环境水质分析中重金属检测技术的应用研究_李伟伟.pdf

环保与综合利用 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料144环境水质分析中重金属检测技术的应用研究李伟伟甘肃澈明水质检测有限公司，甘肃 庆阳 745000摘要：随着科技的发展，城市的建设速度越来越快，城市的污染问题也越来越明显，政府对城市的发展也越来越重视。要实现可持续发展，要持续强化环境质量检测，采用重金属检测技术对水体中重金属进行分析，以便于实现水质水源的可持续发展。文章梳理了重金属检测在环境水质分析中的意义和当前我国环境水质中重金属污染概况，分析了重金属测定技术在环境水质分析中的应用，最后提出了提高环境水质分析中重金属检测水平的对策。关键词：环境水质污染；重金属污染；检验技术；原子荧光法；高效液相色谱分析法；污水检测分类号：X832中国人均拥有 2 200 m3的淡水，淡水储存量只占全球总淡水储存量的 6.9%。现阶段我国水利部门表示，由于我国人口不断增加，到 2022 年 10 月份，我国的耗水量就已达到 3 042.35 亿 m3，水资源将出现严重的短缺。同时，中国工业污水的排放对城市的饮用水造成了极大的威胁。1 重金属检测在环境水质分析中的意义由于城市化的不断推进，大量的工业污水被直接排放到邻近的河川、农田，部分污水排放达不到相应的标准，严重污染了当地的河流和农田。医疗废水对环境的影响更大，危害也更大。医疗废水不可避免地含有直接或者间接感染性、毒性以及其他危害性的有毒物，这些废水成分复杂，涉及多种生物性、化学性或放射性污染。医疗污水中不仅含有细菌、病毒、虫卵等多种病原，而且还存在与空间污染、急性感染、隐匿感染等相关的化学物质和放射性同位素，会对人体健康造成极大的危害。因此，必须对水质进行常规的重金属测试，以分析其组成，判断其是否符合规定1。只有采用重金属检测技术对环境水质进行分析，才能有效地监控污水。由于区域的特殊性，在不同的生态环境、区域和地貌情况下，采取的措施也是不一样的。在实际应用中，根据不同的环境状况，采用重金属分析法可以直观地反映出环境监测的效果，从而更好地了解环境的组成和污染状况，而采用重金属分析法，可以确保居民的生活用水达到饮用水的标准。2 当前我国环境水质中重金属污染概况重金属是一种很难被代谢的物质，它的毒性、辐射性很强，这对环境和生物都有很大的危害。例如，水银在常温下呈液体状，但蒸发后的水银会随着大气中的水汽而流动，水银的化学污染是一种全球性的污染，会被生物富集所放大，从而对人体的健康产生不利的影响，高浓度的水银蒸汽会对人体的呼吸系统和肺部组织产生损害，严重者甚至会出现呼吸衰竭甚至死亡。重金属在环境中具有迁移性，会随着土壤的侵蚀和风化而进入自然体系中，因为重金属不能在水里溶解，会对人体和动物的健康造成很大的影响，从而影响到生态系统的稳定2。例如，锰、铜、锌会抑制个别藻类在水中的生长，而且这种金属元素会随着时间的推移而增加，会对鱼类的生长和繁殖造成很大的影响。如果重金属浓度超过一定的话，个别鱼类就会发生形态变化，轻则身体会逐渐变形，重则会丧命。而且，重金属对人体的危害非常大，如铅、汞、铬等可以积累在人体内，影响神经系统、免疫系统和血液系统等，导致头痛、恶心、贫血等症状，导致婴儿出生时小头畸形、智力低下等症状。3 重金属测定技术在环境水质分析中的应用3.1 电感耦合等离子原子发射质谱法电感耦合等离子原子发射质谱法是将一个分子在真空条件下电离为阳离子，由质谱分析仪和检测装置作者简介：李伟伟，男，本科，工程师，研究方向为环境水质检测。文章编号：2096-3092（2023）01-0144-03造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 环保与综合利用145按质荷比依次测量离子的质量和强度，并分析其组成和结构。在高真空条件下，有机化合物蒸汽被高能电子束轰击，其中一个电子变成了质量与其分子量相等的分子离子。分子离子会持续地生成残缺的离子，而残缺的离子体则会生成新的残缺离子体。当这些正离子经过一个几千伏特的高压电场时，就会被加速，并被强大的磁场所驱动3。当正负离子具有较大的质量电荷时，它的轨道会发生较小的弯曲，从而使不同质量电荷比例的正负离子分离。该方法在环境水质分析方面具有以下特点：定分子量准确，是其他方法所不能比拟的；出结果很快，检测时间在几分钟左右，有时甚至数秒即可完成；可以对复杂的混合液进行有效分析。3.2 电感耦合等离子原子发射光谱法在光谱分析法中，电感耦合等离子原子发射光谱法是一种较为常用的重金属检测光谱法，它可以用电感耦合等离子炬来探测水中的金属元素。电感耦合等离子原子发射技术具有相对简便、精确的特性，它可以对采集到的水进行快速、有效的分析，利用电感耦合等离子原子发射技术，可以精确地测定环境水质中的重金属含量和种类，灵敏度极高，较适合于我国目前的环境水质检测工作，更不容易被周围的环境影响4。在分析过程中电感耦合等离子原子发射技术甚至可以同时准确地探测到环境水质中多种重金属，灵敏度极高。但是，当环境水体中的重金属含量很低时，为了保证检测的精确性，可以采取分离富集等措施。3.3 原子吸收分光光度法原子分光光度法是一种将光谱学原理应用于电子的方法，并根据光谱差异，通过分析周围水中其他成分的吸收光谱来检测水中的重金属。目前，原子分光光度法是检测我国环境水质中重金属种类的主要工具。经实验验证，原子吸收分光光度法可以准确地检测水中的其他物质，并根据光谱差异识别水中的重金属，而原子吸收光谱仪非常敏感，可以快速检测水中的重金属特性。检测包括用分光光度法在紫外线下吸附原子和用光谱分析法检测重金属。目前，主要有两种常用的测量方法：石墨吸收光谱法和火焰原子吸收光谱法。二者都非常敏感，主要区别在于核装置。为了确保环境水质安全，必须针对现实的情况使用适当的测试设备5。3.4 原子荧光法荧光是指一种由电子的能级跃迁引起的发光现象，它能够在非热力学平衡状态下发生。一般情况下，被紫外线或 X 射线照射的物体，会吸收能量并在短时间内再次辐射能量，这种现象被称为荧光。荧光持续的时间较短，当外部激励消失后，荧光也随之消失。荧光技术是一种高度灵敏的检测手段，由于其操作简便，因此在国内已广泛采用。其工作原理与分光光度法基本相同。比如，水质检测人员要在常温下对水体进行重金属检测，就需要在被测到的水体中加入特定的光线。在阳光照射下，水中的重金属元素会非常活跃，其活力也会增强。当重金属元素回到基础态后，其稳定性会下降，并会发出光，这就是探测所需要的荧光。当检测到荧光后，检测人员可以通过光谱来获取水体中的重金属种类和特定的含量。在采用荧光法进行水质检测时，一般采用纳米材料、量子点、荧光染料作为荧光源。同时，荧光对重金属的反应也较强，随着重金属浓度的增加，其反应的作用也会更加显著，从而可以更好地分析和评估水体中的重金属6。3.5 电化学分析方法电化学分析方法使用具有电化学特性的物质，在科学实验中进行重金属物质分析，以检测其电化学特性的差异。电化学分析方法是在电化学池中进行的，首先加入测试溶液，以电化学池的电化学参数作为测试参考，然后根据不同的参数值和不同的浓度比对样品中的成分进行分析。电化学试验主要有伏安滴定法和溶出伏安法两种类型。对环境水质中重金属物质元素进行测定时，为了结论精确，通常还会使用电位法。电位法具有分离特性，可以使得重金属物质与游离杂质分离成为可能，从而降低了试验的难度，提高了工作的效率，现有的电化学分析方法只需要很少的仪器和设备，因此在实践中容易测试7。3.6 高效液相色谱分析法高效液相色谱分析法是目前国内应用最多的一种重金属检测技术，它可以有效地分离水体中的重金属元素，通过液相色谱法来分析水中的重金属元素，从而确定重金属的种类和含量。该方法既能利用液相色谱法进行高通量的分离，又能利用辅助手段来提高检测的灵敏度，如采用离子色谱法对水体中的污染物进行测定，再利用阳离子交换塔进行阻抗测定，从而迅速获取水体中的重金属含量8。3.7 其他生化方法其他的生化分析方法主要有两大类：酶法和免疫法。环保与综合利用 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料146酶分析法通过改变金属的酶的活性，改变元素的结构，使酶的活性发生改变，从而降低反应的速率，判断出金属的成分。在酶分析法中，使用最多的酶是过氧化酶和葡萄糖氧化酶。免疫分析法是一种特殊的方法，它具有很高的选择性和灵敏度，应用范围很广，而且它可以和抗原或者抗体发生反应，然后进行定量分析。4 提高环境水质分析中重金属检测水平的对策4.1 科学地选择适宜的检验方法，使检验工作达到最优结合经济预算，必须采用最精确的方法检测环境水质，并将检测技术与经济效益有机地结合起来，以确保其高效、合理。目前用于环境水体中检测重金属物质的多种方法都有其优缺点，不同的区域水质不一样，环境特征也不一样，选用的测试方法也不同。测试方法多种多样，但要保证测试的准确度，就必须科学地选择合适的方法进行检测。要对检测区域进行实地考察，掌握河流的源头、流向、居民的生活情况，综合考虑多种因素采取适当的措施，确保重金属的检测效果。4.2 建立健全监督与管理体系，提升科研人才的专业素质环境水体中重金属的检测关键在于充分发挥检验者的主观能动性，使其成为一种有效的科研手段。同时，检测技术的应用也受到人为的控制，因此，环境水质重金属的检测工作中，检验人员自身的专业水平就显得尤为重要。检测人员的专业能力与重金属检测的有效性直接相关9。如果没有正确选择检测人员，测试结果的准确性就有可能受到影响。为保证检验工作的质量和效率，必须定期对检测人员进行专业技能培训，定期组织检验员参加测试并在实际工作中应用，通过实际活动对检验员进行监督，对检测人员的表现进行评价和考核，对检查员工作中出现的问题进行分析、改正，扩大其知识范围，不断提升其工作能力。因此，必须建立健全的检测管理体系，以提高检测工作的工作效率。以检验数据为中心，调整检验机构的组织架构，健全检验制度。此外，应加强检验人员的工作规范，严格遵守相关的检验标准，对检验结果和数据进行反复讨论和验证。在重金属治理工作中，除了进行检测，还必须对检测范围、水源成分、浓度、结果、生物效应、周边环境等作详细记录。4.3 树立环境意识，利用检测数据来改善环境随着社会对生态和环境问题的日益关注，人们迫切需要相关解决方案来改善环境。生态环境与人类的生存密切相关，人类无法摆脱对生态环境的依赖和开发，在追求经济利益的过程中，如果不保护生态环境，就会导致一系列影响社会发展的自然灾害。重金属污染主要来自人类生产活动，特别是工业和运输等领域。这些生产活动产生大量的污水和废物，污染了淡水水域，对人类健康构成严重威胁。因此，可以向环保部门提供检测数据，加强重金属污染处理技术，引进科技手段，减少企业的污染，集中处理企业的污水，直到达标后再排入河流。此外，通过使用醇基汽油和尾气清洁剂可以减少车辆尾气的排放，而对于废旧电池、化妆品、染发剂、瓷器等，必须从源头上严格控制此类垃圾的回收，以减少生活垃圾对环境的污染。5 结束语水体中的重金属会对人类的生产和生活产生很大的危害，而重金属物质是一种影响人类健康的有害物质。重金属污染的控制是一个长期的过程，只有充分利用重金属检测技术，通过科技手段优化水质，才能有效地控制重金属污染。参考文献1 尹宝全,曹闪闪,傅泽田,等.水产养殖水质检测与控制技术研究进展分析J.农业机械学报,2019,50(2):1-13.2 周巾枚,蒋忠诚,徐光黎,等.崇左响水地区地下水水质分析及健康风险评价J.环境科学,2019,40(6):2675-2685.3 左云燕.重金属检测技术在环境水质分析中的应用探讨J.节能,2019,38(6):111-112.4 王春光,刘军省,耿浩,等.铜陵矿区主要河流水质分析与污染评价J.地学前缘,2021,28(4):175-183.5 周晓丽,赵小娜,刘贤伟.基于局域等离子体纳米材料的水环境中重金属离子可视化监测J.环境化学,2020,39(3):569-580.6 胡江.水质检测中重金属分析仪的研究与设计D.长沙:湖南师范大学,2017.7 蒲东浩,王宁,赵亚峰,等.汉中市区饮用水水源地水质调查分析J.环境保护与循环经济,2018,38(11):54-57.8 陈洁,张立福,张琳珊,等.紫外-可见光水质参数在线监测技术研究进展J.自然资源遥感,2021,33(4):1-9.9 张国珍,牟海生,马金叶,等.甘肃黄土塬典型地区窖水水质分析及健康风险评价J.安全与环境学报,2022,22(5):2823-2832.