對(duì)其共振輻射的吸收強(qiáng)度來測定該元素的含量。原子吸收是以測定原子蒸氣中基態(tài)原子對(duì)同種原子特征輻射的吸收為依據(jù)，就是每一種元素的原子都可以發(fā)射一系列的特征譜線，還可以吸收與發(fā)射線波長相同的特征譜線。當(dāng)光源發(fā)射的特征波長的光通過原子蒸氣時(shí)，即入射輻射的頻率等于原子中的電子由基態(tài)躍遷到高能態(tài)所需的頻率時(shí)，原子的外層電子會(huì)選擇性吸收其同種元素發(fā)射的特征譜線，使入射光減弱。由于所有元素中的原子結(jié)構(gòu)和外層電子的排布不同，由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)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線，從而對(duì)輻射的吸收都是具有選擇性的。原子吸收光譜儀根據(jù)原子化的不同又分為火焰原子吸收光譜儀（采用火焰燃燒式的原子化）、石墨爐原子吸收光譜儀（采用電加熱方法原子化）、氫化物發(fā)生器原子吸收光譜儀（采用產(chǎn)生的氣態(tài)氫化物導(dǎo)入原子化器進(jìn)行原子化）。原子吸收分光光度法也是目前使用范圍較廣、靈敏度較高且具有較多選擇性的方法，該方法可以更快捷地完成重金屬物質(zhì)的檢驗(yàn)工作。

通過對(duì)石墨爐原子化法與火焰原子化法相比較可知：石墨爐原子吸收光譜儀是采用電加熱方法進(jìn)行原子化，是利用電流直接加熱石墨爐達(dá)到高溫（2 000～3 000 ℃）使被測元素原子化的方法，可在原子化過程中采用直接進(jìn)樣和程序升溫排除干擾并且使被測元素原子化。該方法有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）最大優(yōu)點(diǎn)是注入的試樣幾乎可以完全原子化，特別是對(duì)于易形成耐熔氧化物的元素，由于沒有大量氧氣存在，并由石墨提供了大量碳，所以能夠獲得較好的原子化效率。（2）原子在光路中的停留時(shí)間長，絕對(duì)靈敏度高?；鹧嬖踊ǖ幕鶓B(tài)原子在光路中停留的時(shí)間短，部分基態(tài)原子在火焰冷區(qū)域會(huì)重新結(jié)合成單氧化物、單氫氧化物和雙金屬氧化物。（3）用樣量少，可直接分析固態(tài)樣品，如塑料，纖維。而火焰原子化法則需要試樣為液態(tài)或氣態(tài)，使其與燃?xì)庖黄饑姵?。石墨爐原子化法的缺點(diǎn)也較為明顯：（1）共存化合物的干擾比火焰原子化法大。當(dāng)共存分子產(chǎn)生的背景吸收較大時(shí)，要調(diào)節(jié)灰化溫度及時(shí)間，使背景分子吸收不與原子吸收重疊，并使用背景校正方法進(jìn)行校正。（2）由于取樣量少，進(jìn)樣量及注入管內(nèi)位置變動(dòng)都會(huì)引起偏差，因而重現(xiàn)性要比火焰法差?；鹧嬖游展庾V法是基于氣態(tài)的基態(tài)原子外層電子對(duì)紫外光和可見光范圍的相對(duì)應(yīng)原子共振輻射線的吸收強(qiáng)度來定量被測元素含量的分析方法，是一種測量特定氣態(tài)原子對(duì)光輻射吸收的方法。當(dāng)輻射投射到原子蒸氣上時(shí)，如果輻射波長相應(yīng)的能量等于原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需要的能量時(shí)，則會(huì)引起原子對(duì)輻射的吸收，產(chǎn)生吸收光譜?；鶓B(tài)原子吸收了能量，最外層的電子產(chǎn)生躍遷，從低能態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。該方法具有穩(wěn)定、重現(xiàn)性好、背景發(fā)射噪聲低、應(yīng)用較廣及基體效應(yīng)及記憶效應(yīng)小的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)為原子化效率低（一般低于30%）、靈敏度低，且只能以液體的形態(tài)進(jìn)行。這兩種方法在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用過程中測試的靈敏度差別都較大，因而有選擇性地選取原子化方式可以保障環(huán)境水質(zhì)分析中有毒重金屬檢測工作能夠快速準(zhǔn)確地進(jìn)行[3]。

4.4 生物化學(xué)分析法

生物化學(xué)分析法是當(dāng)前科學(xué)研究價(jià)值較高、在水質(zhì)重金屬測定中話題率較高，并且效果突出的一項(xiàng)方法。目前生物化學(xué)分析法一般包括酶分析法和免疫學(xué)分析法二類。酶分析法一般是利用水源中重金屬可以損害酶活性中心的重要結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響酶的活性，從而減少在基質(zhì)中的反應(yīng)速度。該方法可利用顯色劑顏色的改變或電導(dǎo)率的改變來反映水質(zhì)中的重金屬濃度，工作人員可以利用具體的測定數(shù)據(jù)分析得出水源中重金屬的分布區(qū)域和總量。而當(dāng)前最常見的蛋白質(zhì)酶一般是過氧化物酶、脲蛋白酶和葡萄糖氧化酶等。免疫分析法一般是運(yùn)用抗原與抗體產(chǎn)生的特殊反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)重金屬的測定，主要優(yōu)點(diǎn)是敏感度高、選擇性強(qiáng)，重金屬分子還可以與其合適的絡(luò)合物進(jìn)行結(jié)合，從而產(chǎn)生特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，將這種特殊結(jié)構(gòu)與抗原或抗體進(jìn)行融合，就會(huì)產(chǎn)生特殊的化學(xué)反應(yīng)，有助于工作人員進(jìn)行定量分析[4]。

4.5 電化學(xué)分析法

電化學(xué)分析法是現(xiàn)代儀器設(shè)備分析方法的主要部分，它是基于在水溶液中待測物的電特性和規(guī)律，以及在電導(dǎo)、電位、功率、電流等電學(xué)物理性質(zhì)和被測物中某種量間的測量關(guān)系為基礎(chǔ)創(chuàng)立的，對(duì)組分實(shí)行量化和定性的儀器設(shè)備統(tǒng)計(jì)分析的方法，亦稱為電分析化學(xué)法。電化學(xué)分析法具有精準(zhǔn)性高、靈敏度高、相關(guān)設(shè)施簡單易用、性價(jià)比高、適用范圍較為全面的特點(diǎn)。因此，通過伏安法分析環(huán)境水體的重金屬濃度，不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生二次污染，且方法比較安全，抗干擾能力也較強(qiáng)。電化學(xué)方式與其他的檢測方法相比，能夠更加精確地測量水域中游離的金屬離子，同時(shí)還可以更有效地降低金屬鹽分對(duì)檢測結(jié)果的影響，因此使環(huán)境監(jiān)測水體質(zhì)量的分析結(jié)果更加全面、科學(xué)。目前，該方法還與強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行了融合，并構(gòu)建了重金屬水體污染數(shù)據(jù)分析池，將構(gòu)成獨(dú)特的水體環(huán)境信息檔案，為今后水環(huán)境治理的進(jìn)一步研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

4.6 重金屬流動(dòng)注射分析檢測法

重金屬流動(dòng)注射分析檢測法也屬于金屬流動(dòng)注射分析技術(shù)的一種，這種技術(shù)對(duì)裝置的要求相當(dāng)?shù)?。該技術(shù)在逐漸發(fā)展的過程中已經(jīng)開始向智能化發(fā)展，可以確保樣品以比較平穩(wěn)的速率進(jìn)行流通，從而為化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行創(chuàng)造了一個(gè)比較良好的環(huán)境。自動(dòng)化技術(shù)可以大大提高樣品的處理效果，精簡各項(xiàng)操作的步驟，盡量減少人為操縱過程，從而可以減少許多人為造成的影響試驗(yàn)結(jié)果的原因，增加了土壤中重金屬流動(dòng)注射分析測試技術(shù)使用時(shí)間的精確度，大大提高了測試效果和檢驗(yàn)品質(zhì)。所以，該技術(shù)被更多地應(yīng)用于更加重要的環(huán)境水質(zhì)測試工作中，并大幅減少了水量的耗費(fèi)，同時(shí)還可以保證試驗(yàn)結(jié)果的有效性[5]。

4.7 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法也是金屬光譜化學(xué)分析法中的一種測試方式，簡單而言就是將電感耦合等離子炬作為測試的激發(fā)光源，分析樣品中各金屬單質(zhì)的濃度。因?yàn)檫@種方式的敏感度極高，且受其他因素的影響也較小，較多被用于微粒數(shù)及痕量重金屬單質(zhì)的測試工作中，并且也可以得出比較精確的數(shù)值。另外，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法也可以同時(shí)測試并分析多個(gè)元素。不過，由于在實(shí)際使用過程中，環(huán)境水體中重金屬元素的濃度不能過高，所以盡管該種方法靈敏度很高，但在實(shí)際測試過程中仍然會(huì)產(chǎn)生一定影響。因此為了提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，就必須結(jié)合原子分離與富集技術(shù)，通過增加各微量元素在環(huán)境水體中的富集量，提高該方法測試的準(zhǔn)確性，這從一定程度上拓展了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的使用范圍，并克服了該種方法的缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確度與有效性。

5 結(jié)語

重金屬已經(jīng)成為我國工業(yè)化發(fā)展中工廠常見的廢棄能源，對(duì)自然環(huán)境的污染是十分巨大的。為了更好地保障水質(zhì)，必須通過多種重金屬監(jiān)測技術(shù)及時(shí)對(duì)水體進(jìn)行監(jiān)測，以幫助有關(guān)研究人員更清晰地掌握重金屬在水體中的含量以及分布范圍，更高效地對(duì)水體中的重金屬進(jìn)行處理，從而保護(hù)好生態(tài)平衡。因此，我國目前需要不斷創(chuàng)新水體中重金屬監(jiān)測技術(shù)，不斷提高檢測水平，這將有助于進(jìn)一步提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而可以采取更加合理的措施控制水污染。