摘要 ：我國是水資源大國，但人均水資源占有量較少，隨著我國現代工業與農業的快速發展，人們越發重視水環境中的重金屬污染，水中重金屬超標不僅會對人類身體造成影響，還會對生態環境產生威脅。 重金屬污染在水、空氣、土壤等環境中皆可能存在，本文圍繞水中重金屬檢測技術進行研究，針對原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質譜法、電位分析法等各技術進行優缺點、技術原理與技術應用進行分析， 希望為相關檢測人員提供一定的技術參考。

關鍵詞 ：水環境檢測 ；檢測標準 ；檢測原理 ；重金屬檢測技術

1. 水質重金屬的含量、檢測標準及原理

水中重金屬含量

我國地域遼闊，具有豐富的河流、湖泊，這也是飲用水的主要水源。在水環境中，重金屬污染按照嚴重程度排序為汞、鎘、鉻、鉛等，例如鎳、鉈、鈹、銅等重金屬污染在我國水環境中同樣較為嚴重。密度大于4.5g/cm3的金屬為重金屬，重金屬在人體中累積達到一定程度，會造成慢性中毒，水環境中的重金屬能夠對人類健康與生態環境產生危害。每升水中重金屬含量超過以下標準，將視為超標：鉻0.05 mg/L；砷0.01 mg/L；汞0.001 mg/L；硝酸鹽10 mg/L；鎘0.005 mg/L；氰化物0.05 mg/L；鉛0.01 mg/L；硒0.01 mg/L；氟化物1.0mg/L。

水中重金屬檢測標準

針對水環境中鐵的檢測標準為《HJ/T 345— 2007水質鐵的測定 鄰菲啉分光光度法》；銅的檢 測標準為《水質 銅的測定 2,9-二甲基 -1,10-菲啰啉 分光光度法》；總鉻檢測標準為《GB/T 7466—1987水質 總鉻的測定》；鎳檢測標準為《GB/T 11910— 1989水質 鎳的測定 丁二酮肟分光光度法》

水中重金屬檢測原理

水環境中重金屬鐵的檢測原理 ：溶液pH 3~9時，亞鐵離子與其中鄰菲啰啉反應生成橙紅色絡合物，橙紅色絡合物較為穩定，其在 510 nm波長處吸光度與含鐵濃度成正比。若將高鐵離子還原，則 可測高鐵離子及總鐵含量。

銅的檢測原理 ：對二價銅離子進行還原反應， 采用鹽酸羥胺將其還原為亞銅離子，在中性或微酸 性溶液中，2,9-二甲基 -1,10-菲啰啉與亞銅離子生成絡合物進行測定。

總鉻檢測原理 ：三價鉻通過高錳酸鉀氧化，成 為六價鉻，之后同二苯碳酰二肼生成化合物。過量的高錳酸鉀用亞硝酸鈉分解，而過量的亞硝酸鈉又 被尿素分解。

鎳檢測原理 ：在氨溶液存在碘的情況下，定二酮肟和鎳作用，生成可溶性絡合物，并進行分光光 度測定。

1. 檢測技術

原子吸收光譜法（AAS）

(1)原子吸收光譜法技術優缺。原子吸收光譜法優勢在于其檢測速度較快，并有著較高的準確度與靈敏度，在多種情況下皆可用于檢測多種重金屬， 能夠對70多種元素進行測定，在重金屬檢測中有重要應用。但是，AAS同樣具有一定局限性，對難溶元素、非金屬元素測定較為困難，并且對復雜的樣品分析干擾較為嚴重，不可同時測定多種元素。

(2)原子吸收光譜法技術原理。原子吸收光譜法是一種根據氣態原子外層電子對紫外線光與可見光對應原子共振輻射線吸收強度，對被測元素含量進行定量的方法。主要基于原子在特定波長處吸收特定能量的原理（見圖 1）進行分析。利用氣體原子對于特征光譜的吸收程度，從而對重金屬的含量進行檢測。需要對經過處理的水樣，噴入石墨爐之中，之后采用光譜儀對光強度進行測定，并根據曲線對金屬元素濃度進行測定。

(3)原子吸收光譜法技術應用。AAS在冶金、 化工、環保水質、食品檢測中應用較廣，可利用原子吸收光譜法對蔬菜與肉制品中的重金屬元素含量進行測定，通過二氧化鈦進行測定。并且還可采用石墨爐與冷原子光譜法對水環境中的重金屬進行檢測，相關研究所測定結果偏差不超過7.8%。

X射線熒光光譜法（XRF）

（1）X射線熒光光譜法技術優缺。① X射線熒光光譜法具有快速、非破壞性與準確性的技術優勢，能夠對測定樣品同時進行多種重金屬檢測，并 根據標準曲線的計算，測定樣品中重金屬元素的濃 度。②該方法主要基于樣品在 X射線作用下產生 熒光信號的原理進行分析。在實際操作中，首先需 要將經過前處理的水樣放置于 X射線熒光光譜儀中，然后通過 X射線激發樣品產生熒光信號，最后根據標準曲線計算出重金屬元素的濃度。

（2）X射線熒光光譜法技術原理。X射線熒光光譜法技術根據傳感器與樣品間的熒光信號變化進行分析，對水環境中的重金屬離子進行測定。如在水環境中存在銅離子，銅離子會與磷酸三產生反應， 故而可通過磷酸三對水環境中的銅離子開展檢測， 并對其是否存在淬滅現象進行分析判斷，如存在說 明水環境中含有銅離子。制作熒光傳感器探針開展鐵離子檢測，探針淬滅說明環境中含有鐵離子，在金屬有機框架化合物中添加硫離子，應用化學試劑 盒對鉻離子與汞離子進行檢測，如存在淬滅現象， 則說明存在鉻離子，熒光強度增加則說明存在汞 離子。

（3）X射線熒光光譜法技術應用。在 X射線熒光光譜法應用中，相關研究人員利用其進行 海洋沉淀物中的重金屬測定，得出鉛的檢出限為 0.70×10-6，僅用 1 h，完成樣品中 50多種元素測定，方便且快捷，具有較高的可信度。研究人員對 X射線熒光光譜法測定卷煙貼紙中的鎳、汞等重金 屬含量，各重金屬元素的檢出限均低于 1.0μg/g。

電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）

（1）電感耦合等離子體質譜法技術優缺。電感 耦合等離子體質譜法能夠對多種重金屬元素進行檢 測，其具有高分辨率與高靈敏度，這種技術主要根據樣品中原子在高溫等離子體中被激發，對所產生的特定波長輻射信號進行分析。在水環境檢測中，由于水樣的成分較為復雜，并且其中各物質相互作用較為強烈，導致電感耦合等離子質譜儀測定結果 受到較多因素的制約，在標準曲線搭建中的誤差，對整體檢測精度產生不利影響。故而，當下如何針對標準曲線建立對電感耦合等離子體質譜法造成的不良影響進行規避，已經成為相關研究人員重點關 注的內容。

（2）電感耦合等離子體質譜法技術原理。電感耦合等離子體質譜儀（見圖 2）由樣品引入系統、 電感耦合等離子體（ICP）離子源、離子透鏡系統、 檢測器等構成，其他支持系統有真空系統、冷卻系 統、氣體控制系統、計算機控制及數據處理系統等。

①電感耦合等離子體質譜發在針對樣品中多形 態元素進行測定時，在特定情況下會產生電力反應， 從而出現相應的離子信號。經過對這些離子化合物 進行分離，能夠實現對待測元素的信息獲取，包括 濃度、質量分數、線性范圍等數據。利用相關儀器 還可實現多目標測定，故而被廣泛的應用在水環境 檢測之中。②電感耦合等離子體的“點燃”，需具 備持續穩定的高純氬氣流 (純度應不小于 99.99%)、炬管、高頻發生器、冷卻系統等環境。樣品氣溶膠被引入等離子體離子源，在 6 000~10 000 K的高溫 下，發生去溶劑、原子化、電離等過程，最終轉化 為帶正電荷的正離子。

（3）電感耦合等離子體質譜法技術應用。在技術實際應用中，需要將相關水質水樣進行處理，通 過電噴霧等方式，將水樣轉化為氣態，之后進入電感耦合等離子體中進行激發和分析，最后根據標準曲線計算出重金屬元素的濃度。相關研究人員應用電感耦合等離子體質譜法技術，對魚類動物體內鉛、 鎘等重金屬元素進行檢測。根據細胞碰撞氣體流速的差異，測得鎘元素的檢出限為 0.043μg/g，鉛元素的檢出限為 0.682μg/g，且該實驗的重現性較好，加標回收率均在98%~101%之間。

電位分析法

（1）電位分析法技術優缺。電位分析法屬于電 化學分析法，其采用指示電極與參比電極，或采用 兩個指示電極，與樣品試液組成電池，根據電動勢 變化進行分析的方法。在保持電極不產生電流時， 離子選擇性電極是電位分析法中應用較多的方法， 離子選擇性電極具有使用方便、檢測速度快、儀器 結構簡單、功耗低、操作方便等優點。

（2）電位分析法技術原理。電位分析法是通過測量電極之間的電位或電動勢變化來對被測溶液中的物質成分以及含量進行測量的一種電化學分析方法。在樣品測試溶液中插入不同性質的電極，形成電池，之后利用電動勢和試液離子濃度關系，進行離子濃度測定。

（3）電位分析法技術應用。在電位分析技術應用中，研究人員通過選取共價有機框架材料（TpPa—1）制備而成的化學修飾電極對樣品溶液中的汞離子和銅離子進行測定，所得結果表明，Cu2+、Hg2+的檢出限分別為 5.0×10-8 mol/L、1.0×10-8 mol/L。 對實際樣品進行檢測，回收率達到 97.6%~105.5%。 近年來，由于電化學分析法所用的儀器具有設備簡單、方便攜帶、分析速度快的特點，已制備出了多種電化學傳感器用于不同基質中的多種重金屬的實時監測。

電導分析法

（1）電導分析法技術優缺。電導分析法通過對溶液電導率進行測定，從而實現對被測物質的定量 定性分析方式。電導分析法其檢測速度較快，并且 由于相關儀器結構簡單，故而操作相對方便。缺點 便是其只能對測定樣品中的所有離子總導電率進行 測定，對復雜的溶液進行測定中，難以對其中多種離子種類分辨，選擇性較差。

（2）電導分析法技術原理。電解質溶液在電場 的作用下，具備一定的導電能力，隨著離子數量的 增加，其導電能力逐漸增強，其中，導電能力可通 過電導率進行表示。兩個電極（鉑電極或鉑黑電極） 在溶液中，可構成電導池，與兩電極上外加直流電 壓，便能夠對兩電極電阻大小進行測定，大小符合 歐姆定律，公式為 ： R = ρ。

式中，L為兩電極間的距離，cm；A為電極面 積，cm2；R為溶液電阻，Ω；ρ為溶液的電阻率， Ω · cm。

（3）電導分析法技術應用。電導分析法通過對 電池電動勢進行測定分析的一種測物含量方法，當 下的電導分析法中，直接電導分析與電導滴定分 析是應用較多的方式。相關研究人員將聚二甲基硅 氧烷作為基底材料、以銀納米線為導電層，研發 了一種銀納米線柔性電極檢測水環境中 Cu2+的測 定方式，在優化條件下，Cu2+的線性范圍為 0.10~ 0.001 mg/L，檢出限為 9.27×10-5 mg/L。該方法速 度快、檢測范圍寬、靈敏度高，可滿足水樣中 Cu2+的檢測要求。

文章來源：閆廣強,自強.水環境檢測中重金屬檢測技術的應用[J].清洗世界,2023,39(11):99-101

審核編輯 黃宇