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环境水质分析中重金属检测技术的应用探析

2025-02-22 51 上传者：管理员

摘要：近年来，我国在重型工业领域取得了显著的进展，但随着该行业的迅猛发展，工业废水排放所带来的问题也日益突出，给环境造成了严重污染。特别是重金属污染问题，已经对水资源构成了严重破坏，不仅威胁着人民群众的生命健康，也制约了社会生态文明建设的进程。基于此，本文探究了环境水质分析中重金属检测技术的应用，并以生物化学法为例进行了探讨，旨在推动环境水质治理实现更好的发展。

关键词：
检测技术
水生生物
环境水质
自然资源
重金属
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随着人类文明的进步和经济的快速发展,对自然资源的开采力度不断加大｡工业生产过程中产生的众多化学物质不可避免地被释放到水体环境中｡其中,重金属元素因其特有的稳定性而成为一类难以降解的污染物｡它们通过水生生物的摄取与传递作用进入食物链,并在其中逐步累积和放大,最终积聚在人体的不同器官中,一旦达到一定浓度水平,便有可能对人类的身体健康造成潜在风险｡更值得关注的是,某些重金属还有可能形成毒性更强的化合物,进一步加剧对人类健康的威胁｡所以,加强对环境水质中重金属的检测,意义重大｡

1、重金属检测技术概述

重金属检测技术是一种用于测定环境中重金属元素含量的技术｡由于重金属元素对环境和人体健康具有潜在的危害,因此重金属检测技术在环境保护､食品安全､工业生产等领域中具有广泛的应用｡常见的重金属检测技术包括原子吸收光谱法､电感耦合等离子体质谱法､生物化学法､电化学分析法等,这些方法各有优缺点,可以根据不同的需求和实际情况选择合适的方法进行检测[1]｡

2、重金属检测技术在环境水质分析中应用的重要性

2.1有利于环境污染的监测与预警随着工业化和城市化的快速发展,大量的重金属污染物通过各种途径进入水体,不利于生态稳定与人们的健康｡对于重金属污染物而言,不仅难以降解,还会在生物体内积累,造成长期危害｡因此,及时准确地监测和预警水体中的重金属污染至关重要｡重金属检测技术能够提供水体中各种重金属元素的准确浓度数据,帮助生态环境部门全面了解水质状况､及时发现污染源､评估污染程度,并制定有效的污染防治措施｡同时,通过对水体中重金属的长期监测,还可以为环境规划和政策制定提供科学依据,推动环境保护工作的持续改进｡

2.2有利于保障人类健康

水属于人类赖以生存的重要资源之一,但随着工业污染､农业污染和城市生活污染的加剧,水体中的重金属含量不断上升,对人类饮用水安全带来了严重威胁｡重金属元素如铅､汞､镉等对人体具有严重的毒害作用,长期摄入含有这些重金属的饮用水可能导致神经系统损伤､肾脏疾病或癌症等严重健康问题｡因此,通过应用重金属检测技术对饮用水源进行定期检测,可以及时发现并控制水体中的重金属污染,确保饮用水的安全性和可靠性,从而保障人类的生命健康｡

2.3有利于促进环境可持续发展

可持续发展是当前社会发展的核心理念之一,要求在满足人类当前需求的同时不损害后代满足其需求的能力｡而水资源的可持续利用是实现可持续发展的重要保障之一｡通过应用重金属检测技术对水体进行长期､系统的监测和分析,可以全面了解水环境中重金属的污染状况､来源和迁移转化规律等信息｡这些信息不仅可以为生态环境部门提供科学依据来制定针对性的污染防治措施和管理政策,还可以促进相关企业和行业在生产过程中采取更加环保的技术和设备来减少重金属排放,推动经济发展与环境保护的良性循环｡同时,通过提高公众对重金属污染问题的认识和参与度,能够形成全社会共同关注和支持环境保护的良好氛围,为实现环境可持续发展奠定坚实基础｡

3、环境水质分析中常见重金属检测技术的应用

3.1原子吸收光谱法

原子吸收光谱法在重金属检测中发挥着重要作用,其基本原理是通过被测元素处于基态的原子蒸气对特定谱线光的吸收作用,来对该元素开展定性和定量的分析[2]｡在此过程中,光源会发射出针对特定元素的特征谱线,这些谱线穿透原子蒸气时,会被蒸气中对应元素的气态基态原子所吸收｡此吸收过程具有一定选择性,因为原子只能吸收与其内部电子跃迁所需能量相匹配的特定频率的辐射｡当辐射的频率恰好与原子内部电子从基态跃迁至更高能级所需的能量频率相吻合时,原子会吸收这些入射的辐射能量,从而触发共振吸收现象的发生｡由于每种元素的能级结构都是独特的,因此它们会选择性地吸收特定频率的辐射,形成各自独特的原子吸收光谱｡在环境水质分析中应用原子吸收光谱法的优点包括选择性强､光谱干扰小､测定快速简便､灵敏度高｡在常规分析中,大多数元素的测定能达到10-6级的精度,若采用特定的富集方法,还可以进行10-9级的测定｡

此外,原子吸收光谱法的抗干扰能力强,谱线强度受温度影响较小,且无须测定相对背景的信号强度,化学干扰也较少,所以精密度高,常规低含量测定时的精密度为1%~3%,若采用更先进的技术,相对偏差可以小于1%｡然而,原子吸收光谱技术在应用中存在若干限制,诸如难以在同一时间对多个元素进行有效的检测｡另外,在面对难溶元素的测定时,该技术可能因其灵敏度不足而难以达到所需的分析标准｡

3.2电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法是一种将电感耦合等离子体的高温电离特性与质谱仪的灵敏快速扫描的优点相结合而形成的无机元素和同位素分析测试技术[3]｡在环境水质分析中,该方法已经成为一种重要的重金属检测技术｡电感耦合等离子体质谱技术的核心工作原理是将样品以气溶胶的形式引入氩气流,进而被输送到射频能量激发的等离子体中心区域｡在这个高温且惰性的环境中,样品会迅速经历蒸发､解离､电离以及激发等过程｡接着,生成的离子在经过离子光学透镜的聚焦作用后,被导入四极杆质谱仪,按照荷质比进行分离和检测｡通过测量特定荷质比的离子强度,能够定性与定量分析样品中涉及的元素｡

在环境水质分析中,电感耦合等离子体质谱法具有许多优势｡首先,它能够同时测定多种元素,包括大部分金属元素和部分非金属元素,具有很高的分析效率｡其次,灵敏度高,可以检测到ppb甚至ppt级别的元素含量,非常适合于环境水样中痕量重金属的分析｡最后,本技术还具有线性范围宽､干扰少､精密度高等优点｡

3.3生物化学法

生物化学法在重金属检测技术中具有重要的地位,尤其在环境水质分析领域,其应用广泛且效果显著｡该方法主要利用生物分子或生物化学反应来检测和分析水体中的重金属元素,具有高灵敏度､高选择性和环保性好等优点｡

在实际应用中,生物化学法主要包括酶抑制法和免疫分析法两种技术｡酶抑制法指的是调控受检水体中特定重金属离子所对应的酶活性｡具体来说,甲巯基或巯基与重金属离子的结合会导致酶活力的降低,进而引发重金属元素的电导率､pH值等性质的改变,通过测量这些性质的变化,可以测定水体中重金属的含量[4]｡相比之下,免疫分析法则是利用抗体与水体中特定重金属元素之间的化学反应来进行检测,完成对水体中重金属元素的定量或定性分析｡

3.4电化学分析法

电化学分析法是指结合电化学原理与技术,分析和检测水质中重金属元素的含量和性质｡在实际应用中,电化学分析法包括多种技术,如电位法､电流法和电导率法等｡这些技术方法均基于电化学反应,通过测量电极电位､电流或电导率等参数间接测定重金属的浓度｡其中,电位法是电化学分析法中常用的一种技术,它通过测量电极和溶液之间的电势差来反映溶液中某种重金属的浓度或活度｡常见的电位法包括电位滴定法､电位差法和电位扫描法等｡其中,电位滴定法可以通过测量电极电势的变化来确定溶液中重金属的含量｡电流法则是通过测量溶液中的电流来反映重金属的含量和性质,通常利用重金属离子在电场作用下的迁移特性,测量电流的大小和方向以推断重金属的浓度和种类｡电导率法是利用溶液中离子的导电性质来测定重金属的含量,重金属离子在溶液中的浓度越高,电导率就越大｡因此,通过测量电导率可以间接推断出重金属的浓度｡

表1实验结果

4、基于实例探究水质分析中重金属检测技术的实践要点

4.1背景介绍

某水库作为当地重要的水源地,其水质状况直接关系到周边居民的生活用水安全｡近年来,随着当地经济和旅游业的发展,该水库面临不同程度的污染问题,特别是重金属污染｡为了准确评估该水库的水质状况,本次实验采用生物化学法对水库水样进行重金属含量检测｡

4.2实验目的

通过生物化学法检测水库水样中的重金属含量,评估水库水质的污染程度,为当地水质管理和环境保护提供科学依据｡

4.3实验过程

1)水样采集｡在水库不同区域(如入库口､取水口附近等)采集水样,确保水样具有代表性｡将采集的水样进行预处理,如过滤､浓缩等,以去除悬浮物和杂质｡

2)酶溶液制备｡选择对特定重金属敏感的酶(如脲酶对Hg敏感),按照标准方法制备酶溶液｡

3)反应体系建立｡将酶溶液与水样混合,在适宜条件下(如温度､pH值)进行反应｡同时设置对照组,即不含重金属的标准水样与酶溶液的反应｡

4)酶活性测定｡反应一段时间后,采用适当的方法(如比色法､荧光法等)测定酶活性｡记录实验组和对照组的酶活性数据｡

5)数据分析与处理｡根据酶活性数据计算抑制率,进而推算出水样中重金属的浓度｡绘制表格记录实验数据,并进行必要的统计分析｡

4.4实验数据与结果分析

在实验过程中,记录了实验组和对照组的酶活性数据,并计算了相应的抑制率和推算浓度｡这些数据提供了关于水样中重金属含量的重要信息｡为了更直观地展示实验结果,绘制了表1,其中列出了每种重金属的实验组酶活性､对照组酶活性､抑制率和推算浓度｡通过对比实验组和对照组的酶活性数据,可以清晰地看到重金属对酶活性的影响程度｡同时,抑制率和推算浓度的计算提供了量化水样中重金属含量的依据｡

从实验数据可以看出,水库不同区域的水样中重金属含量存在差异｡其中,取水口附近的Hg含量较高,抑制率达到了50%,推算浓度为12.5μg/L,超过了水质标准限值,表明该区域存在Hg污染问题｡入库口的Pb含量也较高,抑制率为25%,推算浓度为6.25μg/L,接近或超过了水质标准限值,需要引起关注｡中游的Cd含量相对较低,抑制率仅为5%,推算浓度为1.25μg/L,符合水质标准要求｡建议当地加强水质监测工作,特别是对取水口附近的水质进行重点监控和治理｡同时,重视工业和旅游业的环保管理,减少重金属污染源的排放,保护水库的水质安全｡此外,应进一步完善水质标准和监测方法,提高水质管理的科学性和有效性｡

5、结语

综上所述,重金属污染会对生态环境造成严重的危害,为保障人类生命安全与有效应对重金属污染问题,相关检测部门应重视对各类先进检测技术的合理运用,强化对环境水质的深入监测与研究,进而提高环境水质检测的质量和效率,确保水质分析数据的准确性和科学性｡同时,检测部门还应全面落实水质污染的防控措施,针对已出现的水污染问题制定切实可行的解决方案,进而推动社会与生态环境的持续稳定发展｡

参考文献:

[1]马元斌.环境水质分析工作中重金属检测技术应用路径研究[J].世界有色金属,2023(7):220-222.

[2]高素青.重金属检测技术在环境水质分析中的运用[J].冶金管理,2023(1):76-78.

[3]林越华.重金属检测技术在环境水质分析中的应用[J].世界有色金属,2022(11):181-183.

[4]王凯凯.重金属检测技术在环境水质分析中的应用[J].世界有色金属,2021(8):219-220

文章来源:刘洁.环境水质分析中重金属检测技术的应用探析[J].黑龙江环境通报,2025,38(02):133-135.