水环境重金属元素污染现状及检测技术

水环境重金属元素污染现状及检测技术

高娟

谱尼测试科技（天津）有限公司天津市300450

摘要：随随着工农业的发展，包括重金属在内的大量污染物已经排入人们的河流，造成水质恶化和一系列严重后果。水环境中的重金属污染意味着被排放到水中的重金属大于水的自净能力，使水的组成和性质发生变化，从而恶化水环境中的生物生长条件，引起水环境的恶化。人类的生命和健康受到不利影响。重金属污染物，在环境中，在水环境中很难降解，可以在动植物中积累，通过食物链逐渐富集，浓度可以增加几万甚至几百万次，最后进入人体造成危害，是人类最有害的污染物之一。本文对水环境重金属污染的现状进行分析，并阐述了重金属污染检测技术在水环境治理中的应用。

关键词：水环境；重金属污染；检测技术

随着城市的不断发展，土壤、大气和水环境中的重金属污染不断加剧，尤其是水环境。重金属污染是水环境污染的核心问题之一，如采矿、化工废水、农业利用、金属加工、生活污水等污染物。鉴于重金属具有强毒性、难代谢、生物富集和生物放大等特点，水环境中的重金属严重危害水生生物的生存和人体健康。随着现代测试技术的不断进步，越来越多的检测技术出现在不同水样中的重金属检测中，检测的准确性和效率也显著提高。

一、水环境中重金属污染的现状

水作为自然环境中不可缺少的基本资源，伴随着人类文明的发展，具有巨大的推动作用。重金属是主要的污染源，加重了水环境中重金属的污染程度。重金属污染是指由重金属或其化合物引起的环境污染。如果工业废水处理不及时，被污染的水被使用两次，即使在工业废气中，也会含有高浓度的重金属。如果不注意这些环节，重金属污染事件将继续爆发，对整个生态环境造成严重破坏。重金属污染会给受害者造成巨大的身心伤害。如果人体长期摄入重金属过多，会对身体造成严重危害。为了减少水环境的污染，保证人们的日常生活质量，国家开始对大型水资源的污染进行监测。水质的重要指标之一是重金属含量。在重金属污染的水环境中，不仅是单一金属元素的污染，而且是多种金属元素的复合污染。因此，给重金属污染和检测带来了一定的困难。

二、重金属污染检测技术在水环境治理中的应用

1、电化学分析法

电化学分析方法是根据物质在溶液中和电极上的电化学性质为基础建立起来的一种分析方法。其优点是仪器装置简单、小型，操作方便，易于自动化和连续分析，分析方法快速、灵敏、准确。电化学分析法主要由以下几种：

（1）电位分析法。电位分析法是在通过电池的电流为零的条件下测定电池的电动势或电极电位，从而利用电极电位与浓度的关系来测定物质浓度的一种电化学分析方法。电位分析法具有许多优点，选择性好，所需试样少，且可不破坏试液，故适用于珍贵试样的分析。它的测定速度快，操作简单，容易实现自动化和连续化。

（3）电导分析法。电导分析法是通过测量溶液的电导值以求得溶液中离子浓度的方法，它分为直接电导法和电导滴定法。其优点是简单、快速，直接电导法还具有很高的灵敏度，缺点是它所测定的电导值是试样中全部离子电导的总和，而不能区分和测定其中某一种离子的含量，因此导致选择性很差。

2、光谱法

（1）原子荧光光谱法。原子荧光光谱法的原理是原子蒸气吸收一定波长的光辐射而被激发，受激原子随后通过激发过程发射出一定波长的光辐射，即原子荧光，在一定的实验条件下，不管是哪一种类型的荧光，其辐射强度均与分析物的原子浓度成正比，按荧光波长分布可作定性分析。原子荧光光谱法具有灵敏度高，选择性强，试样量少和方法简单等特点。它的不足之处是应用范围还不够广泛，因为有包括金属在内的许多物质本身不会产生荧光而要加入某种试剂才能达到荧光分析的目的。此外对于荧光的产生过程和化合物结构的关系，还需要广泛深入地研究。

（2）原子发射光谱法。原子发射光谱法是根据试样中不同原子或离子在热激发或电激发下发射特征的电磁辐射而进行元素的定性和定量分析的方法。由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发作用下，试样中每种元素都发射自己的特征光谱，这是定性分析的基础，根据特征光谱的谱线强度进行定量分析。特点：分析速度快，选择性好，分析灵敏度高，其准确度随待测元素含量的多少有所区别。缺点：成套仪器设备昂贵，对于非金属元素硫、硒卤素等的分析灵敏度低。一般只限于元素分析，而不能确定这些元素在样品中存在的化合物状态。对于高含量元素的定量分析，误差较大；对于超微量元素的定量分析，灵敏度又不够。

3、生物化学法

（1）酶抑制法。重金属离子同构成酶活性中心的巯基相互结合，可促使酶活性中心的特性与结构发生改变，降低酶活性，并促使其相应的酸碱度、电导率、吸光性等出现改变，借由对这些参数改变的测定能够实现对样品中重金属离子含量进行求解。相较于常规化学检测技术，这种生物检测法不仅高效、便捷且成本低廉，十分适用于水环境中重金属污染物的现场检测作业。［4］等人基于Hg对游离态乙醇氧化酶的特异性开展研究，借助化学发光技术针对酶抑制实现开展定量研究，不仅Hg检出限为6pg/mL，回收率比例达101%-110%，而且能够有效规避二价金属离子对精准度的负面影响。

（2）生物化学感应装置。生物化学感应装置借助生物便是物质同检测目标相互结合，借由信号转换装置可生成各类能够用于输出的讯号。常见的装置包括免疫传感装置、酶传感装置、微生物传感装置等。该技术作为一种新型的高效检测技术，近年在环境在线检测领域的应用普及速度飞快，能够实现对水环境中重金属离子的高效、精准检测。电导测量通过交叉电机生成10mV的交替电压，所输出信号通过选择性前置放大装置的处理后，通过禁闭放大装置予以分析。测得Ni、Co、Pb、Zn等的检出限分别是5mg/L、2mg/L、40mg/L和2mg/L，相对标准偏差不超过4%。

4、溶出伏安法的应用。溶出伏安法，又被成为反相溶出极谱法，能够使被检测的重金属物质，在待测离子极谱分析产生极限电流的电位下电解一定的时间，然后改变电极的电位，使富集在该电极上的物质重新溶出，根据溶出过程中所得到的伏安曲线来进行定量分析。使用这种方法，主要有两个步骤：第一步，先将用于电解的测量材料通过混合测试之后的物体，进行跟踪材料还原，然后将其连接到阴极，这个步骤被称为富集；第二步，将两个电极进行扫描，使金属离子溶液中形成电流峰值，这一步骤被称为溶解。溶出伏安法比较简单并且可靠，电极表面比较易于更新。

重金属离子浓度的有效测定是确保水环境监测工作高质进行的必要前提。近年，得力于现代科技的飞速进步，各类型检测分析仪器大量涌现，使重金属检测作业呈现出灵敏度佳、分析速率高、精准性优的态势，为水环境的有效检测提供了良好保障。但鉴于不同检测方法有不同的特征与使用范围，因此在具体的选择使用上必须充分结合实际作业环境，选择适宜的检测方法与设备开展水环境中重金属污染检测作业。

参考文献：

［1］陈会明，肖南娇，罗勇.水环境中重金属污染的现状及检测技术研究[J].科技与企业，2016，（06）：117-118.

［2］王玉杰，万浩.用于水环境重金属检测的微纳传感器及系统研究[D].浙江大学，2015.

［3］宋金明.我国水环境重金属污染现状及检测技术研究［J］.科技视界，2015（34）：69-70.

［4］唐玉东.浅谈水体中重金属危害及检测方法［J］.农村经济与科技，2016（23）：64-65.

［5］马秀东.论水质重金属分析检测技术研究与应用［J］.资源节约与环保，2013（12）：73.

［6］廖国礼，吴超.尾矿区重金属污染浓度预测模型及其应用[J].中南大学学报，2014，35（6）.

［7］刘建波，刘洁，陈春华.表层沉积物重金属污染特征及生态风险评价[J].安徽农业科学，2012，40（17）：72.