重金属监测仪器分析技术的探讨

张树坚

佛山市禅城区环境监测站

摘要：伴随着工业化进程的发展，环境污染问题受到了人们的高度重视，由于工业带来的重金属污染是环境污染类型中杀伤力最大的一种环境污染。在自然界中存在的重金属如汞、铬镍、镉锡等都能对人类造成相当大的伤害，它们通过人类进食，呼气，新陈代谢等方式进入体内，对人体造成不可逆转的损伤。目前世界上有多种技术应用于重金属监测，这些技术也在不断的科研完善。

关键词：重金属监测；仪器分析；环境监测技术；光谱分析

重金属一般以天然丰度广泛存在于自然界中，但是由于人类对重金属的开采，冶炼，加工及商业制造活动日益增多，导致不少重金属，例如汞，铬，铅，砷，钴等进入我们生活的大气，海洋，土壤。其有利或有害性不仅取决于金属的种类和它的理化性质，而且取决于金属的浓度及其存在的价态和形态，即使原本有益的金属元素含量如果超量也会产生严重的毒害性，致使动植物中毒甚至死亡。并且以各种化学价态或形态存在的重金属，在进入环境后会残留，富积和迁移，产生危害。因此，在环境检测中，对重金属的监测尤为重要。本文从重金属监测技术的特点和一些注意事项出发，探讨重金属监测过程中现代仪器分析技术的具体应用情况。

一、重金属监测仪器分析技术的概况

1.重金属监测技术的背景

重金属监测起源于西方国家对于环境污染的重视，这方面的技术以美国为首。美国在上世纪冷战时期就开始注重重金属污染的监测，紧接着苏联也开始重视环境污染，随着公害事件的爆发，环境污染成为萦绕在全球发达国家上空的阴影。传统的重金属污染监测方法是对目标区域进行土壤和水源取样，带回实验室进行各种分析来确定污染种类，这种方法的准确性高，结果有着较高的参考价值。但是所需要的人力物力成本都比较高，不过在以商业行为为主导的环境监测行为下，这种监测能起到的效果微乎其微。

2.重金属监测技术的不断发展

随着科技发展，研究的进步，重金属监测有了更多的方式。除了传统的以实验室中的化学方法测试为基础的异位监测之外，同位监测也成为了新兴的重金属监测方法：基于3S技术发展起来的光谱监测、环境磁场监测、生物学监测等都是新的技术手段，能够使人类对重金属含量的了解更加透彻，数据更加明确。而下面我们将对以这些方法为基础的重金属监测方法进行一定的分析。

二、使用现代仪器的重金属监测主要方法

（一）原子吸收分光光度法

原子吸收分光光度法是基于光谱学对样品中重金属含量进行测定的方法，产生的原子蒸汽对特定元素特征谱线进行吸收的特性进行检测，从而得出样本中的元素含量。原子吸收分光光度法是光学类仪器分析方法的代表，在重金属监测当中，原子荧光光谱法、原子发射光谱法等多种监测方法。

对于金属元素含量50ppb以上，可以直接采用火焰原子吸收光谱的方法进行测定，对于含量低的样本，要进行元素的富集操作或者使用石墨炉原子吸收光谱法进行测定。原子吸收分光光度法拥有以下几个优点：（1）选择性好，光谱干扰少。（2）应用范围广，可直接测定大多数金属元素，达到70多个。（3）原子吸收法分析精度好。火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对偏差可达＜1%，石墨炉原子吸收法分析精度相对较差，一般约为3%～5%。

（二）电感耦合等离子体原子发射光谱法

电感耦合等离子体原子发射光谱分析是以射频发生器提供的高频能量加到感性耦合线圈上，并将等离子炬管置于该线圈的中心，因而在炬管中产生高频电磁场，用微电火花引燃，使通入炬管中的氩气电离，产生电子和离子来导电，导电的气体受高频电磁场作用，形成与耦合线圈的涡流区，强大的电流产生高热，从而形成火炬形状的并可以自持的等离子体，由于高频电流的趋肤效应及内管载气的作用，使等离子体呈环状结构。

样品由氩气进入雾化系统进行雾化后，以气溶胶形式进入等离子体的轴向通道，在高温和惰性气体中被充分蒸发，原子化，电离和激发，发射出所含元素的特征谱线。根据特征谱线的存在与否，鉴别样品中是否含有某种元素，再根据特征谱线的强度确定某种重金属的含量。

（三）3S技术基础下的监测法

3S技术是地理科学发展的新技术。利用3S技术，我们可以对土壤进行实地监测，甚至可以做到对当前被监测区域的污染状况进行实时监控。使用3S技术监测法要注重以下几个方面的配合：遥感技术、定位技术、光学侦测技术、雷达修正技术和地理数据库技术等。但是在重金属土壤监测的核心步骤中，起到重要作用的仍旧是以遥感技术实现的光谱分析技术。生物量测定技术和环境磁学也可以作为3S技术基础监测法的重要技术支撑。

使用光谱技术对土壤进行测定，重点在于通过土壤中有机质对重金属的吸附作用判断出无光谱特征的土壤中重金属的含量。不同的重金属吸附方面的特征也各不相同，举例来说，土壤有机质对铜的吸附强度最大，锌次之而汞为最小。这就意味着通过对光谱的分析，我们能以80%的精度对土壤中重金属的含量进行预估。

环境磁学技术基于物质的磁性，通过电流在相关样本中的外放对土壤中元素呈现的磁特征进行分析。监测速度快、成本较低，而且对土壤没有破坏性。目前欧洲在这方面的研究较为超前，他们将这项技术应用于手持式终端当中，SM30型野外袖珍磁化率仪和SM40型野外土壤剖面磁化率仪是较为简便的污染监测仪器。

生物学上的方法全称叫做生物量间接测定技术，它是通过生物基因的特征进行光学测定，属于较为高科技的测定方法。土壤中生态平衡由于重金属含量过高而被破坏，这其中一些生物的基因必然会受到影响，甚至中毒。通过对这些生物基因的分析也能对土壤中重金属的含量进行测定，但是其相关技术还没有得到广泛应用，目前国内的研究也比较少，是值得重点发展的方面。

三、重金属监测使用现代仪器分析技术的趋势

关于样本的重金属监测，原位监测肯定是土壤监测和水源监测的重要发展方向，相比于传统的实验室监测，基于3S技术的实地监测可信度更高，也具有更强的时效性和应用性。传统的化学分析方法需要耗费的大量人力物力在原位监测中能够得到很大的补足。更依赖机械和智能设备的重金属监测也有利于监测技术发展，要提高监测的准确度，必须要将监测所需要的步骤精简，在保障准确度的情况下做到实时监测。以3S技术基础下的监测技术为例，监测技术的多元化和综合化将会是未来发展的趋势，使用多种监测技术叠加监测进行结果的互相印证也是提高监测准确率的重要手段。

结语：中国目前处于经济发展的转型期，在推动国家经济发展的同时，对于环境污染应该给予更大的重视，环境污染带给我们的不仅仅是雾霾，还有空气、水体和土壤的重金属污染。重金属监测技术还在发展当中，我们期待更具有中国核心技术特色的监测技术出现，从而使我国的重金属监测技术成本更低、效果更好。

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