重金属检测技术在水环境检测中运用分析
王妹
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王妹,. 重金属检测技术在水环境检测中运用分析[J]. 环境科学研究,2024.3. DOI:10.12721/ccn.2024.157381.
摘要: 近年来,工农业的迅速发展不可避免的会对生产环境周边水体造成严重影响,代表之一就是水体重金属超标造成水体污染。本文从水环境中的重金属污染概述出发,分析免疫分析检测、酶抑制检测和生物传感器检测的新型水环境检测技术的运用,讨论水环境中重金属污染防治。
关键词: 重金属;水环境;检测
DOI:10.12721/ccn.2024.157381
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引言:水源的重金属污染会对人体的健康造成严重影响,如2010年福建紫金矿业酮酸水泄漏事故造成的紫金山溃坝事件、同年的金岭南的铊污染事件等。因此对于水环境中的重金属检测尤为重要,本文通过整合当今新型的水环境检测方法,为相关工作者们提供综合性科学参考比对,为后续治理工作奠定良好的基础。

1水环境中重金属污染概述

水环境中的重金属污染源较为繁杂,矿山、选矿厂废弃物和冶炼厂废水是工业重金属污染的主要来源,同时包括生活污水、农业灌溉废水等其他来源,总体来讲分为点源污染与非点源污染[1]。点源污染以工业生产所排放的废弃料为主,非点源污染主要为农业灌溉污染用水和汽车尾气。相较于非点源污染,点源污染量大、污染集中、程度较深、治理难度较大,是我国现今水体重金属污染的主要治理点。经研究总结,大多数工业活动会导致工厂周边水体的Cu等含量超标。相较于点源污染,非点源污染的范围广、复合污染现象严重,且重金属污染物含量分布不均,相对污染较轻,但也有由农药大规模喷洒溶解所造成的As和Hg污染曾经引发过区域性的重金属中毒的案例记录。非点源污染在实际的检测中难度更大,造成的污染后果通常潜伏时期长,不易引起重视。因此根据不同的污染源和污染类型,检测技术手段需要根据具体问题进行具体选择。

另外,在现今的水体污染标准下,有些污染物元素尽管未被明确列入重金属污染元素中,但是其溶解在水中所造成的危害却与其十分相似,甚至会有部分无良商家专门宣传这种被污染过的水,以吸引对此了解不多的人们争相购买。因此,水体的检测也需要将这些情况考虑其中。

基于上述,为实现我国水体重金属污染现象能够得到及时有效的控制治理,有关部门和相关单位应该通过技术手段对我国主要水体进行定时监测,根据具体情况进行科学防治。及时通过检测情况进行追查,争取早发现,早治理。避免造成不可估量的损失。

2现今新型水环境检测技术运用

水环境检测中的重金属检测技术需要在前期做好充足准备。按照各水域的检测要求确定检测方案、基础试剂和所需设备,尽量减少监测环境造成的误差过大、结果错误等现象,保证检验结果的准确性。在水样采集过程中,前期需要明确采样目的,制定采样方案,确定并准备采样器材,避免器材污染导致的检测结果不达预期。在制定监测方案时,应选择合理的采样地点,根据水体规模、流向及周边环境功能确定采样地点,便于完整的反馈检测水域的污染情况和污染范围。

传统的对水环境中重金属检测有电感耦合等离子技术、溶出伏安法和原子吸收光谱技术,在此不多赘述。以下主要综合介绍新型水环境检测技术的运用[2]

2.1免疫分析检测

在当今的水体重金属检测中,免疫分析检测省时省力,便于操作携带,多用于现场水体检测。免疫分析检测技术原理是通过对水体中的重金属元素进行抗体的数量变化监督和测量,从而判断污染程度。免疫分析检测技术一般使用单克隆抗体和多克隆抗体作为免疫分析技术的目标抗原。而单克隆抗体由于异形结合抗原拥有交叉反应活性通常作为检测一抗,多克隆抗体主要在检测过程中作为二抗结合不同的抗原表位,可以通过检测信号提高灵敏度,迅速检出重金属离子。免疫分析检测的具体检测方式分为ELISA酶联免疫吸附测定技术、FPIA荧光偏振免疫技术和KINEXA免疫传感器检测。经实验统计得出,相较于多克隆抗体技术而言,单克隆抗体在这三种检测方式中优势更加突出,可检测范围也更加广泛。相较于传统检测技术,免疫分析检测操作流程更简单,检测效率更高,检测成本更低,因此在水体重金属现场检测中更具优势。  

2.2酶抑制检测

酶在生物体的新陈代谢过程中起着关键催化剂的作用,而重金属离子能够与部分酶的活性中心结合,造成酶的失活。酶抑制检测法在水体检测过程中,主要依靠酶的选择性催化产物的吸光率、酸碱度、电导率和显色剂颜色等,区分于无抑制剂的酶催化产物。酶抑制检测法主要使用植物酶、葡萄糖氧化醇、磷酸酯酶、ACHE乙酰胆碱酯酶等,利用酶系统中的传感器检测水体中重金属含量。这些变化能够凭借光信号的捕捉进行分析检测,甚至能够通过肉眼识别,并不需要额外加入任何其他试剂和催化剂。因此,酶抑制检测技术更加快捷,成本更加低廉,操作过程更加简单,是目前水环境中重金属检测法中发展较快的分析法之一。但同时,相比较其他检测方式,酶抑制检测只能够定性检测,并容易受到生物毒素等其他反应环境的干扰影响,灵敏性和准确度较差。如需要准确检测,还需要将酶抑制检测配合缓冲系统进行选择,所以酶抑制检测技术在应用范围上较为狭窄。

2.3生物传感器检测

随着近年来生物科技的迅速发展,生物传感器检测技术也开始在水环境重金属检测中越来越多的应用开来,与其他检测法对比并取得了显著的检测优势。生物传感器检测技术按照生物属性分布进行区分,将生物传感器分为酶传感器、微生物传感器和葡萄糖氧化酶传感器。在水环境的重金属检测中,Hg和Cu对于微生物传感器的灵敏度较高。葡萄糖氧化酶传感器利用氧化酶膜将作为检测感受器,在Hg、Cu等重金属检测过程中,将氧电极换能。传感器接触到待检水样时,生物传感器的传感元件和传导器同时接触到待检溶液和待测葡萄糖。葡萄糖在氧存在下被氧化成葡萄糖酸,氧被消耗生成过氧化氢,氧电极就能够反映出氧浓度的变化判断葡萄糖浓度,从而判断待检污染水样的详情。生物传感器检测灵敏度高、检测相对便捷,且不易受生物毒素干扰检测结果,可以在一定程度上对酶抑制检测结果进行补充,在重金属污染水体中使用更加普遍。

3水环境中重金属污染防治

重金属水污染的防治方案主要以加强源头治理为主,辅以多样化治理方案。通过加强立法,对水域环境依法治理。同时需要有关部门配合,排查污染源,控制点源污染的重金属排放量,加大水排放的检测力度。再进一步改良各行业的生产工艺和生产流程,控制生产过程中的有害重金属用量,尽量减少重金属流失。在水环境的监测中,以流域为单元,分区治理。

在治理方案上,简单的处理污染水体可以分为物理吸附法、化学沉降法和生物分解法。物理吸附法和化学沉降法都需要将污染水体进行分区围栏,通过在污染水体中添加可吸附元素或化学试剂,尽量吸附和反应重金属元素并沉降。生物分解法是通过微生物分解水体中的重金属并产生相应的代谢物,如有机酸和多肽等,稳定污染水体中的游离重金属,达到降低重金属离子对人体和环境造成伤害的目的。除此之外,还有电解法、反渗透法、电渗透法等,本质上都是降低重金属元素在污染水体中的浓度,减少伤害,使水体相对安全。

结论:综上,水环境中的重金属检测技术是确定重金属污染水体的污染类别,污染程度的重要内容,我国目前已有了较为先进的检测技术,并能够进行高效率的、不会造成再次污染的检测分析。将待检测的水环境与相应的技术相对应,才能保证工作中的质量。

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