水质重金属检测.docx
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水质重金属检测
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水质重金属检测
分析仪器名词：
可跟踪链接拓展知识
痕量分析
重金属：
重金属有许多种不同的定义，常见的一种定义是密度大于5g/cm3的金属，大多数金属都是重金属。
主要是指对生物有明显毒性的重金属元素，如汞、镉、铅、铬、锌、铜、钴、镍、锡、钡等。
有时也会将一些有明显毒性的轻金属元素及非金属元素列入：
如砷、铍、锂与铝。
尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。
重金属污染主要是指：
由于采矿、冶炼、制造产品、排放废水废气、处置固体废物、利用污水进行灌溉和使用重金属制品的过程中，重金属或者其化合物给自然环境或者人体带来的损害。
对什么是重金属，目前尚没有严格的统一定义，从环境污染方面所说的重金属，实际上主要是指汞、镉、铅、铬、砷等金属或类金属，也指具有一定毒性的一般重金属，如铜、锌、镍、钴、锡等。
我们从自然性、毒性、活性和持久性、生物可分解性、生物累积性，对生物体作用的加和性等几个方面对重金属的危害稍作论述。
（一）自然性：
长期生活在自然环境中的人类，对于自然物质有较强的适应能力。
有人分析了人体中60多种常见元素的分布规律，发现其中绝大多数元素在人体血液中的百分含量与它们在地壳中的百分含量极为相似。
但是，人类对人工合成的化学物质，其耐受力则要小得多。
所以区别污染物的自然或人工属性，有助于估计它们对人类的危害程度。
铅、镉、汞、砷等重金属，是由于工业活动的发展，引起在人类周围环境中的富集，通过大气、水、食品等进入人体，在人体某些器官内积累，造成慢性中毒，危害人体健康。
（二）毒性：
决定污染物毒性强弱的主要因素是其物质性质、含量和存在形态。
例如铬有二价、三价和六价三种形式，其中六价铬的毒性很强，而三价铬是人体新陈代谢的重要元素之一。
在天然水体中一般重金属产生毒性的范围大约在1～10mg/L之间，而汞，镉等产生毒性的范围在～L之间。
（三）时空分布性：
污染物进入环境后，随着水和空气的流动，被稀释扩散，可能造成点源到面源更大范围的污染，而且在不同空间的位置上，污染物的浓度和强度分布随着时间的变化而不同。
（四）活性和持久性：
活性和持久性表明污染物在环境中的稳定程度。
活性高的污染物质，在环境中或在处理过程中易发生化学反应，毒性降低，但也可能生成比原来毒性更强的污染物，构成二次污染。
如汞可转化成甲基汞，毒性很强。
与活性相反，持久性则表示有些污染物质能长期地保持其危害性，如重金属铅、镉等都具有毒性且在自然界难以降解，并可产生生物蓄积，长期威胁人类的健康和生存。
（五）生物可分解性：
有些污染物能被生物所吸收、利用并分解，最后生成无害的稳定物质。
大多数有机物都有被生物分解的可能性，而大多数重金属都不易被生物分解，因此重金属污染一但发生，治理更难，危害更大。
（六）生物累积性：
生物累积性包括两个方面：
一是污染物在环境中通过食物链和化学物理作用而累积。
二是污染物在人体某些器官组织中由于长期摄入的累积。
如镉可在人体的肝、肾等器官组织中蓄积，造成各器官组织的损伤。
又如1953年至1961年，发生在日本的水俣病事件，无机汞在海水中转化成甲基汞，被鱼类、贝类摄入累积，经过食物链的生物放大作用，当地居民食用后中毒。
（七）对生物体作用的加和性：
多种污染物质同时存在，对生物体相互作用。
污染物对生物体的作用加和性有两类：
一类是协同作用，混合污染物使其对环境的危害比污染物质的简单相加更为严重；另一类是拮抗作用，污染物共存时使危害互相削弱。
重金属检测技术及现状
2002年颁布的《地表水和污水检测技术规范》中将重金属（包括As、Hg、Cr（VI）、Pb和Cd）列为国家总量控制指标，并明确提出，总量控制的指标要逐步实现等比例采样和在线监测。
2008-2010年，环保部和卫生部更是将重金属污染防治列为工作重点，多次下文强调要加强重金属污染防治。
因此重金属污染源监测是我国环境保护工作的重要组成部分，为污染源环境保护管理提供了大量基础数据和决策依据，是污染监督和环境管理的重要基础和有效手段。
常用检测技术及特点：
目前，对水中重金属的检测技术多停留在实验室阶段，最常用的方法是原子吸收分光光度法（AAS）、电感耦合等离子-质谱法（ICP-MS）、电感耦合等离子体-发射光谱法（ICP-AES）、化学比色法和电化学分析方法。
其中，原子吸收分光光度法分为石墨原子化原子吸收分光光度法（GF-AAS）、氢化物发生原子吸收光度法等等，石墨原子化原子吸收分光光度法是现行大多数重金属分析的标准方法之一。
除此之外，一些使用到的方法包括化学比色法、X射线荧光法、中子活化法、离子色谱等等，以及在此基础上的联用技术等。
原子吸收光谱法一般一次只能分析一种元素，检测限相对较高，电感耦合等离子-质谱法和电感耦合发射光谱法能够同时分析多种元素。
但是，原子吸收光谱法、原子发射光谱法、离子色谱法、质谱法、电感耦合等离子体法无论是设备费用还是设备运营维护费用，成本都较高。
因此，以上技术并没有真正应用于重金属监测领域。
目前，国内外真正应用于水中重金属分析的技术主要是比色法和电化学分析方法。
比色法又称分光光度法，是化学分析中常用的方法之一。
重金属电化学分析方法由海洛夫斯基（MichaeLHeyrovsky，其因发明该方法而获1959诺贝尔化学奖）发明，后经众多学者优化发展。
就水中重金属监测产品而言，由于国内重金属监测起步相对较晚，大多数公司主要以代理国外产品为主，仅有少数几个公司具有自主知识产权的重金属分析产品。
比色法是经典的化学分析方法之一，主要基于Lambert-Beer定律（朗伯-比尔定律，光吸收基本定律，是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度（c）和液层厚度（b）间的关系的定律，是光吸收的基本定律，是紫外-可见光度法定量的基础），在一定的条件下，重金属离子与某一特定的试剂进行化学反应，在溶液中产生新的化学物质，该物质一般具有特定吸收波长光；当一束与新产生的化学物质匹配的单色光通过该溶液时，溶液的吸光度与溶液中新产生的化学物质浓度相关，据此建立吸光度与被测组分的浓度关系。
该方法原理简单，不需要特殊设备，一般分光光度计即可满足需求，因此在实验室重金属分析中依旧较为常见。
当该技术应用于水质重金属分析时，选择合适的显色剂，以及消除其他金属组分干扰是关键；其次是获得稳定可靠的单色光，以及光强检测系统。
阳极溶出伏安法，是将电化学富集与测定方法有机地结合在一起的一种方法。
先将被测物质通过阴极还原富集在一个固定的微电极上，再由负向正电位方向扫描溶出，根据溶出极化曲线来进行分析测定。
阳极溶出伏安分析技术（ASV）使得样品中很低浓度的金属都能够被快速检测出来，并有良好精密度。
对于电化学溶出分析技术而言，由于重金属在水环境——特别是地表水、饮用水源地等水环境中的含量不高（基本在μg/L数量级），即便是市政以及工业企业污水排放口，也仅仅在几十到几百μg/L数量级，因此检测限低的电化学溶出分析技术在重金属监测中将发挥更大的作用。
随着我国重金属污染问题越来越受到重视，重金属监测会得到更大程度的关注。
目前的两种重金属监测方法，比色法较为传统，设备成本比电化学分析仪成本低，在一些特殊的场合，特别是待分析重金属成分浓度较高时，可以考虑该类型分析仪。
在中低浓度的重金属监测中，如地表水、饮用水、水处理设施排放口重金属监测，基于电化学溶出分析技术的重金属分析仪能够对μg/L数量级的重金属进行精准定量分析，无疑是首选。
两种常用检测方法比较：
检测方法
检测原理
数量级
优点
应用
比色法
朗伯-比尔定律
PPM
成本低
重金属浓度较高时
阳极溶出伏安法
电化学富集及测定
20世纪20年代发明
1959年诺贝尔化学奖
PPB
精度高
速度快
重金属浓度低、地表水、饮用水
HM系列水质分析仪
英国Trace2o公司是国际着名的重金属分析仪生产商，HM系列产品采用国际通用、流行的阳极溶出法，产品广泛应用于工业、农业、水产养殖、医疗卫生、检验检疫、环境监测等领域的野外现场重金属检测。
优点：
检测谱宽，可检测大部分常见有毒重金属和类金属。
检测精度高，采用灵敏度高的阳极溶出伏安法，ppb数量级测试。
检测速度快，根据不同的检测元素，最快30秒出结果。
操作简单，无需复杂的样品前处理及分析过程，非专业操作员也能熟练使用。
高度便携，可用于野外现场的水质分析。
检测成本低
独特的三电极结构：
工作电极、参比电极、对电极+搅拌器+温度探头
不同型号产品的特点
型号
原理
检测精度
特点
可检测元素
LS1000
阳极溶出法
ppb
基本型，适用野外现场水质检测
As、Cd、Cr、Cu、Hg、
Mn、Ni、Pb、Zn
LS2000
阳极溶出法
比色法
ppbppm
两种检测方法互补，
增加了检测谱和检测范围
As（III）、Cd、Cr、Cu、Pb、Hg、Mn、Ni，Zn
Al、B、Cr（VI）、Cu、Fe
Mn、Ni
HM3000
阳极溶出法
ppb
具有1000型所有功能，
精度更高
增加了平板电脑，
能够提供图形数据，
检测参数更广，更精确。
最低可检测1ppb
As、Au、Bi、Cd、Co、
Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、
Ni、Pb、Sn、Zn、Se
Tl
HM4000
阳极溶出法
ppb
用于土壤重金属检测
配备土壤消解用品
As、Cd、Cu、Hg、Pb
HM5000
阳极溶出法
ppb
实验室用重金属分析仪，可替代昂贵的AAS和ICP检测仪
自动、手动波峰计算功能
兼容1000型所有功能，可远程控制
专业用户可根据需要自己设置新的检测参数。
As、Cd、Cr、Cu、Hg、
Mn、Ni、Pb、Zn
专业用户，可自定义新参数
HM600
比色法
ppm
在线重金属分析
FeCr（VI）
客户群体：
国家机关团体：
环保局、环境监测站、水利局（水务局）、水库、气象局、各流域保护治理委员会、世界卫生组织、质量检验检疫局、食品药品监督局等、
工业：
矿山、冶炼企业、电镀企业、制药厂、化工厂、污水处理厂、自来水公司
农业：
土壤治理、土壤修复、水产养殖
科研：
环保、水利、化学、化工、农业
同类公司：
从事同类业务的公司
扩展知识：
各类污染物检测项目及依据标准
类别
依据标准
检测项目
环境空气?
大气污染物
《环境空气质量标准》、《大气污染物排放标准》
温度、相对湿度、流速、SO2、NO2、HCL、CO、氨、臭氧、甲醛、TSP、PM10、TVOC、苯、甲苯、二甲苯等苯系物、HF、HCI、硫酸雾、甲硫醇、臭气浓度、苯乙烯、异丙醇、苯乙酮、重金属（锡、铅、汞……）、非甲烷总烃、烟尘、烟气黑度等
生活饮用水?
地表水?
地下水?
污、废水
《生活饮用水标准检验方法》、《地表水环境质量标准》、《地下水质量标准》
pH、总硬度（以CaCO3计）、SS、溶解性总固体、COD、高锰酸盐指数、BOD5、挥发酚、氟化物、硫化物、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、挥发性酚、砷、汞、铁、锰、六价铬、镉、石油类、细菌总数和总大肠菌群等；断面流量、流速、河深、河宽等
土壤?
固体废弃物
《土壤环境质量标准》、《固体废物浸出毒性浸出方法》、毒性浸出程序（TCLP）（USEPA方法1311）
Cd、Hg、As、Pb、Cr、Ni等金属元素全分析；六六六、滴滴涕DDT、pH、阳离子交换量、农残、有机质、水分、全磷、全钾、有效磷、钾、硫化物、有机汞、水溶性盐等；
危险废物浸出毒性、腐蚀性、急性毒性初筛等
噪声
《声环境质量标准3096-2008》、《工业企业厂界环境噪声排放标准》
厂界噪声、区域噪声、交通噪声、敏感点噪声
水体环境的物理指标项包括：
水温、渗透压、混浊度（透明度）、色度、悬浮固体、蒸发残渣以及其它感官指标如味觉、嗅觉属性等等
水质化学指标包括：
（1）有机物：
生物化学需氧量（BOD）、化学需氧量（COD、OC）、总有机碳（TOC）、总需氧量（TOD）
（2）无机性指标，①植物营养元素污水中的N、P为植物营养元素
②pH值主要是指示水样的酸碱性。
③重金属重金属主要是指汞、镉、铅、铬、镍，以及类金属砷等生物毒性显着的元素
生物性指标
（1）细菌总数
（2）大肠菌群
常规水质五参数：
PH、水温、浊度、电导率、溶解氧
TSP：
totalsuspendedparticulates（TSP）悬浮微粒总量；总悬浮颗粒物
TVOC：
TVOC是影响室内空气品质中三种污染（生物性污染物，如细菌等；化学性污染物如甲醛、氨水、苯、甲苯、一氧化碳等；还有放射性污染物如氡气等）中影响较为严重的一种。
TVOC是指室温下饱和蒸气压超过了133．32pa的有机物，其沸点在50℃至250℃，在常温下可以蒸发的形式存在于空气中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味性，会影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害。
世界卫生组织（WHO）、美国国家科学院/国家研究理事会（NAS/NRC）等机构一直强调TVOC是一类重要的空气污染物。
美国环境署（EPA）对VOC的定义是：
除了二氧化碳，碳酸，金属碳化物，碳酸盐以及碳酸铵等一些参与大气中光化学反应之外的含碳化合物。
TOC
SS：
suspendedsolid;seston;suspendedsubstance;SS
SS：
悬浮在水体中、无法通过μm滤纸或过滤器的有机和无机颗粒物。
如难溶于水的淤泥、黏土、有机物、藻类和微生物等，是衡量水质污染程度的指标之一。
COD：
化学需氧量（COD或CODcr）是指在一定严格的条件下，水中的还原性物质在外加的强氧化剂的作用下，被氧化分解时所消耗氧化剂的数量，以氧的mg/L表示。
化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度，这些物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等，但一般水及废水中无机还原性物质的数量相对不大，而被有机物污染是很普遍的，因此，COD可作为有机物质相对含量的一项综合性指标。
BOD：
:
生化需氧量，即是一种用微生物代谢作用所消耗的溶解氧量来间接表示水体被有机物污染程度的一个重要指标。
其定义是：
在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量，表示单位为氧的毫克/升（O2，mg/l）。
一般有机物在微生物的新陈代谢作用下，其降解过程可分为两个阶段，第一阶段是有机物转化为CO2、NH3、和H2O的过程。
第二阶段则是NH3进一步在亚硝化菌和硝化菌的作用下，转化为亚硝酸盐和硝酸盐，即所谓硝化过程。
NH3已是无机物，污水的生化需氧量一般只指有机物在第一阶段生化反应所需要的氧量。
微生物对有机物的降解与温度有关，一般最适宜的温度是15～30℃，所以在测定生化需氧量时一般以20℃作为测定的标准温度。
20℃时在BOD的测定条件（氧充足、不搅动）下，一般有机物20天才能够基本完成在第一阶段的氧化分解过程（完成过程的99％）。
就是说，测定第一阶段的生化需氧量，需要20天，这在实际工作中是难以做到的。
为此又规定一个标准时间，一般以5日作为测定BOD的标准时间，因而称之为五日生化需氧量，以BOD5表示之。
BOD5约为BOD20的70％左右。
叶绿素：
浮游植物的主要光合色素是叶绿素，常见的有叶绿素a、b和c.叶绿素a存在于所有的浮游植物中，大约占有机物干重的1~2%是估算浮游植物生物量的重要指标，因此浮游植物叶绿素a含量的测定成为浮游植物量的重要指标而被广泛应用
叶绿素a、叶绿素b，控制富营养化和藻类生物量，揭示富营养化的内在实质
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