环境中重金属离子检测方法研究综述

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2019年第38卷第4

期

Shanghai Environmental Sciences

环境中重金属离子检测方法研究综述

A Review on Methods for the Examination of Heavy Metal Ions in Environment

孙　冲1　王　瑞2　郭　亚1　（1. 浙江省纺织测试研究院，杭州 310018；2. 浙江理工大学教育部先进纺织材料与制备技术重点实验室，杭州 310018）

Sun Chong 1　Wang Rui 2　Guo Ya 1　(1. Zhejiang Textile Testing Institute, Hangzhou 310018; 2. Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology of the Ministry of Education, Zhejiang Sci -Tech University, Hangzhou 310018)

摘要　概述了铅、镉、汞等重金属离子的传统检测方法。综述了现场大批量检测重金属离子的快速方法：酶分析法、免疫分析法、生物化学传感器法、试纸法等。对各方法的原理、研究现状、适用检测离子、方法检出限及其在环境中的应用进行了评述。简述了重金属离子快速检测方法的发展方向和存在的问题。

关键词：重金属　快速检测　化学显色法

Abstract Conventional methods for the examination of heavy metal ions such as lead, cadmium, mercury, and etc. were briefed. Quick methods for detecting heavy metal ions in bulk were summarised including enzyme analysis, immunoassay, biochemical sensor, test paper methods, and etc. whilst reviewing their principle, research status, applicable ions, detection limits and application in the environment. Their development orientation and existent problems were discussed as well.

Key words ：Heavy metal Rapid detection Chemical colorimetry

随着我国工业的飞速发展，大量重金属废水及废弃物未经处理直接排入江、河、湖、海、地下水等自然环境，造成水体的污染；同时，我国存在大片污灌区，重金属在污灌区的农田中长期积累，造成土壤的污染[1]。据报道，重金属污染以镉最为严重，其次是汞、铅[2]。动植物从环境中摄取重金属，经过食物链累积并最终进入人体，造成急性或慢性中毒反应。以铅为例，铅中毒病症早期表现为贫血、衰弱和疲倦感，出现运动和感觉异常，严重时出现末梢神经炎等神经症状[3]，对人体健康造成了极大危害。因此，重金属污染防治已成为我国不容忽视的问题。水体、土壤污染预防意义重大，从源头入手，加强污水排入水体前和基本农田污水灌溉前的常规检测和监管，可以做到防患于未然。

铅、镉、汞等重金属离子的传统检测方法有原

子吸收光谱法（AAS ）、原子荧光光谱法（AFS ）、原子发射光谱法（AES ）、电感耦合等离子体质谱法（ICP -MS ）和分光光度法等[4]。这些方法具有特异性强、灵敏度高等优点而被广泛采用，但同时也存在仪器昂贵、耗时、运行成本高等缺点，难以满足现场大批量检测的实际需要[5]。重金属离子快速检测方法可以在短时间内得出检验结果，在样品制备、实验准备、操作过程和应用保存方面都有较明显的优势。目前已有的快速检测方法包括酶分析法、免疫分析法、生物化学传感器法、试纸法等[6]。

浙江省质量技术监督局科研计划项目（编号：20160232）资助。

第一作者孙冲，女，1984年生，2010年毕业于浙江理工大学纺织化学与染整工程专业，硕士，工程师。

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Shanghai Environmental Sciences 过测定荷质比进行定性和定量分析；后者是利用高频电流产生的高温将反应气加热并电离，利用元素发出的特征谱线进行测定。该法检测简单、迅速、成本低，并且具有较好的精确度，良好的实用价值。但该法对沉淀不敏感的元素不适用，因此更广泛的应用有待进一步研究[10]。

2　快速测定环境中重金属的方法

2.1　电化学快速检测方法

将电化学提取技术与光谱分析技术结合使用是水中重金属离子现场快速检测的1种常用方法，主要包括以下步骤：（1）金属离子的电化学富集；（2）富集金属的电化学溶出；（3）金属离子显色分析；（4）测定重金属离子的种类和浓度。此种方法克服了常规电化学法难以区分氧化还原电位相近的金属离子的不足，避免了污染水体中较高的浊度、色度等复杂因素对分光光度测定结果的影响，测定结果稳定性高、重复性好，方便实现样品中重金属离子的便携化或在线式现场快速检测分析，检测灵敏度可达0.1mg/L 以下。2.2　试纸快速检测方法

试纸法快速测定环境水样中痕量重金属镉、汞、铅的研究在详细阐述了人的目视规律和三苯甲烷类碱性染料与重金属显色反应特点的基础上，结合大量实验室对比分析工作，提出并验证了用三苯甲烷类碱性染料做试纸显色剂测定环境水样中痕量重金属离子的快速检测技术。采用试纸检测，具有操作简便、快速、反应灵敏、精度较高、价格低廉、试纸容易保存等特点，适用于现场和基层化验室对环境水中常见铬污染物的检测，灵敏度可达0.01mg/L ，准确率＞95％，只需10min 就可对重金属进行快速检测，缩短了检测时间，提高了检测结果的时效性。适用于试纸法检测的光电反射仪的研制成功，使其由定性半定量检测逐渐转化为精确的定量分析，为试纸快速检测提供更广阔的应用前景。

2.3　酶膜生物传感器检测方法

近年来，酶已被用于测定环境介质水、土和废弃物及食品中的痕量有害物质。酶抑制法作为1种快速检测有害物质残留的方法，与传统分析方法相比，克服了分析时间长、仪器昂贵等缺点，具有简便、快捷和成本低廉等优点。直接利用酶的抑制率大小来表示重金属残留程度的高低，能在较短时间内快速、灵敏地筛选出大量超标样品，从而缩小定量检测范围，避免重金属残留量高的果蔬产品流入市场和中毒事件的

1　传统重金属离子检测方法

1.1　原子吸收光谱法（AAS ）

原子吸收光谱法是20世纪50年代创立的1种新型仪器分析方法，也是现行的标准检测方法之一，是基于气态的原子外层电子对紫外光和可见光进行吸收为基础的分析方法。原子吸收光谱技术和分析方法成熟，几乎涵盖了所有元素分析的领域。此方法适用于各种纺织品中镉、钴、铬、铜、镍、铅和锌游离量和总量的同时测定，也适用于其中1种元素的单独测定。但是多种元素必须要有相应的光源进行原子激发，而环境中的水含有大量不同种类的离子，被检测离子含量往往较低，给检测带来一定的困难。因此，样品需要预处理，提高灵敏度和准确度，例如溶剂萃取、浊点萃取、固相萃取、电沉积、协同沉淀、膜过滤方法。1.2　紫外-可见分光光度法（UV ）

紫外-可见分光光度法的原理是重金属可与显色剂（通常为有机化合物）发生络合反应，生成有色分子团，溶液颜色深浅与浓度成正比，通过在特定波长下测定吸光度的高低来检测重金属的含量。分光光度分析有2种：1种是利用物质本身对紫外及可见光的吸收进行测定；另1种是先生成有色化合物，即“显色”后进行测定。虽然不少无机离子在紫外和可见光区有吸收，但通常强度较弱，因此很少直接用于定量分析[8]。加入显色剂使待测物质转化为在紫外和可见光区有吸收的化合物来进行吸光度测定，是目前应用最广泛的测试手段。1.3　原子荧光法（AFS ）

原子荧光光谱法是通过测量待测元素的原子蒸汽在特定频率辐射能激发下所产生的荧光发射强度，来确定元素含量的方法。它是1种发射光谱法，但又与原子吸收光谱法密切相关，兼具原子发射和吸收2种分析方法的优点，克服了2种方法的不足。原子荧光光谱具有发射谱线简单、灵敏度高、线性范围宽、干扰少的特点，能够进行多元素同时测定。原子荧光光谱仪可用于分析汞、砷、铅、锗、锡、镉等11种元素，现已被广泛用于环境监测、医药、地质、农业、饮用水等领域。在国标、食品砷、汞等元素的测定标准中已将原子荧光光谱法定为第一法[9]。1.4　电感耦合等离子体法（ICP -OES 、ICP -MS ）

电感耦合等离子体法测定水中重金属主要包括电感耦合等离子体质谱法（ICP -MS ）和电感耦合等离子体发射光谱法（ICP -OES ）。前者是利用电感耦合等离子体试样品原子化，待测金属元素进入质谱，通

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