梁锦昌

（清远市清城区环境监测站，广东 清远 511500）

水污染是工业过程中产生的环境问题之一，重金属是一种非常复杂的污染物,废水中的重金属包含铅、镉等多种金属，这些金属元素对水生生物具有毒性，影响水生生物的生长发育，因此准确检测河流中的重金属元素，能够为保护和治理水资源提供帮助。检测重金属元素含量的方法很多,主要有无火焰原子吸收法、电感耦合等离子体发射光谱法以及石墨炉原子吸收法等，其中石墨炉原子吸收法作为一种有效的检测方法被广泛使用,具有很高实用价值。本文采用石墨炉原子吸收法对河流中重金属元素含量进行检测,研究结果表明,该方法能在水污染事件发生后，很好地减少铅、镉等元素的危害。

1 河流中重金属含量检测现状

在对重金属污染的检测过程中,我们会用到很多方法,其中最有代表性的是光谱法和石墨炉原子吸收法，但受不同元素之间存在着较大差异性、各组分之间相互联系程度不同等因素影响，使得分析结果有偏差。并且部分有害物质本身具有某些化学性质，无法直接测定，因此需要添加一些化学药剂或者溶剂才能有效检测出这些物质。如重金属离子在水中扩散速度过快,所以直接测定时，需要用到溶剂挥发和原子吸收法,而原子吸收法在水样检测中比较容易受到干扰,所以需要我们去研究和开发更方便、更准确的方法[1]。

2 水中重金属含量检测方法

2.1 光谱法

光谱法主要包括原子荧光光谱法和电感耦合等离子体法。原子荧光光谱法是对原子在辐射能激发下发射的荧光强度，进行定量分析的发射光谱分析法。由于其操作简单、快速,可用于重金属元素含量检测,在对水中有机物质和有毒、有害成分的测定中具有良好的应用前景。该法具有很高的灵敏度,且能进行多元素同时测定，对多种元素的灵敏度和选择性较高,可以用于对重金属铅、镉等污染成分的检测。但是其存在荧光猝灭效应、散射光的干扰、用于复杂基体的样品测定比较困难等问题,因此通常需要对分析样品进行分离纯化。

电感耦合等离子体法测定水中的重金属，主要包括电感耦合等离子体质谱法和电感耦合等离子体发射光谱法，其中电感耦合等离子体质谱法是一种比较好的方法,该技术利用电感耦合等离子体使样品原子化，样品中的重金属离子在电激发下分解,从而得到了较高含量的重金属。电感耦合等离子体发射光谱法是利用高频电流产生的高温将反应气加热并电离,从而产生电感脉冲，并通过测量仪器来获得重金属元素含量[2]。

2.2 基于原子吸收法测定水中重金属电解质浓度

在石墨炉原子吸收法中,要考虑重金属的电解质浓度问题,因为电解液会与金属离子产生化学反应，而不同浓度的电解质与金属离子产生化学反应的效果不同，所以适合的浓度可以增强测定效果。因此我们可以利用氧化镍，测定相应含量的重金属镉溶液中，不同浓度对应的电解质浓度。其测定过程如下：首先采用VGB-1620原子吸收光度计作为测定仪器，对VGB-1620原子吸收光度计测定参数进行设置，如表1所示。利用石墨炉原子吸收法测定出相应的重金属镉溶液中，不同元素在不同电解质浓度下对应于同一个待测物质,从而确定是否存在污染事件；同时测量受试液pH值、显色温度以及还原剂用量来进行标定；最后将得到的检测结果与标准曲线比较分析后得出结论，对其影响因素和干扰源做出判断及改进。实验表明：石墨炉原子吸收法可以快速准确地测定出重金属铅、镉等，在水中不同浓度下对应电解质溶液中不同含量的元素,且对不同元素的干扰程度很小,可用于重金属镉的污染检测。

表1 原子吸收光度计测定参数

2.3 水中重金属含量计算

重金属元素的化学形态具有一定的规律性,可以用数学描述,也可用定积分方法或物理模型来表示，在实际检测中通常会使用一些比较简单易行、准确度高的方法，快速精确地测量出所测物质的浓度、含量等数值，作为判定水质标准偏差大小、污染程度的指标,并以此来判断水体中重金属元素的含量[3]。根据PinAAcle90T原子吸收分光光度仪测量得到的水中重金属电解质浓度数据,对水中重金属含量进行计算，其计算如公式(1)所示:

3 实验材料与方法

3.1 实验仪器、试剂

本实验使用的实验仪器是PinAAcle90T原子吸收分光光度仪；方法为石墨炉原子吸收分光光度法；实验试剂包括高纯氩气、去离子水以及所有使用到的化学试剂。

3.2 样品采集及标准曲线绘制

通过在大燕河布设的3个采样点，采集水样100 mL,并存放于玻璃器皿中，先用硫铵混合液滴定,再使用硝酸银溶液对样品中重金属的含量做了测定。用0.2%的浓硝酸对样品进行酸化处理，得到待测重金属为铅、镉，其中铅、镉分别从样品中析出；硫铵溶液则是根据待测重金属的含量表进行分析,得到结果是:铅、镉在0.03%～0.5%范围内均为富集现象[4]。

3.3 样品测定

将酸化后的样品放在进样器上,取20 µL水样于石墨炉上进行连续测定，并将其在水样中的含量记录下来,再通过石墨炉原子吸收法测定重金属铅、镉等元素。样品制备中采石墨与铁元素反应形成一个化合物，石墨的原子序数通过分光光度法来测定,然后根据标准曲线将检测值绘制成图,并根据国家标准《粮油检验粮食、油料相对密度的测定》（GB/T5518-2008）[5]中的方法对样品进行了检测。

4 结果与分析

4.1 铅空心阴极灯最佳电流的选择

电流的选择需要对样品中重金属含量进行分析,常用到的是样品在不同环境下所呈现出的最大吸收值。因此有必要根据实际情况选取合适范围内、最适合测量的范围外、最好采集峰值附近的铅、镉等元素进行检测工作,以便更准确地判断重金属离子对于待测物质本身及其他成分的影响程度，从试验的稳定性、灵敏性等方面考虑,针对测量河水中的铅来说，电流应该在大于10 mA时,吸光度最佳、效果最好,因此试验选择电流为15 mA,结果证明效果良好。

4.2 灰化温度和原子化温度的选择

灰化和火焰原子吸收的原理是基于混合物中的元素，在不同温度中会产生不同的反应,所以选择合适的种类、浓度可以对样品进行准确检测。由于水蒸气不能自发去除(热效应)而影响了化学反应，因此我们通常使用蒸馏法，处理工业生产过程中所需元素的提取与释放问题；此外在沸点低、易挥发以及不易升华等限制性因素存在时，该法也可用于分析和预测重金属含量变化趋势及其他可能出现的新情况,从而为重金属的检测提供可靠依据[6]。灰化温度的选择应该有利于干扰成分的去除,而原子化的温度应该注重对石墨管的影响。试验中灰化温度选择在800 ℃,原子化温度选择在2 000～3 000 ℃,试验结果表明，所测数据稳定,效果良好。

4.3 石墨炉的升温

使石墨炉升温的方法很多,主要有单因子检测法和多因子定量检测法。其中,多因子定量检测法是最常用且行之有效、应用面最广的方法，其特点是：对样品进行处理后就可以得到比较准确的测量结果，对重金属的含量进行定量分析,可以在一定程度上减少污染源,同时也能为环境保护做出贡献。在实际生产中，应选择合适的元素，以便后续工作能方便快捷地完成，另外还要注意到重金属离子与石墨炉之间存在化学反应等因素的影响,以进行进一步判断。石墨炉的升温过程见表2。

表2 石墨炉测定铅的升温程序

4.4 精密度和准确度

原子吸收光谱中的元素由原子序数矩阵和基态复数构成,所以在分析过程中十分重要。而准确度又被称为谱线强度或灵敏程度，通常被用来作为检测元素含量的一个重要参考指标，在试验条件下,以检测重金属铅为例，对3个采样点的水样用3 µg/L的标准液检测，验证试验的精密度和准确度,检测结果见表3。

表3 试验的精密度和准确度

4.5 加标回收率试验

加标回收率能够反映所测定元素的浓度与待测组分相对标准溶液浓度之间的关系，也可以反映所测元素浓度变化对待测样品影响的程度。加标回收率试验需要在样品中加入已知量的铅标准溶液,再进行检测,并计算回收率,结果见表4。

表4 试验的加标回收率

通过表3、表4可以看出,此次试验的精密度和回收率符合环境分析的要求,在重金属的检测中取得了良好效果，也说明了石墨炉原子吸收法对河水水质测量的灵敏度较高，效果更好。

5 结论

采用石墨炉原子吸收法在测量时要充分考虑各步骤的温度和停留时间,测量方法中需要考虑到重金属元素和有机物之间，存在不同程度的化学键以及原子间距等因素，保证对重金属元素的分析准确度。相比其他的检测方法,石墨炉原子吸收法是一种利用温度的变化来测量重金属元素含量的方法,可以很好地检测出水样中含有的不同种类重金属,而且操作简单、快速且结果准确度高。利用石墨炉原子吸收法检测重金属含量的方法，能够有效检测河流中的重金属,该方法不但能够用于河流中的重金属检测，还可用于土壤等污染环境中的重金属检测,在实际应用中具有很大潜力。