工业的飞速发展,带来经济增长的同时,也给环境造成了巨大的压力。工业生产大量排放污水,其排放速度已经远远超过水体能够实现自身净化的能力范围。为了保证人类自身生存和环境的安全,污水治理工作一直都处于社会关注的焦点之上。在展开水质控制工作的过程中,检测是一个重要的环节,而考察水质的具体状况,其中一个检测的重点,则在于重金属的含量方面。因为重金属本身很难被水体中的微生物所降解,因此即便是细微的含量,也会造成其长期在水体中的积累,最终给人体和生态带来巨大的危害。因此水质检测的首要工作重点可以说就在重金属的检测方面。
在水质的重金属检测领域之中,经过多年技术的发展,在实际的工作领域之中已经有多项技术投入使用并且发展成熟。诸多技术基本可以归入四个类别之中,即光谱检测技术、电化学检测技术、原子荧光光度检测技术以及生物化学检测技术。四类技术从技术属性以及应用特征方面都各有侧重,必须对其进行深入考察,把握其相关属性,才能在实际工作中妥善选用。
1. 光谱检测技术
光谱检测技术是该领域中最成熟的一类,其下包括分光光度法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法以及X射线荧光光谱法几个主要成分,每一个成分下面还会因为技术细节的不同而分列为多项具体技术。其中分光光度法是利用显色剂来在检测中发挥作用,显色剂会与重金属发生络合反应,进一步形成大分子基团,从而导致溶液的颜色发生显著变化。这种方法在应用中是比较灵敏的,并且成本也可以获得很好的控制,但是相对来说测试的过程比较繁琐,操作难度有所增加,简便程度不足。原子吸收光谱法,作为当前在水质重金属检测领域之中应用最为普遍的方案,其原理在于考虑到金属原子的自由基态原子会吸收共振辐射,因此通过测定其吸收程度就可以判断水体中含有的重金属种类和含量。这一类技术中进一步可以分为三种,即氢化物发生法、石墨炉法和火焰法,相对来说后两种似乎更为常见。其中氢化物发生法主要是依据金属元素氢化物在常温下为气体状态且热稳定性较差的特点来测定,石墨炉法则是要将金属原子升温,并且对其温度和时间曲线进行统计,就可以确定出金属元素的种类。最后,火焰法是将样品溶液置于高温中脱水干燥,并且发生热解和还原,这个时候金属原子的自由基态原子会吸收共振辐射,从而实现对于金属原子种类的确定。这一类的检测方法,在具体的应用过程中有着不同的侧重,实际工作中需要展开具有针对性的选用才能落实其效果。
电感耦合等离子体质谱法在实际应用过程中具有良好的效率,其能够同时对多种金属元素展开检测,因此应用十分广泛。但是也同样存在不足之处,比如其操作成本居高不下,相关设备的采购以及维护成本都不能忽视,并且设备对于运行环境同样有额外要求,这些都是造成此种方法成本无法实现有效控制的重要因素。在这一类测试法中,主要包括电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)以及电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)两种。其中前者将样品进行初步处理后雾化,再被载气氩气带入到等离子体火炬中。这样就会使得样品中的成分被原子化、电离、激发,最终以光的形式呈现出来。对应的工作人员可以通过对光谱的获取,来确定出样品中的重金属构成与比重。而后者则首先需要将样品进行酸化消解等相关处理,进一步由氩载气带入雾化系统进行雾化形成气溶胶,并且送入等离子体的轴向通道,在高温和惰性气体中引起各元素分子的破裂形成等离子体,产生的离子经过离子光学透镜聚焦后进人四极杆质谱分析器按照荷质比分离,既可以按照荷质比进行半定量分析,也可以按照特定荷质比的离子数目进行定量分析。
最后,这一类中的X射线荧光光谱法,主要是利用不同物质对X射线的吸收情况不同来进行测定。将样品暴露在X射线之下,对X射线的吸收量进行测定,则可分析出水质之中的重金属种类以及含量。此种测定方法相对来说效率表现良好,对于样品的预处理要求也不高,多用于微量金属元素的测定,定性和定量分析都包括在内。但是同样的,相关设备成本居高不下,一次性投入不容忽视。
2.电化学检测技术
电化学检测技术的成熟时间要比光谱检测技术晚,但是在近几年却得到了飞速发展。此类检验方法的最大优势在于灵敏度比较高,并且检出限很低,也就是说可以对样本中含有的细微含量重金属有所察觉。基于这样的优势,同样在实际工作中得到了广泛应用。这一类技术框架之下主要包括两种具体技术,即示波极谱法以及阳极溶出伏安法。
示波极谱法也称为单扫描极谱分析法,需要在样本中插入电极,并且在两个电极之间加载锯齿形的脉冲电压,通过电极的作用,来实现对于水质中重金属含量的分析,具体来说,就是通过对于点解过程曲线的解读来进行重金属成分的确定。此种方法具有良好的重现特征,灵敏度也可圈可点,能够快速获取到结果,分析效率良好。而阳极溶出伏安法同样具有极高的灵敏度,其优势在于能够实现对于多种重金属成分的连续测定。具体实现,是需要在样本上加载一个稳定的电位,将样本中的金属离子部分地还原成金属并溶入微电极或析出于电极的表面,然后向电极施加反向电压,使微电极上的金属氧化而产生氧化电流,根据氧化过程的电流电压曲线进行分析,来实现对于样本中重金属含量的确定。相对来说,这种方法所需要的设备比较简单,操作方便,但是精度无法有效提升,常常用于对于水质的初步检测环境。
3.原子荧光光度检测技术
原子荧光光度检测技术主要是通过辐射能,来促进重金属原子和蒸汽发生荧光反应,并且进一步来对这种反映展开测定,确定出样本中含有的重金属成分。此种检测技术能够实现比较高的精度,并且操作简便,也不需要对待测元素进行分离。但是其能够实现的测量范围比较有限,更为严重的问题在于并不是每一种重金属离子都能发生荧光反应。这一缺陷直接导致此种技术在实际应用中十分有限。
4.生物化学检测
生物化学检测方法是一种利用微生物来实现对于水质检测的技术,最近几年才得以兴起。这一类技术框架之下有两种主要技术,即酶抑制法和免疫分析法。其中前者主要是考虑到某些重金属原子对于酶有着良好亲和,并且会与之发生反应改变酶自身的结构,降低其活性。此种方法对测定结果可以直接用肉眼来进行判断,或者依靠光信号检测来确定重金属浓度,这种直观的特征,以及低成本,决定了其在应用领域中占有一席之地。但是与之对应的,选择性较差是这种测定方法的主要缺陷。
免疫分析法的核心在于选择合适的化合物与重金属离子进行反应,改变其空间结构,然后将与重金属离子结合的化合物连接到载体蛋白上,形成免疫原型,并且进一步借助特定的金属原子克隆抗体反应来分析重金属的种类和含量。此种方法在应用过程中具有比较高的灵敏性,反应速度也比较快,适用于现场检测工作环境,应用价值也因此而有所提升。但是在单体金属原子克隆抗体的制备领域,选择难度存在,成为影响其推广的一个重要阻力。在对于重金属检测的领域中,相关技术众多,特征倾向各有不同。实际工作中唯有谨慎选择,才能获取良好效果。