水环境检测中重金属检测技术的应用

摘要 ：我国是水资源大国，但人均水资源占有量较少，随着我国现代工业与农业的快速发展，人们越发重视水环境中的重金属污染，水中重金属超标不仅会对人类身体造成影响，还会对生态环境产生威胁。 重金属污染在水、空气、土壤等环境中皆可能存在，本文围绕水中重金属检测技术进行研究，针对原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、电位分析法等各技术进行优缺点、技术原理与技术应用进行分析， 希望为相关检测人员提供一定的技术参考。

关键词 ：水环境检测 ；检测标准 ；检测原理 ；重金属检测技术

1. 水质重金属的含量、检测标准及原理

水中重金属含量

我国地域辽阔，具有丰富的河流、湖泊，这也是饮用水的主要水源。在水环境中，重金属污染按照严重程度排序为汞、镉、铬、铅等，例如镍、铊、铍、铜等重金属污染在我国水环境中同样较为严重。密度大于4.5g/cm3的金属为重金属，重金属在人体中累积达到一定程度，会造成慢性中毒，水环境中的重金属能够对人类健康与生态环境产生危害。每升水中重金属含量超过以下标准，将视为超标：铬0.05 mg/L；砷0.01 mg/L；汞0.001 mg/L；硝酸盐10 mg/L；镉0.005 mg/L；氰化物0.05 mg/L；铅0.01 mg/L；硒0.01 mg/L；氟化物1.0mg/L。

水中重金属检测标准

针对水环境中铁的检测标准为《HJ/T 345— 2007水质铁的测定 邻菲啉分光光度法》；铜的检 测标准为《水质 铜的测定 2,9-二甲基 -1,10-菲啰啉 分光光度法》；总铬检测标准为《GB/T 7466—1987水质 总铬的测定》；镍检测标准为《GB/T 11910— 1989水质 镍的测定 丁二酮肟分光光度法》

水中重金属检测原理

水环境中重金属铁的检测原理 ：溶液pH 3~9时，亚铁离子与其中邻菲啰啉反应生成橙红色络合物，橙红色络合物较为稳定，其在 510 nm波长处吸光度与含铁浓度成正比。若将高铁离子还原，则 可测高铁离子及总铁含量。

铜的检测原理 ：对二价铜离子进行还原反应， 采用盐酸羟胺将其还原为亚铜离子，在中性或微酸 性溶液中，2,9-二甲基 -1,10-菲啰啉与亚铜离子生成络合物进行测定。

总铬检测原理 ：三价铬通过高锰酸钾氧化，成 为六价铬，之后同二苯碳酰二肼生成化合物。过量的高锰酸钾用亚硝酸钠分解，而过量的亚硝酸钠又 被尿素分解。

镍检测原理 ：在氨溶液存在碘的情况下，定二酮肟和镍作用，生成可溶性络合物，并进行分光光 度测定。

1. 检测技术

原子吸收光谱法（AAS）

(1)原子吸收光谱法技术优缺。原子吸收光谱法优势在于其检测速度较快，并有着较高的准确度与灵敏度，在多种情况下皆可用于检测多种重金属， 能够对70多种元素进行测定，在重金属检测中有重要应用。但是，AAS同样具有一定局限性，对难溶元素、非金属元素测定较为困难，并且对复杂的样品分析干扰较为严重，不可同时测定多种元素。

(2)原子吸收光谱法技术原理。原子吸收光谱法是一种根据气态原子外层电子对紫外线光与可见光对应原子共振辐射线吸收强度，对被测元素含量进行定量的方法。主要基于原子在特定波长处吸收特定能量的原理（见图 1）进行分析。利用气体原子对于特征光谱的吸收程度，从而对重金属的含量进行检测。需要对经过处理的水样，喷入石墨炉之中，之后采用光谱仪对光强度进行测定，并根据曲线对金属元素浓度进行测定。

(3)原子吸收光谱法技术应用。AAS在冶金、 化工、环保水质、食品检测中应用较广，可利用原子吸收光谱法对蔬菜与肉制品中的重金属元素含量进行测定，通过二氧化钛进行测定。并且还可采用石墨炉与冷原子光谱法对水环境中的重金属进行检测，相关研究所测定结果偏差不超过7.8%。

X射线荧光光谱法（XRF）

（1）X射线荧光光谱法技术优缺。① X射线荧光光谱法具有快速、非破坏性与准确性的技术优势，能够对测定样品同时进行多种重金属检测，并 根据标准曲线的计算，测定样品中重金属元素的浓 度。②该方法主要基于样品在 X射线作用下产生 荧光信号的原理进行分析。在实际操作中，首先需 要将经过前处理的水样放置于 X射线荧光光谱仪中，然后通过 X射线激发样品产生荧光信号，最后根据标准曲线计算出重金属元素的浓度。

（2）X射线荧光光谱法技术原理。X射线荧光光谱法技术根据传感器与样品间的荧光信号变化进行分析，对水环境中的重金属离子进行测定。如在水环境中存在铜离子，铜离子会与磷酸三产生反应， 故而可通过磷酸三对水环境中的铜离子开展检测， 并对其是否存在淬灭现象进行分析判断，如存在说 明水环境中含有铜离子。制作荧光传感器探针开展铁离子检测，探针淬灭说明环境中含有铁离子，在金属有机框架化合物中添加硫离子，应用化学试剂 盒对铬离子与汞离子进行检测，如存在淬灭现象， 则说明存在铬离子，荧光强度增加则说明存在汞 离子。

（3）X射线荧光光谱法技术应用。在 X射线荧光光谱法应用中，相关研究人员利用其进行 海洋沉淀物中的重金属测定，得出铅的检出限为 0.70×10-6，仅用 1 h，完成样品中 50多种元素测定，方便且快捷，具有较高的可信度。研究人员对 X射线荧光光谱法测定卷烟贴纸中的镍、汞等重金 属含量，各重金属元素的检出限均低于 1.0μg/g。

电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）

（1）电感耦合等离子体质谱法技术优缺。电感 耦合等离子体质谱法能够对多种重金属元素进行检 测，其具有高分辨率与高灵敏度，这种技术主要根据样品中原子在高温等离子体中被激发，对所产生的特定波长辐射信号进行分析。在水环境检测中，由于水样的成分较为复杂，并且其中各物质相互作用较为强烈，导致电感耦合等离子质谱仪测定结果 受到较多因素的制约，在标准曲线搭建中的误差，对整体检测精度产生不利影响。故而，当下如何针对标准曲线建立对电感耦合等离子体质谱法造成的不良影响进行规避，已经成为相关研究人员重点关 注的内容。

（2）电感耦合等离子体质谱法技术原理。电感耦合等离子体质谱仪（见图 2）由样品引入系统、 电感耦合等离子体（ICP）离子源、离子透镜系统、 检测器等构成，其他支持系统有真空系统、冷却系 统、气体控制系统、计算机控制及数据处理系统等。

①电感耦合等离子体质谱发在针对样品中多形 态元素进行测定时，在特定情况下会产生电力反应， 从而出现相应的离子信号。经过对这些离子化合物 进行分离，能够实现对待测元素的信息获取，包括 浓度、质量分数、线性范围等数据。利用相关仪器 还可实现多目标测定，故而被广泛的应用在水环境 检测之中。②电感耦合等离子体的“点燃”，需具 备持续稳定的高纯氩气流 (纯度应不小于 99.99%)、炬管、高频发生器、冷却系统等环境。样品气溶胶被引入等离子体离子源，在 6 000~10 000 K的高温 下，发生去溶剂、原子化、电离等过程，最终转化 为带正电荷的正离子。

（3）电感耦合等离子体质谱法技术应用。在技术实际应用中，需要将相关水质水样进行处理，通 过电喷雾等方式，将水样转化为气态，之后进入电感耦合等离子体中进行激发和分析，最后根据标准曲线计算出重金属元素的浓度。相关研究人员应用电感耦合等离子体质谱法技术，对鱼类动物体内铅、 镉等重金属元素进行检测。根据细胞碰撞气体流速的差异，测得镉元素的检出限为 0.043μg/g，铅元素的检出限为 0.682μg/g，且该实验的重现性较好，加标回收率均在98%~101%之间。

电位分析法

（1）电位分析法技术优缺。电位分析法属于电 化学分析法，其采用指示电极与参比电极，或采用 两个指示电极，与样品试液组成电池，根据电动势 变化进行分析的方法。在保持电极不产生电流时， 离子选择性电极是电位分析法中应用较多的方法， 离子选择性电极具有使用方便、检测速度快、仪器 结构简单、功耗低、操作方便等优点。

（2）电位分析法技术原理。电位分析法是通过测量电极之间的电位或电动势变化来对被测溶液中的物质成分以及含量进行测量的一种电化学分析方法。在样品测试溶液中插入不同性质的电极，形成电池，之后利用电动势和试液离子浓度关系，进行离子浓度测定。

（3）电位分析法技术应用。在电位分析技术应用中，研究人员通过选取共价有机框架材料（TpPa—1）制备而成的化学修饰电极对样品溶液中的汞离子和铜离子进行测定，所得结果表明，Cu2+、Hg2+的检出限分别为 5.0×10-8 mol/L、1.0×10-8 mol/L。 对实际样品进行检测，回收率达到 97.6%~105.5%。 近年来，由于电化学分析法所用的仪器具有设备简单、方便携带、分析速度快的特点，已制备出了多种电化学传感器用于不同基质中的多种重金属的实时监测。

电导分析法

（1）电导分析法技术优缺。电导分析法通过对溶液电导率进行测定，从而实现对被测物质的定量 定性分析方式。电导分析法其检测速度较快，并且 由于相关仪器结构简单，故而操作相对方便。缺点 便是其只能对测定样品中的所有离子总导电率进行 测定，对复杂的溶液进行测定中，难以对其中多种离子种类分辨，选择性较差。

（2）电导分析法技术原理。电解质溶液在电场 的作用下，具备一定的导电能力，随着离子数量的 增加，其导电能力逐渐增强，其中，导电能力可通 过电导率进行表示。两个电极（铂电极或铂黑电极） 在溶液中，可构成电导池，与两电极上外加直流电 压，便能够对两电极电阻大小进行测定，大小符合 欧姆定律，公式为 ： R = ρ。

式中，L为两电极间的距离，cm；A为电极面 积，cm2；R为溶液电阻，Ω；ρ为溶液的电阻率， Ω · cm。

（3）电导分析法技术应用。电导分析法通过对 电池电动势进行测定分析的一种测物含量方法，当 下的电导分析法中，直接电导分析与电导滴定分 析是应用较多的方式。相关研究人员将聚二甲基硅 氧烷作为基底材料、以银纳米线为导电层，研发 了一种银纳米线柔性电极检测水环境中 Cu2+的测 定方式，在优化条件下，Cu2+的线性范围为 0.10~ 0.001 mg/L，检出限为 9.27×10-5 mg/L。该方法速 度快、检测范围宽、灵敏度高，可满足水样中 Cu2+的检测要求。

文章来源：闫广强,自强.水环境检测中重金属检测技术的应用[J].清洗世界,2023,39(11):99-101

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