劉樹函

（廣州市環(huán)境技術(shù)中心，廣東 廣州 510380）

在對(duì)水質(zhì)中所含有的重金屬污染物進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，借助于先進(jìn)的分析檢測(cè)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)重金屬污染物種類及其含量的科學(xué)檢測(cè)，這對(duì)于重金屬污染物的治理和水環(huán)境修復(fù)都具有非常好的指導(dǎo)意義。因此，在具體的水質(zhì)檢測(cè)過程中，相關(guān)單位一定要對(duì)重金屬分析檢測(cè)技術(shù)加以深入研究，并根據(jù)實(shí)際來加以合理應(yīng)用[1]。通過這樣的方式，可以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)中重金屬及其含量的科學(xué)、準(zhǔn)確檢測(cè)，為后續(xù)的水環(huán)境治理工作提供足具科學(xué)性的參考依據(jù)。

1 水質(zhì)重金屬及其相關(guān)概述

1.1 水質(zhì)重金屬主要分類

在整個(gè)自然界中，水是最為常見的一種溶劑。其中，重金屬物質(zhì)就很容易在水中溶解，并形成比較嚴(yán)重的水質(zhì)污染。就目前來看，水質(zhì)中的重金屬污染物大多來自于工業(yè)廢水，其中的重金屬主要包括銅、汞、鉛、鉻、鎘、鋅等。如果這些重金屬元素在水中的含量超標(biāo)，便會(huì)造成嚴(yán)重的水質(zhì)污染?；诖耍嚓P(guān)單位一定要通過科學(xué)合理的技術(shù)來對(duì)其進(jìn)行分析和檢測(cè)，以此來確定水質(zhì)中重金屬污染物的成分及其占比情況。

1.2 水質(zhì)重金屬超標(biāo)的危害

在水質(zhì)污染中，重金屬污染具有很大的危害性，一旦重金屬污染物超標(biāo)，不僅會(huì)對(duì)自然環(huán)境和生態(tài)造成嚴(yán)重破壞，同時(shí)也會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。以下是幾種常見的水質(zhì)重金屬元素超標(biāo)對(duì)人體的危害情況：

表1 幾種常見的水質(zhì)重金屬元素超標(biāo)對(duì)人體的危害情況

2 水質(zhì)重金屬檢測(cè)分析技術(shù)的應(yīng)用

2.1 高效液相色譜技術(shù)

高效液相色譜技術(shù)是將液體用作流動(dòng)相的一種色譜技術(shù)。該技術(shù)主要將經(jīng)典的液相色譜作為基礎(chǔ)，將氣相色譜的相關(guān)理論引入，借助于靈敏度極高的檢測(cè)器、高效固定相和高壓輸液泵來達(dá)到快速分離效果。

在高效液相色譜技術(shù)的具體應(yīng)用中，其檢測(cè)儀器主要由六個(gè)部分組成，分別是輸液泵、洗液槽、分離柱、進(jìn)樣器、檢測(cè)器以及信號(hào)記錄裝置。下圖1是高效液相色譜技術(shù)的主要工作原理示意圖。

圖1 高效液相色譜技術(shù)的主要工作原理示意圖

在通過該技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)重金屬的分析檢測(cè)過程中，高壓輸液泵會(huì)按照相應(yīng)的速度讓流動(dòng)相流過柱子，再從進(jìn)樣器中通過，以此來實(shí)現(xiàn)待測(cè)混合物樣品的注入。因?yàn)榛旌衔镏芯哂胁煌慕M分，它們?cè)谥鶅?nèi)的移動(dòng)速度也會(huì)有所不同，這樣便會(huì)達(dá)到有效的分離效果，然后再采用檢測(cè)器來進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)或得到的各個(gè)組分電信號(hào)做放大處理，最后再借助于信號(hào)記錄儀以圖形的形式將放大之后的電信號(hào)記錄下來。

在通過該技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)重金屬檢測(cè)的過程中，需要將相應(yīng)的試劑加入到待測(cè)樣品中，使其和重金屬離子形成穩(wěn)定且有色的絡(luò)合物，然后再通過高效液相色譜技術(shù)進(jìn)行分離，再借助于紫外、可見光度檢測(cè)器來進(jìn)行重金屬測(cè)定。通過這樣的方式，不僅可以讓普通光度分析檢測(cè)過程中的選擇性差問題得以良好解決，同時(shí)對(duì)多種元素進(jìn)行測(cè)定；同時(shí)也具有更大的便捷性和更快的檢測(cè)速度，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)檢測(cè)中選擇性與靈敏度不能統(tǒng)一問題的有效解決[2]。比如，在將4-2-吡啶偶氮氨間苯二酚用作柱前衍生螯合試劑，通過高效液相色譜技術(shù)進(jìn)行鎳、鐵和鈷這三種重金屬離子的檢測(cè)過程中，其檢測(cè)情況如下：

表2 鎳、鐵和鈷高效液相色譜技術(shù)檢測(cè)情況

但是該技術(shù)也具有一定的局限性，具體應(yīng)用中，一定要對(duì)洗脫液槽中的流動(dòng)相PH加以嚴(yán)格控制，使其一直處在2-8之間，這樣才可以有效確保檢測(cè)效果。同時(shí)，因?yàn)榱鲃?dòng)相中有游離態(tài)的硅羥基存在，所以其分離效果也會(huì)受到一定程度的不良影響，進(jìn)而使測(cè)試精度存在誤差。

2.2 原子吸收光譜技術(shù)

原子吸收光譜技術(shù)主要是將氣態(tài)原子外層電子可吸收可見光以及紫外光的特征作為基礎(chǔ)來進(jìn)行分析的一種方法，正因?yàn)槿绱?，其樣品需要做原子化處理，也就是借助于原子系統(tǒng)將相應(yīng)的能量提供給樣品，使其中被測(cè)的重金屬元素霧化，然后轉(zhuǎn)變成基態(tài)原子。

在通過該技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)重金屬的分析與檢測(cè)過程中，其主要原理是在待測(cè)的重金屬原子被霧化之后，最外層電子吸收了頻率特定的光輻射時(shí)，便會(huì)由原來的基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷，這樣便會(huì)有相應(yīng)的共振線（吸收譜線）產(chǎn)生；因?yàn)椴煌亟饘僭貢?huì)具有不同的原子結(jié)構(gòu)，且其最外層電子的具體排布也存在差異，所以在由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的過程中，不同重金屬元素所吸收的能量也存在不同，這就使其共振線具備了不同的特點(diǎn)。而在具體的檢測(cè)中，只需要對(duì)共振線特征進(jìn)行分析，便可使各種重金屬元素實(shí)現(xiàn)定性分辨[3]。除此之外，該技術(shù)也可以對(duì)檢測(cè)出的重金屬元素進(jìn)行定量分析，當(dāng)一束和待測(cè)重金屬原子吸收線頻率相重合的發(fā)射線從原子蒸汽中通過時(shí)，在整個(gè)的線性范圍中，吸收光所具有的輻射強(qiáng)度和待測(cè)重金屬濃度之間具有正比關(guān)系。根據(jù)這一關(guān)系，便可對(duì)水質(zhì)中所含有的重金屬元素進(jìn)行定量分析。

通常情況下，在原子吸收光譜技術(shù)的具體應(yīng)用中，其儀器的主要組成部分有五個(gè)，第一是光源，第二是原子化系統(tǒng)，第三是分光系統(tǒng)，第四是檢測(cè)系統(tǒng)，第五是顯示系統(tǒng)。

通常情況下，原子系數(shù)光譜技術(shù)中的光源主要為銳線光源，空心陰極燈是最常用的一種光源形式。借助于原子化系統(tǒng)，可以讓樣品中的重金屬元素轉(zhuǎn)化成氣態(tài)形式的基態(tài)原子，針對(duì)不同的樣品以及重金屬元素狀態(tài)，其原子化方法也不同，就目前來看，主要的原子化方法包括火焰原子化法、冷原子化法、石墨爐原子化法以及電子原子化法。分光系統(tǒng)的主要作用是借助于光柵以及窄縫來分離待測(cè)重金屬元素中的特征譜線以及周圍的其他譜線，以此來為后續(xù)的檢測(cè)提供足夠便利。檢測(cè)系統(tǒng)以及顯示系統(tǒng)的主要作用就是進(jìn)行光信號(hào)的分析與處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)形式，再將最終獲得的吸光度值顯示出來。

該技術(shù)在當(dāng)今已經(jīng)比較成熟，通過該技術(shù)，可對(duì)幾乎所有的元素進(jìn)行分析。但是在具體應(yīng)用中，一定要通過相應(yīng)的光源來激發(fā)各種元素的原子。由于水質(zhì)中所含有的離子種類和數(shù)量都非常多，相比較其他離子而言，待測(cè)的重金屬元素含量就相對(duì)較低，所以在通過該技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)重金屬的具體檢測(cè)與分析中，為實(shí)現(xiàn)檢測(cè)靈敏度與檢測(cè)精度的進(jìn)一步提升，相關(guān)單位與檢測(cè)人員一定要通過相應(yīng)的富集方法對(duì)水質(zhì)樣品做好預(yù)處理工作，比如膜過濾、協(xié)同沉淀、電沉積、固相萃取、濁點(diǎn)萃取、溶劑萃取等。另外，因不同的富集方法也會(huì)對(duì)水質(zhì)中的重金屬檢測(cè)靈敏度產(chǎn)生很大影響，所以具體檢測(cè)中，一定要根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行富集方法的合理選用。

2.3 原子熒光光譜技術(shù)

原子熒光光譜技術(shù)就是定量分析輻射能激發(fā)作用下原子所發(fā)射出的熒光強(qiáng)度，它屬于發(fā)射光譜分析技術(shù)中的一種。該技術(shù)的主要應(yīng)用原理是在消化液中對(duì)固態(tài)和液態(tài)的樣品進(jìn)行高溫加熱處理，使其發(fā)生分解和氧化還原等的反應(yīng)，這些樣品在反應(yīng)之后都將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榍辶恋囊簯B(tài)；然后借助于預(yù)還原劑將酸性溶液中所含有的待分析重金屬元素轉(zhuǎn)化為特定價(jià)態(tài)，并使其和KBH4硼氫鉀還原劑發(fā)生反應(yīng)，生成氫化物與氫氣；再借助于氬氣將生成的氫化物與氫氣推動(dòng)并引入到原子氧化器中對(duì)其進(jìn)行原子化處理。在此過程中，特定的基態(tài)原子通常會(huì)以蒸汽的形式存在，并對(duì)與之頻率相適合的輻射吸收，其中的一些受激發(fā)態(tài)原子將會(huì)在去激發(fā)時(shí)通過光輻射的方式將波長(zhǎng)特定的熒光發(fā)射出來。檢測(cè)過程中，只需要借助于檢測(cè)器對(duì)這些原子所發(fā)出的熒光進(jìn)行檢測(cè)，便可實(shí)現(xiàn)重金屬元素的科學(xué)檢測(cè)與分析。

在通過該技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)重金屬的分析與檢測(cè)過程中，應(yīng)用到的儀器設(shè)備和原子吸收光譜技術(shù)所應(yīng)用的儀器設(shè)備具有相似的結(jié)構(gòu)，但是其光源卻并不和檢測(cè)器處在同一直線上，而是呈直角。通過這樣的方式，便可有效防止激發(fā)光源中發(fā)射出的輻射影響到原子熒光檢測(cè)信號(hào)，盡最大限度確保熒光檢測(cè)質(zhì)量。

在水質(zhì)重金屬分析檢測(cè)中，該技術(shù)具有非常高的靈敏度和選擇性，需要的試樣量很少，且檢出限會(huì)比原子吸收光譜技術(shù)低。因?yàn)樵訜晒獾陌l(fā)射方向可以是空間中的任何一個(gè)方向，所以該技術(shù)可達(dá)到多通道檢測(cè)效果，可同時(shí)對(duì)水質(zhì)中的多種重金屬元素進(jìn)行分析與檢測(cè)。但是該方法的應(yīng)用范圍比較局限，因?yàn)楹芏嘀亟饘俦旧聿⒉粫?huì)有熒光產(chǎn)生，所以在具體的檢測(cè)分析中，需要將相應(yīng)的熒光物質(zhì)加入樣品中才可以進(jìn)行熒光分析，且熒光物質(zhì)也只能夠在特定的幾種重金屬離子中產(chǎn)生響應(yīng)，包括Co2+、Ag+、Hg2+、Cu2+、Pb2+等，對(duì)于其他的重金屬離子則并不會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)，所以也就很難對(duì)其他重金屬離子做出科學(xué)準(zhǔn)確的檢測(cè)與分析[4]。正因?yàn)槿绱耍@種分析檢測(cè)技術(shù)在具體應(yīng)用中會(huì)受到一定程度的限制。

2.4 電化學(xué)分析技術(shù)

電化學(xué)分析技術(shù)主要是將被分析物質(zhì)所具有的電化學(xué)特性作為依據(jù)來進(jìn)行其組成與含量測(cè)定的一種分析檢測(cè)技術(shù)。具體應(yīng)用中，一般會(huì)將待測(cè)溶液用作化學(xué)電池中的一部分，然后將化學(xué)電池中的電壓、電流曲線、電導(dǎo)、電阻、電位以及電流等的這些電參數(shù)和待測(cè)物質(zhì)具體濃度的函數(shù)關(guān)系來進(jìn)行組成元素及其含量的測(cè)定。電化學(xué)分析技術(shù)的一個(gè)基礎(chǔ)就是化學(xué)電池中所產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)，該技術(shù)在當(dāng)今的水質(zhì)重金屬檢測(cè)與分析中是一種十分關(guān)鍵的技術(shù)形式。

就目前的水質(zhì)重金屬檢測(cè)與分析來看，溶出伏安技術(shù)以及離子選擇性電極技術(shù)是最為常用的兩種電化學(xué)分析技術(shù)。在通過溶出伏安技術(shù)對(duì)水質(zhì)重金屬進(jìn)行檢測(cè)的過程中，其主要原理是讓待測(cè)的重金屬在一定電位條件下電解，并使其在工作電極表面上富集，然后通過反向掃描的方式讓工作電極自身的電位發(fā)生改變，并讓富集在其上的重金屬離子重新在電解溶液中溶解；在通過溶出過程中的伏安曲線分析來實(shí)現(xiàn)水質(zhì)重金屬檢測(cè)。因此在通過該方法進(jìn)行檢測(cè)的過程中，其主要的過程有兩個(gè)，第一是電解富集，第二是電解溶出。其中，電解富集主要是在特定的恒定電位條件下進(jìn)行待測(cè)溶液的電解，并按照一定的速度對(duì)其進(jìn)行攪拌，讓相應(yīng)的重金屬離子在電極上還原，并讓重金屬元素直接沉積到惰性汞電極表面上，這樣便可實(shí)現(xiàn)富集電流與電位曲線的形成。以下是其富集過程式：

在此過程中，可采取溶液攪拌或者是電極旋轉(zhuǎn)的方法來實(shí)現(xiàn)富集效果的進(jìn)一步提升。溶出主要是在重金屬元素完成了富集并靜止60s之后再對(duì)其電位做反向改變，在電極電位稍正于平衡電位時(shí)，電極上原來沉積的重金屬元素便會(huì)再一次變?yōu)殡x子，并在溶液中溶解，通過該方法產(chǎn)生的溶出電流與電位曲線叫做伏安曲線。因溶出電流峰值、電極類別與被測(cè)物濃度之間具有一定的關(guān)系，所以可根據(jù)該關(guān)系來對(duì)重金屬離子進(jìn)行定性分析。

借助于溶出伏安技術(shù)，可通過提升水質(zhì)中的重金屬濃度來提升檢測(cè)靈敏度與檢測(cè)精度，可對(duì)多種重金屬同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)分析，且不需要預(yù)先做分離處理，儀器設(shè)備也具有微型且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。但是具體應(yīng)用中，富集電位和富集時(shí)間將會(huì)對(duì)其檢測(cè)結(jié)果造成不良影響，且對(duì)于試驗(yàn)條件與操作技術(shù)都具有較高要求。

3 結(jié)語

綜上所述，在對(duì)水質(zhì)中的重金屬污染物進(jìn)行檢測(cè)與分析的過程中，高效液相色譜技術(shù)、原子吸收光譜技術(shù)、原子熒光光譜技術(shù)、電感耦合等離子體技術(shù)以及電化學(xué)分析技術(shù)等都是十分先進(jìn)且有效的檢測(cè)技術(shù)。但是因?yàn)椴煌瑱z測(cè)技術(shù)的適用范圍與條件有所不同，所以在具體檢測(cè)中，相關(guān)單位與檢測(cè)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況、結(jié)合實(shí)際需求，選擇合理的技術(shù)來進(jìn)行檢測(cè)。這樣才可以有效確保水質(zhì)重金屬元素的檢測(cè)與分析效果，為其后續(xù)的治理工作奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。