鐘 浩

（寧夏測(cè)衡聯(lián)合實(shí)業(yè)有限公司，寧夏 銀川 750021）

水資源是人類賴以生存，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展最為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，然而目前水污染被稱為各種環(huán)境污染中的“世界頭號(hào)殺手”，其所造成的影響已反映在人們的日常生活中[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年釋放到水環(huán)境中的被污染的淡水量已超過了世界徑流總量的14%。

我國(guó)人均水資源遠(yuǎn)低于世界上其他國(guó)家[2]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及居民生活均對(duì)水環(huán)境造成了很大影響，水污染問題越來越突出，主要反映在水質(zhì)的惡化以及水體自凈功能的降低與喪失，其中重金屬污染就是目前我國(guó)面臨的各類水污染中最為嚴(yán)峻的問題之一。通常，自然水體中重金屬的存在處于正常濃度范圍，而重金屬經(jīng)由各種渠道進(jìn)入自然水體，使自然水體中的重金屬含量超標(biāo)，進(jìn)而造成嚴(yán)重的水環(huán)境重金屬污染。一般情況下，水環(huán)境重金屬污染所帶來的后果不可預(yù)估，除了會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失之外，還可能危害人體的健康和生命[3]。

1 水環(huán)境中重金屬污染現(xiàn)狀

水環(huán)境主要由地下水、大氣水和地表水構(gòu)成，地表水又包括河流、湖泊、水庫、海洋及工業(yè)用水、排放水和生活排放污水等。我國(guó)人口眾多，而且居住的密度較大，近年來，由于工、農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中排放的含重金屬廢水、廢氣經(jīng)由地表水和大氣降水在水環(huán)境中不斷進(jìn)行傳遞和擴(kuò)散。同時(shí)，由于我國(guó)湖泊河流的網(wǎng)絡(luò)和地下水系的脈絡(luò)四通八達(dá)，所以水體一旦被污染，就會(huì)很快向周邊擴(kuò)散。因此，我國(guó)水環(huán)境中重金屬污染的范圍較廣，加之我國(guó)污水集中處理率較低，各級(jí)污水處理廠的污水處理能力參差不齊，更伴隨著各地日趨嚴(yán)重的面源污染，造成了我國(guó)目前不同水系、湖泊和地下水普遍存在不同程度、多種類型重金屬污染的現(xiàn)狀，總體監(jiān)測(cè)結(jié)果極不樂觀[4]。

我國(guó)相關(guān)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門對(duì)作為飲用水源地的河流、湖泊和水庫進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在這幾類地表水體中，汞、鉻和鉛的污染較為常見，其他重金屬對(duì)地表水飲用水體的污染相對(duì)較少，但其超標(biāo)現(xiàn)象也不容忽視[5]，全國(guó)幾乎80%的水環(huán)境都遭受著不同程度的重金屬污染[6]，詳見表1。

表1 2013～2018 年重點(diǎn)流域飲用水中14種重金屬監(jiān)測(cè)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果 單位：mg/L

國(guó)內(nèi)不同區(qū)域內(nèi)的地表水、地下水中重金屬污染種類、污染程度直接與流域內(nèi)城市發(fā)展和工廠“三廢”排放呈現(xiàn)正相關(guān)，水體重金屬污染已經(jīng)逐步對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成了嚴(yán)重地威脅。

2 水環(huán)境中重金屬污染的主要來源及危害

2.1 水環(huán)境中重金屬污染的主要來源

通過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，水環(huán)境中重金屬污染的主要來源比較多元化，具體包括化工生產(chǎn)、金屬冶煉、電鍍等各類工業(yè)活動(dòng)，也涉及農(nóng)用殺蟲劑、生活污水等，以上環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的重金屬會(huì)借助大氣圈、土壤圈、生物圈等方式進(jìn)入到水體并蓄積，當(dāng)超出水體自凈能力時(shí)，就會(huì)造成水環(huán)境重金屬污染。重金屬的污染來源詳見圖1。

圖1 重金屬污染來源

2.2 水環(huán)境中重金屬污染的危害

水體中的重金屬通過飲用水、接觸、食物媒介等多種渠道進(jìn)入人體后，會(huì)與人體內(nèi)的蛋白質(zhì)相結(jié)合，使蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其活性也會(huì)受到一定程度的影響，進(jìn)一步對(duì)人體造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。最可怕的是，微量的重金屬元素能溶解在水中，且因劑量微小不易被察覺，進(jìn)入人體各個(gè)器官后難以代謝和外排，就會(huì)在人體不斷積累，導(dǎo)致人體長(zhǎng)期慢性中毒，對(duì)人類的生命和健康造成了很大威脅。其中，鉛對(duì)人體的影響最大，會(huì)影響人體的神經(jīng)系統(tǒng)、造血和生殖機(jī)能等，在人體內(nèi)的半衰期長(zhǎng)達(dá)4年；砷、汞、鎘、鉻等其它重金屬可以在人體的內(nèi)臟組織中沉積，造成各種器官組織的損傷甚至導(dǎo)致人體死亡。盡管水環(huán)境可以通過水生生物對(duì)一些重金屬污染物質(zhì)實(shí)現(xiàn)降解凈化，但當(dāng)重金屬濃度過高時(shí)，這些生物自身也會(huì)受到傷害，從而使其水體自凈能力降低或徹底喪失，最后造成生態(tài)圈的破壞。

3 水環(huán)境中重金屬檢測(cè)技術(shù)

水環(huán)境中的重金屬污染不僅會(huì)影響生態(tài)環(huán)境，還會(huì)危害人類的身體健康和生命安全，因而對(duì)水環(huán)境中的重金屬進(jìn)行檢測(cè)是非常重要的。目前常用于水體重金屬檢測(cè)的主要方法有常規(guī)法（流動(dòng)分析法、分光光度法）、生物化學(xué)分析法（酶抑制法、抗體免疫分析法）、光譜法（電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法等）、色譜法（氣相色譜法）、儀器聯(lián)用法（氣相色譜冷原子熒光光譜法）和其它新型檢測(cè)方法等。

3.1 流動(dòng)分析檢測(cè)法

流動(dòng)分析檢測(cè)法是將水樣注入到流動(dòng)載體中，在流動(dòng)中進(jìn)行攪拌、反應(yīng)顯色、測(cè)試，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水樣重金屬的檢測(cè)，如使用流動(dòng)注射-二苯碳酰二肼光度法測(cè)定水質(zhì)中的六價(jià)鉻。流動(dòng)注入技術(shù)采用直接進(jìn)樣的方式，無需進(jìn)行前處理，因而減少了樣品與外部環(huán)境的接觸，并通過控制進(jìn)樣流速的均勻，保證了測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 分光光度法

所謂分光光度法，即是通過測(cè)定實(shí)驗(yàn)物質(zhì)在特定波長(zhǎng)條件下的吸光度或發(fā)光強(qiáng)度檢測(cè)其中的重金屬含量。使用分光光度法測(cè)定水體重金屬元素（如Cu、Cr、Mn、Be、B、V），是在一定條件下，通過選用特定試劑與某重金屬元素發(fā)生螯合反應(yīng)，使形成的螯合物對(duì)特定波長(zhǎng)的光進(jìn)行吸收，借助吸光度與濃度的正比關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)該種重金屬含量的定量測(cè)定。

3.3 酶抑制法

酶抑制法測(cè)定重金屬是借助重金屬與特定酶的活性中心具有較強(qiáng)的親和力，通過改變酶活性中心的結(jié)構(gòu)，使其活力被削弱，使底物-酶系統(tǒng)發(fā)生變化，如顯色劑的顏色、吸光度等，這些變化可通過視覺或光電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中重金屬的定性判斷。

3.4 抗體免疫分析法

重金屬抗體免疫分析法是利用抗體和對(duì)應(yīng)抗原能在較低濃度下進(jìn)行特異性識(shí)別及專一性結(jié)合并產(chǎn)生顏色反應(yīng)的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中重金屬含量的定性、定量分析，該方法需要制備重金屬-螯合物復(fù)合物單克隆抗體或重金屬重組抗體，具有快速、簡(jiǎn)便、靈敏等特點(diǎn)，因而可實(shí)現(xiàn)便攜現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

3.5 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

所謂電感耦合等離子發(fā)射光譜法，即是以等離子體作為激發(fā)光源的原子發(fā)射光譜分析方法，該方法可同時(shí)測(cè)定多種重金屬元素，如鉛、鎳、鎘、鉻等。電感耦合等離子發(fā)射光譜法與重量法、容量法具有一定的相似之處，可在部分項(xiàng)目中進(jìn)行替換使用。

3.6 原子吸收分光光度法

原子吸收分光光度法又名原子吸收光譜法(AAS)，是目前最常用的一種測(cè)定無機(jī)元素的方法。其工作原理為用被測(cè)元素的基態(tài)原子蒸氣來測(cè)量光譜的吸收強(qiáng)度。具體而言，原子吸收分光光度法具有靈敏度高、檢測(cè)速度快、干擾少、精密度良好等特點(diǎn)，可對(duì)被測(cè)元素進(jìn)行直接測(cè)試。但從另一個(gè)層面看，若要利用原子吸收分光光度法進(jìn)行多種元素的測(cè)定，則需要對(duì)樣品處理提出更高的要求。

3.7 原子熒光光譜法

原子熒光光譜法是通過基態(tài)原子蒸氣吸收特定頻率的輻射，激發(fā)到高能態(tài)過程中以光輻射形成發(fā)射出特征譜線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的熒光，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物質(zhì)的定量分析。這一方法的顯著特征體現(xiàn)為靈敏度高、測(cè)量范圍廣、選擇性多等。但利用這一方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，還需考慮被測(cè)物質(zhì)自身是否會(huì)發(fā)射熒光，若是，則需要先對(duì)其進(jìn)行衍生處理，因而這一方法的應(yīng)用范圍并不廣泛，目前主要適用于不同水體中PPb濃度級(jí)別的汞、砷、硒、銻、鉍等金屬元素的測(cè)定。

3.8 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)是一種較為普遍的質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè)技術(shù)，該分析技術(shù)結(jié)合了ICP的高溫離子特性以及質(zhì)譜儀的快速掃描特性。首先采用電感耦合激發(fā)待測(cè)樣品，利用高溫電離使樣品汽化而分離，然后通過質(zhì)譜儀生成樣品的質(zhì)譜圖，隨后使用質(zhì)譜方法進(jìn)行定量檢測(cè)，通過分析質(zhì)譜圖得出樣品中所含的重金屬元素，結(jié)構(gòu)如圖2所示。利用該方法測(cè)得的圖譜易于分析、檢測(cè)精度高、重復(fù)性較高，可以進(jìn)行超痕量重金屬元素的分析，因此被認(rèn)為是超痕量重金屬元素最有效的檢測(cè)技術(shù)之一。

圖2 ICP-MS結(jié)構(gòu)示意圖

3.9 氣相色譜法

氣相色譜法是通過化學(xué)反應(yīng)使水體中的重金屬與有機(jī)化合物結(jié)合生成金屬有機(jī)化合物，并利用色譜柱分離金屬有機(jī)化合物，然后再利用氣相色譜檢測(cè)器進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)該金屬有機(jī)化合物的定性、定量分析，達(dá)到測(cè)定水體重金屬元素的目的。如在酸性條件下，碘化物與重鉻酸鉀能夠發(fā)生反應(yīng)生成并析出碘，碘與丁酮反應(yīng)生成3-碘-2-丁酮，可用氣相色譜法電子捕獲檢測(cè)器進(jìn)行定量測(cè)定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水體中碘化物的檢測(cè)；水體中的汞經(jīng)烷基化后生成甲基汞和乙基汞，可通過氣相色譜法電子捕獲檢測(cè)器進(jìn)行定量測(cè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中有機(jī)汞的檢測(cè)。

3.10 氣相色譜冷原子熒光光譜法

該方法是利用色譜（氣相色譜儀）與光譜（冷原子熒光測(cè)汞儀）聯(lián)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中烷基汞含量的測(cè)定。其原理是水樣經(jīng)蒸餾后，形成流出液中的烷基汞經(jīng)四丙基硼化鈉衍生，生成揮發(fā)性的甲基丙基汞和乙基丙基汞，經(jīng)吹掃捕集、熱脫附和氣相色譜分離后，在高溫下裂解為汞蒸氣，再用冷原子熒光測(cè)汞儀進(jìn)行檢測(cè)，并可根據(jù)保留時(shí)間進(jìn)行定性，用外標(biāo)法進(jìn)行定量。

3.11 其它新型檢測(cè)方法

激光誘導(dǎo)擊穿光譜法(LIBS)，又稱為激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)，是發(fā)射光譜分析法的一種。該方法的檢測(cè)過程是首先通過高能激光聚焦到目標(biāo)表面將其燒蝕成等離子體，然后在等離子體冷卻膨脹過程中發(fā)射出各個(gè)元素電離形成的一系列譜線，最后通過采集這些譜線并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出所含的元素及其相應(yīng)的濃度。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜法較前面幾種常見的光學(xué)檢測(cè)法具有很多優(yōu)勢(shì)，首先，該方法可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量，不需要取樣、制備等復(fù)雜的預(yù)處理便可以直接檢測(cè)；其次，因?yàn)樵摲椒▽儆谠影l(fā)射技術(shù)，所以可以同時(shí)檢測(cè)幾乎所有的元素；再次，因?yàn)闇y(cè)量過程是采用激光來激發(fā)樣品，同時(shí)檢測(cè)過程中也是檢測(cè)等離子體的光信號(hào)，因此理論上可以檢測(cè)較遠(yuǎn)位置的樣品，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離檢測(cè)；最后，該方法工作環(huán)境簡(jiǎn)單、體積小、分析速度快，因此非常適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等。正因?yàn)橐陨线@些優(yōu)點(diǎn)，使該方法成為目前最有前景的光譜檢測(cè)手段，在海洋重金屬檢測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

4 總結(jié)

綜上所述，水環(huán)境中的重金屬污染是目前一個(gè)嚴(yán)峻且亟待解決的問題，人們必須要高度重視。雖然水環(huán)境重金屬污染的檢測(cè)方法有很多，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法已經(jīng)無法滿足新標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)于水環(huán)境中重金屬的檢測(cè)需求，因而需要在實(shí)踐中不斷探索化學(xué)和生物等不同學(xué)科的融合檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)由單一檢測(cè)手段轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N新型技術(shù)相結(jié)合的檢測(cè)技術(shù)，發(fā)展簡(jiǎn)單、快速、便攜式檢測(cè)系統(tǒng)已成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，工作人員必須要選擇并發(fā)展科學(xué)合理的檢測(cè)方法，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水資源的檢測(cè)、保護(hù)和利用。