环境水质分析中重金属检测技术应用探析

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  要:随着环境问题的日渐严峻,环境水质分析的受关注力度不断提升,重金属检测技术在环境水质分析中的应用也开始成为学界关注焦点。基于此,本文将简单介绍环境水质分析中的常用重金属检测技术,并结合实例,深入探讨重金属检测技术的具体应用,希望研究内容能够为相关业界人士带来一定启发。

关键词:环境水质;重金属检测;原子吸收光谱法

中图分类号:X832    文献标识码:A      文章编号:1671-2064(2019)17-0000-00

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受现代工业快速发展影响,我国各地均出现了不同程度的水污染问题,重金属问题便属于其中代表,这一污染不仅会影响自然生态,还很容易对人们的身体健康造成威胁。但结合实际调研可以发现,环境水质分析中重金属检测技术应用不当的情况仍时有发生,为尽可能改善这一现状,正是本文围绕环境水质分析中重金属检测技术应用开展具体研究的原因所在。

1环境水质分析中的常用重金属检测技术

1.1原子吸收光谱法

作为环境水质分析中最为常用的重金属检测技术之一,原子吸收光谱法具备选择性好、分析速度快、检出限低、灵敏度高、抗干扰能力强等优点[1],被列为废水与地表水金属元素的标准分析方法。在应用原子吸收光谱法进行重金属检测的实践中,结合火焰原子吸收光谱法与缝式石墨管原子捕集技术的金属锑检测为其中代表,配合DDTC-MIBK体系,水样中的金属锑可实现较为准确的检测。而在应用热解-原子吸收光谱法的废水样检测中,检测可有效测定总有机汞、痕量无机汞。此外,配合0.45μm的膜进行过滤处理,原子吸收光谱法可更为快速、便捷的完成重金属检测,如总汞含量可由此开展热解法测定,无机汞含量可基于冷原子吸收光谱法测定,有机汞含量可通过二者之差求得。

1.2电化学方法

作为一种基于物质电化学性质的检测方法,电化学方法能够有效测定物质的组成和含量,因此电化学方法也能够较好服务于环境水质分析中的重金属检测。电化学方法在应用中一般将试液视作化学电池的重要组成部分,并根据电流-电压曲线、电量、电流、电位、电导、电阻等某种电参数与被测物质浓度之间存在的一定关系[2],完成重金属浓度检测。电化学池中的电化学反应属于电化学方法检测重金属的基础,伏安滴定法、极谱法、溶出伏安法、电位分析法均属于典型的电化学方法。在电化学方法的具体应用中,基于脉冲极谱法的自然水体中铜、铅、锌、钴、镉、镍浓度检测属于其中代表,检测的支持电解质选用钙螯合树脂中流出的洗脫液,并基于这类树脂实现预浓集,通过洗脱液配比的针对性调整,即可分别洗脱铜、铅、锌、钴、镉、镍六种金属,最终完成检测。

1.3液相色谱法

在环境水质分析的重金属检测中,液相色谱法的应用可大幅提升检测的选择性和灵敏性,高效分离特点使得液相色谱法在理论层面上可较好满足重金属检测需要,高灵敏度液相色谱法近年来的应用也日渐广泛化。为进一步提高检测精度,液相色谱法进行的重金属检测多与分光光度法联用并且受到业界广泛关注,因此重金属检测中选择性和灵敏度难以统一的矛盾可由此得到较好解决。需要注意的是,液相色谱法与分光光度法的联合应用需重点关注辅助络合剂、试剂取代基的影响,色谱保留机理也需要同时得到重视。

1.4荧光分析法

荧光分析法主要由分子荧光光谱法和原子荧光光谱法组成,基于重金属离子对荧光物质产生的荧光增强或荧光猝灭作用,荧光分析法可用于水质环境分析中的重金属检测,一般情况下重金属离子的浓度越大,产生的荧光增强或荧光猝灭作用越大。在围绕重金属离子的荧光分析法检测中,LiangJG等人的研究具备较高借鉴价值,研究利用牛血清白蛋白辅助进行检测,通过提高重金属CdSe量子点(巯基乙酸包被)的荧光性能和稳定性,最终保证Ag+检测具备70nmol/L的检出限。深入分析可以发现,荧光分析法相较于传统的原子吸收光谱法、分光光度法,具备选择性强、检出限更低等优势,且能够省略分离、显色等步骤,但由于应用范围较窄,荧光分析法的实用性受到一定程度制约。

1.5紫外-可见分光光度法

利用200~800nm光谱区辐射可由某些物质中价电子能级跃迁吸收理原理,即可通过产生分子的紫外可见吸收光谱实现对重金属的全方位分析。紫外-可见分光光度法本质上属于一种基于物质对光选择性吸收的分析方法,在该方法的应用中,需采用一定物质与重金属离子结合,而特定光的吸收便会使得物质出现变化,这种变化会随着重金属的浓度提升而放大,基于朗伯-比耳定律,即可完成水质环境中重金属的检测。在紫外-可见分光光度法检测环境水质的具体应用中,以铅为例,可采用二甲酚橙与pH为6.10的缓冲溶液进行水体中铅的测定,铅可与二甲酚橙形成稳定的红色配合物,配比为1:1,在580mm波长处运用分光光度法进行吸光度测定,即可最终结合铅的加入量与吸光度增强值存在的线性关系,实现水体中微量铅的测定。结合相关实践可以发现,紫外-可见分光光度法在环境水质分析的重金属检测中具备应用广泛、简便快速、方法可靠、设备简单等优势,但存在的谱线重叠、局限性较大、选择性不足、灵敏度较低等劣势也需要得到重视。为有效弥补这类不足,近年来出现的新型紫外-可见分光光度法的应用应得到重视,如三波长法[3]、导数吸光光度法、双波长吸光光度法。

1.6生物化学分析法

作为近年来国内外学界关注的焦点,生物化学分析法属于重金属检测领域的前沿方法,免疫分析法、酶分析法均属于其中代表。以酶分析法为例,在形成酶活性中心的甲巯或巯基与重金属离子结合后,由于酶活性中心的性质与结构发生变化,且酶活力下降,因此底物中的电导率、pH值、显色剂颜色将发生变化,酶分析法由此即可通过定量分析而得出水体中的重金属浓度[4]。异柠檬酸脱氢酶、葡萄糖氧化酶、过氧化物酶、酶有脲酶、均可用于测定水体中的痕量重金属。相较于传统的重金属检测技术,基于酶分析法的水体重金属检测技术具备经济、快速、方便等优势,但也同时存在准确性和灵敏性不足缺陷,这就使得酶分析法无法完全满足环境水质分析中重金属检测需要。而对于免疫分析法来说,该方法的痕量重金属测定以抗原与抗体的特异性为原理,并具备高选择性、高灵敏度优势,但由于免疫分析法的应用需基于金属离子与针对性络合物的反应形成,该方法的实用性因此受到负面影响。

2实例分析

2.1检测对象

为提升研究的实践价值,本文以养殖池塘水质的重金属检测作为研究对象,检测围绕淡水养殖用水与海上养殖用水展开,二者的检测结果判定存在显著差异。

2.2设备与试剂选择

养殖池塘水质的重金属检测采用的主要设备包括原子吸收分光光度计、双道原子荧光光度计、多功能极普仪、可见分光光度计、高效真空抽滤机。总实验采用优级纯级别的盐酸、硫酸、硝酸,其他试剂级别为分析纯。

2.3检测方法

采用火焰原子吸收分光光度法进行淡水养殖用水中铜、锌、铅、镉、铁、锰、六种重金属的检测,具体检测需结合水样前处理情况,并细分为螯合萃取法与直接法;采用高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼分光光度法进行淡水养殖用水中总铬的检测;采用原子荧光分光光度法进行淡水养殖用水中汞、砷的检测。

采用原子荧光分光光度法进行海水养殖用水中砷、汞的检测;采用原子吸收分光光度法进行海水养殖用水中铜、锌、铅、镉、铁、锰的检测,具体检测需结合水样前处理情况,并细分为石墨炉法与火焰法;采用高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼分光光度法进行海水养殖用水中总铬的检测;采用阳极溶出-极谱仪法连续测定海水养殖用水中的锌、铅、镉三种元素。

2.4检测处理

为保证检测的精确性,以下几方面检测处理工作必须得到重视:(1)在开始实验前,检测人员需使用30%HNO3进行所有塑料、玻璃仪器的处理,需浸泡24h以上,并使用自来水清理干净残留的HNO3,使用去离子水冲清理自来水残留,由此即可保证所使用仪器的洁净。为避免二次污染问题出现,需将处理后的容器放入干净密闭的容器中控干保存。(2)采用二级水作为实验室用水,采用离子交换或多次蒸馏等方法制取,在基于极谱仪法的锌、铅、镉检测中,需采用矿泉水进行检测。(3)不应使用抽滤处理用于检测水体中汞、砷的水样。(4)在明确是否需要进行抽滤处理后,取一定水样加入硝酸或硫酸,以此保证溶液的PH值小于2,并采用冰箱进行保存,检测需在规定时间内完成。为保证检测质量,需保证检测用样品不被污染。(5)结合淡水与海水的不同,基于相关标准明确检测方法与检出限的差别。(6)判定标准。采用NY5052-2001标准进行海水养殖用水水质判定,采用NY5051-2001标准判定淡水养殖用水水质。(7)质量控制。为保证养殖池塘水质重金属检测质量,需针对性开展质量控制,并分析相关质量数据,以此保证重金属检测技术在应用中的粗差、随机误差、系统误差均符合预期要求,此质量控制不区分淡水与海水。(8)检测前处理。为进一步提高检测精度,在检测前需同时做两个样品空白,并避免样品空白受到污染,以此提升检测准确度。(9)检测方法选择。在具体的检测方法选择中,需结合长期以来的检测经验、国家与行业的最新标准选择检测方法。

2.5适用的检测方法

结合相关实验,本文明确了养殖池塘水质重金属检测的适用检测方法,具体方法如下:(1)火焰原子吸收分光光度法可较好服务于淡水养殖用水的铅、镉、铜、锌四种重金属检测,检测可采用直接法进行。(2)石墨炉原子吸收分光光度法较为适用于海水中的铜元素检测,海水养殖用水中镉、铅、锌也能够采用该方法得到较好检测。(3)二苯碳酰二阱分光光度法可较好服务于淡水与海水中的铬元素檢测。(4)原子荧光光度法可较好服务于淡水及海水中砷、汞两种重金属检测。

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综上所述,环境水质分析中重金属检测技术应用需关注多方面因素影响。在此基础上,本文涉及的原子吸收光谱法、电化学方法、液相色谱法、荧光分析法、紫外-可见分光光度法、生物化学分析法等内容,则提供了可行性较高的重金属检测技术选用路径。为更好完成环境水质重金属检测,各类新型检测技术的应用必须得到重视。

参考文献

[1] 周晨露.原子吸收光谱法在水质重金属检测中的应用探究[J].当代化工研究,2018(10):118-119.

[2] 李丹.基于电化学分析的重金属离子检测研究[D].太原理工大学,2018.

[3] 王志强,李维嘉,蔡大川,太丰富.三波长分光光度法测定拐枣油脂中齐墩果酸的含量[J].食品科技,2018,43(01):290-292+296.

[4] 西尔艾力·卡米力.水环境中重金属检测方法发展分析[J].能源与节能,2018(03):89-90.

收稿日期:2019-07-24

作者简介:经正彤(1993—),女,江苏镇江人,本科,助理工程师,研究方向:水质分析;肖代(180—)男,江苏扬州人,本科,工程师,研究方向:水质分析。

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