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环境水质分析中的重金属检测技术研究王鹏伟

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：王鹏伟

[导读] 摘要：水作为生命之源，水环境污染给人们的生命健康带来巨大的影响。

        身份证号码：13018219870612xxxx 河北石家庄 050000
        摘要：水作为生命之源，水环境污染给人们的生命健康带来巨大的影响。因此，要把重金属检测工作放在水环境预防与保护的重要位置。本文重点探讨重金属检测技术在水环境保护方面的应用情况，以期提升我国水环境保护能力[1]。
        关键词：水质分析；重金属；检测技术
        引言
        常见的重金属污染有砷、镉、铅、汞等，一旦饮用重金属超标的污水，就会对人们的生命健康造成严重威胁。用重金属超标的污水进行灌溉、农业生产、畜牧等，会造成土地重金属污染；农作物和牲畜体内的重金属超标，也会对人类的健康产生威胁。在工业社会不断发展的今天，重金属污染情况越来越严重，所以积极的进行污水控制和净化成为了目前环境工作的一项重要内容。但要实现治理效果的优化，首先要对重金属污染成分及含量进行确定，这样才能有针对性的采取相应的处理措施。因此，对水质重金属的检验方法进行研究，根据实际情况采用合适的检验方法，不但能提高检验的准确度，促进我国水质检验方法的完善[1]，还能为水污染的治理提供参考。
        1、常见的重金属类型
        1.1、砷元素
        砷元素在日常生活中直接危害人们身体健康的物质，该元素所组成的砷化物具有非常强的毒性，如砒霜就是砷化物三氧化二砷，砷化物中毒临床表现为神经衰弱，并发症有肺部疾病、支气管炎等，同时砷化物还具有非常强的致癌性，是许多癌症的罪魁祸首。正常情况下，人体内所含砷元素非常少，即使偶尔从外部食物获取到一些砷化物，人体的自净功能也能将其分解，排出体外，但是若食品中砷化物含量过高，或者长期食用砷化物含量超标的食物，也将直接引起砷化物中毒，严重时还会威胁人们的生命[3]。
        1.2、铅元素
        人体摄入的铅元素会在血液中形成血铅。血铅浓度达到一定的标准就会造成铅中毒，铅中毒会对人体神经系统、血液系统、心血管系统、骨骼系统等产生终生性的伤害，中毒者开始会出现疲劳、失眠、食欲不振、胃疼、关节疼痛、贫血等症状，随着铅毒加深更可诱发高血压、心脏衰竭、生殖障碍和肾衰竭等严重疾病，严重者可导致痴呆，甚至引发癌症等；孕妇铅中毒后则可能产生流产、死胎、婴儿发育不良等严重后果。
        1.3、汞元素
        汞又被称作水银，是唯一一种在常温下呈液态状的金属。同时汞元素在日常生活中非常常见，如生活中所使用的体温计中就有汞元素。一般情况下，汞主要以有机汞、无机汞和汞元素3种状态存在，有机汞与无机汞主要指存在于自然环境和生物体内的汞元素，其含量相对较少。而汞元素的总量较大，如果人体直接摄入汞元素，将直接导致汞中毒。结合以往临床试验可以得出，患者在出现汞中毒时，会出现精神紊乱，严重时将直接导致休克，危及患者的生命安全[4]。
        2、水污染环境中的重金属来源及危害
        水资源中的重金属污染主要源于以下方面：一是工业污染源排放；二是城市化建设。水资源中的重金属污染会对人体带来极大的危害，人们如果饮用含有重金属的废水，会极大地威胁人体健康，加之重金属工业废水会间接污染农产品，导致重金属残留于农业作物之中。同时，重金属污染还会对水生植物、水生动物造成危害，导致水生植物的光合作用、呼吸作用、酶的活性受到影响，还会对水生动物的生理代谢过程产生危害[5]。
        3、环境水质分析中应用重金属检测技术的具体方法
        3.1、电化学法
        通常，电化学法按照物质的电化学性质，测出物质的具体含量和基本结构要素。试液作为化学电池的重要组成部分，人们可以根据化学电池的电导和电流等参数完成测量工作，研究试样中发生的电化学反应。常用的溶出伏安法和极谱法等在水环境重金属检测中具有较高的应用价值，具有操作简便、效率高等优点。电化学氧化分为两种，一是直接氧化，污染物在阳极作用下失去电子而出现氧化，以便处理含重金属的污水。二是间接氧化，以阳极反应而具有强氧化作用具有阳极反应之外的氧化污染物，最终实现氧化对污染物的降解作用[6]。
        3.2、液相色谱分析法
        液相色谱分析法是水质检验中最常见的检验方法，具有检测效果好、检测速度快的优点。液相色谱分析法的特点是以液体的流动相、固定相进行色谱检测分析。根据使用的载体形式不同，相应的命名也不同，具体分为纸色谱、薄层色谱和柱液相色谱等。液相色谱分析法的检验速度虽然快，但是检验精确度比较低。所以，液相色谱分析法适用于初步检验，后续应结合其他检验方法，确保检验效果的准确度[7]。
        3.3、分光光度法
        分光光度法在重金属检测中属于非常常见的检测方法，其作用原理是以化学反应为基础，将经过处理的食品添加到显色剂溶液中，因为重金属离子遇到显色剂会和其发生络合反应，生成对应的络合物。在相应波长的光作用下，络合物会吸收光，产生不同的反射波长，根据不同重金属离子形成的络合物所发射的波长不同，判定受检食品中重金属离子的种类，然后结合物理学中的定量分析法来判定食物中金属离子的具体含量，对比分析结果与标准结果，从而确定食品中重金属含量是否达标。该检测方法最大的应用优势在于操作便捷度高，同时具备很高的检测灵敏度，应用成本较低，是现阶段应用非常广泛的检测方法。需要注意的是，在实际应用过程中，需要选择好显色剂，避免选择错误导致测量结果有误[8]。
        3.4、荧光分析法
        原子荧光光度法是利用原子蒸汽在辐射能激发下产生的荧光的发射强度来进行分析的一种方法。在通常情况下，荧光指的是物质在一定波长的光照辐射下，物质的价电子将处于一种激发状态，将从基态迁移到激发状态，但是这种状态的稳定性是比较差的，这样就造成价电子的衰变速度异常地快，最终将变为基态。同时随着光照辐射强度的增大，物质会发射出一定波长的光，产生的波长将比入射光波长要长，此光就被称为荧光。荧光的特点就是在光照行为如果停止后，发光现象将会逐渐消失。在重金属检测方面，不同的金属物质其结构不同，元素的价态也不同，所以其发出的荧光波长、频率等存在着显著的差异。在水质检验的过程中，利用金属元素的这种差异性特点可以有效的判断水中的金属元素种类。原子荧光光度法检测具有灵敏度较高、线性范围大、适用于多元素分析等，但是可以用原子荧光进行测定的金属种类有限。荧光分析法操作简单，但其应用性比较差[9]。
        3.5、生物化学分析法
        生物化学分析法是将生物和化学进行结合的技术，理论日趋完善，但是具体的使用却相对较少。从理论研究的成果来看，此种方法就有高效性、准确性和绿色性的特点，所以其未来价值比较大。正是因为如此，积极的进行此种方法的实用性研究对于全面提升水质检验工作的效果意义重大。研究较为广泛的有免疫分析法和酶分析法。
        免疫分析法，免疫分析法的检验灵敏度和选择性都非常强，主要是对水源里的抗体和抗原进行相关检测，以此判断重金属的含量。免疫分析法的原理是利用重金属的离子和相关络合物反应形成一种全新的结构，与水中的抗体、抗原进行反应。
        酶分析法，酶分析法主要分析重金属的酶含量。重金属离子在酶活性的中心位置发生反应后，检测水质中的物质电导率、显色剂颜色变化、pH等，就可判断重金属的含量[10]。

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        3.6、流动注射分析技术与原子吸收法相结合的应用
        对于流动注射分析技术与原子吸收法相结合的应用已经有了很长的历史。通过加设少量的设备就能能够获得显著的分析成效，同时还可以保证原子吸收法原本的分析精度。通过两者的结合，在进行监测时的灵密度和准确性都有所提高，也因此成为了近年来应用研究较多的方法，并且由于抗干扰能力强，因此在监测前对试样的处理可以更加简化，与传统的分析方法相比，实际的消耗量要明显减少，通过与在线浓缩结合后，还可以用于测定超痕量金属元素。利用流动注射分析技术与氢化物的原子吸收法，对铋（Ⅱ）和铋（Ⅲ）进行测定，检测后发现铋（Ⅱ）的检出限可达6pg/L。
        目前最常见的应用是将流动注射分析技术与火焰原子吸收法相结合，用于检测痕量金属元素，该方法能够有效的提高富集倍数以及检出限，并且提高了分析的效率。通过将流动注射分析技术与原子吸收法结合，同时运用萃取技术，在测定出水环境中的铜离子时，当预富集的时间到达3min时，其检出限为0.8，相对的标准偏差为0.7%，分析频率为20样/h；当预富集的时间到达5min时，其检出限为0.89，相对的标准偏差为6.4%，分析频率为12样/h[11]。
        3.7、电感耦合等离子体光谱法
        电感耦合等离子体光谱法作为光谱分析法中的一种，用电感耦合等离子炬作为激发光源，将水环境中的重金属含量快速地检测出来。这种重金属检测方法的结果准确性高，基体效应不明显，并且可以同时检测多种元素。在对微量元素检测时具有很强的优势，检测的灵敏度也比较高，同时检测时不容易受到其他因素的干扰。因此，在水环境质量检测工作中，电感耦合等离子体光谱法的检测结果具有准确性高，重现性好的特点。一般来说，如果水中的重金属含量比较低，就需要将本技术和分离富技术同时使用，这种方式就能使得水中金属含量的精密度很快地提升，使得检测范围也得以扩大。在具体的水质分析中，一般使用的是分离富集法，这种方法在人们不断实践和总结中，得到了有力地发展，这些年日趋得到了完善，使得对水环境质量检测的结果变得更加精准[12]。
        4、加强水环境中重金属检测技术的重要举措
        4.1、水质样品的管理
        水样的代表性、有效性和完整性将直接影响检测结果的科学性、准确性和可靠性。水样采集过程中，样品容易受到诸多因素的影响，其中采样容器材质及洁净程度是重要影响因素之一。所以采样前需要确保采样容器清洗干净，且在装水前要用水样润洗采样容器。另外根据分析项目性质和保存要求须准备不同材质的采样容器，采集的水样用浓酸酸化固定。对于重金属指标，一般选用聚乙烯瓶采样，加硝酸酸化保存。
        4.2、样品的富集浓缩
        一是膜分离处理法。要利用外部压力条件分离或浓缩半透膜溶剂/溶质，并保证分离过程中溶质化学形态的稳定不变性。通常来说，可以采用反渗透法、超滤法、纳滤法、电渗析法、微滤法等。二是吸附处理法。利用物质吸附剂中的羧基、羟基等活性基团，与重金属离子合成离子键和共价键，从而实现对重金属离子的有效吸附，再通过化学法将吸附的重金属元素置换出来，从而实现重金属离子的富集。三是仪器浓缩法。利用加热、氮吹等方法对水质样品进行快速浓缩，提高重金属指标在水质样品中的浓度。
        4.3、完善相关的水质量检测管理措施
        完善相关的水质量检测管理制度是保证检测质量的重要前提条件，首先要做的就是改进和优化检测程序，加强质量管理体系的作用和功能，始终坚持精细化的工作观念，针对检测环境、检测设备以及检测项目进行科学合理的质量管理和监督。因为在检测过程中存在的影响因素有很多，比如人为误差、系统误差、环境误差等，要想快速的发现并解决这些问题，就需要人们在检测过程中做好样品应用、平行样检测以及留样的二次测定等质量控制工作，及时的发现误差并快速进行纠正，以防出现更大的错误和损失。做好检测数据信息的管理工作并提高检测人员的责任意识，树立严谨的工作态度。遵循原始检测记录数据的要求和规定，确保能够复现检测的整体过程，有效增强检测人员的责任观念，严格的根据检测质量管理规定进行各项工作，加快推进检测工作的规范化管理进程。与此同时，强化质量监督管理工作，贯彻落实好各项管理规章制度。在检测过程中出现的所有问题都能找原因和对应的责任人，并对质量监督管理体系进行持续的完善和改进[13]。
        4.4、检测质量控制
        在对水质进行检测的过程中，相关的工作人员还需要注意加强对质量的控制。在接到被测样品时第一时间测定水样的pH和游离二氧化碳，防止水质与空气接触发生变化，在具体的水质检测的过程中，相关的工作人员需要对不同的检测环节，以及检测设备进行全方位的控制，水质的检测一般都需要有相关的检测设备来进行，因此需要保证相关的仪器和设备，符合相关的标准，并保证设备检定和校准符合要求。同时，相关的工作人员还需要注意加强对设备的定期检查以及维护保养工作。此外，工作人员还需要有较高的素质。工作人员在检测水质时，需要对自己负责的工作环境进行熟练掌握，对室内温度湿度要严格按照国标和仪器要求去执行。标准舒适度、仪器设备使用情况以及对方法的舒适度都会对检测的结果造成一定的影响。因此相关的管理人员需要加强对工作人员的培训工作，对检测中的不同环节加强有效的监管以及监督工作，从而促进水样检测的质量。
        结束语
        水环境中的重金属污染问题，一直是环境保护工作中重点要解决的问题，因此，提升水质检验中对重金属的检验分析，积极利用多样化的检测方法有着突出的价值。在总结了水质检验中重金属检验的基本概况之后，对重金属测定方法进行系统的探讨能够有效的提升重金属检验的效率和质量，从而为水污染的治理提供参考。
        参考文献
        [1]韩传京.探讨水质分析中的重金属检测技术[J].冶金管理,2019(05):63+65.
        [2]孙永鹏.环境水质分析中重金属检测技术应用探析[J].工程建设与设计,2019(02):160-161.
        [3]刘丽娜.重金属检测技术在环境水质分析中的应用[J].化工设计通讯,2019,45(01):218-219.
        [4]赵艳.水质分析中重金属检测技术[J].云南化工,2018,45(12):56-57+62.
        [5]聂嘉.水质分析中重金属检测技术[J].黑龙江科学,2018,9(22):138-139.
        [6]娜孜拉•扎曼别克,沙拉•托合塔尔汗.重金属检测技术在环境水质分析中的应用[J].资源节约与环保,2018(07):45.
        [7]杨春霞.环境水质分析中重金属检测技术探究[J].化工管理,2018(13):40-41.
        [8]马传杰.环境水质分析中的重金属检测技术研究[J].中国资源综合利用,2018,36(04):139-140.
        [9]余湘飞.重金属检测技术在环境水质分析中的应用[J].环境与发展,2018,30(03):89-90.
        [10]熊金锋.环境水质分析中重金属检测技术应用研究[J].水利技术监督,2018(02):3-4+13.
        [11]张晶.环境水质分析中重金属水质检测的重要性[J].环境与发展,2018,30(03):178+195.
        [12]李强,胡月.用于环境水质分析的重金属检测技术[J].资源节约与环保,2018(03):93.
        [13]刘菲,喻子书.环境水质分析中的重金属检测技术应用[J].技术与市场,2018,25(03):150.