原创 重金属污染与检测方法探讨

     重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富集性，很难在环境中降解。目前我国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤，引起严重的环境污染。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。

水体中的金属元素按其对人体健康的影响可分为三类：一是人体健康必须的常量元素如：钠、钾、钙、镁和微量元素如：铁、锰、铜、锌、镍、钴、硒、钒、钼、硅、锡，他们的缺乏或过量都于人体健康不利。二是对人体健康有害的金属元素如：铅、镉、汞、砷、铬、铍、铊、钡等。三是在人体中确有存在，但生理功能尚不明的元素如：锂、硼、铝、钛、锆等。

    水体中金属有利或有害不仅取决于金属的种类、理化性质，而且还取决于金属的浓度及存在的价态和形态，即使有益的金属元素浓度超过某一数值也会有剧烈的毒性，使动植物中毒，甚至死亡。金属有机化合物(如有机汞、有机铅、有机砷、有机锡等)比相应的金属有机化合物毒性要强得多；可溶态的金属又比颗粒态金属的毒性要大；六价铬比三价铬毒性要大等等。

    重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害，例如，日本发生的水俣病(汞污染)和骨痛病(镉污染，等公害病，都是由重金属污染引起的。

    重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布，而底泥往往是重金属的储存库和最后的归宿。当环境变化时，底泥中的重金属形态将发生转化并释放造成污染。重金属不能被生物降解，但具有生物累积性，可以直接威胁高等生物包括人类，有关专家指出，重金属对土壤的污染具有不可逆转性，已受污染土壤没有治理价值，只能调整种植品种来加以回避。因此，底泥重金属污染问题日益受到人们的重视。

    目前我国重金属污染主要从地表水（饮用水源水、湖水、河水）、地下水、还有大气降水、以及底质（江、河、湖、海等水体底部的表层沉积物质）中来掌握重金属的污染情况。我国重金属污染主要是在河水中和底泥中，其污染大多是工业废水的排放造成的，对于工业企业的污染，国家环保局也有一系列的管理措施，但是落实是关键，要建立严格的监督管理机制。对于水体和土壤中的重金属污染，现在还没有很好的办法，因为存在于水和土壤中的重金属很难降解，并且还具有富集性，所以重金属的污染是不可逆转的。现阶段对我们人类和环境造成危害的重金属有以下五种元素：

    ⑴铅：是可在人体和动物组织中积蓄的有毒金属。主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀、化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管等。它是通过皮肤、消化道、呼吸道进入体内与多种器官亲和，主要毒性效应是贫血症、神经机能失调和肾损伤，易受害的人群有儿童、老人、免疫低下人群。铅对水生生物的安全浓度为0.16mg/L，用含铅0.1～4.4mg/L的水灌溉水稻和小麦时，作物中铅含量明显增加。

    ⑵镉：不是人体的必要元素。镉的毒性很大，可在人体内积蓄，主要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化；镉主要来源有电镀、采矿、冶炼、燃料、电池和化学工业等排放的废水；废旧电池中镉含量较高、也存在于水果和蔬菜中，尤其是蘑菇，在奶制品和谷物中也有少量存在，镉能够取代骨中钙，使骨骼严重软化，骨头寸断，会引起胃脏功能失调，干扰人体和生物体内锌的酶系统，导致高血压症上升。易受害的人群是矿业工作者、免疫力低下人群。水中含镉0.1mg/L时，可轻度抑制地面水的自净作用，镉对白鲢鱼的安全浓度为0.014mg/L,用含镉0.04Mg/L的水进行灌溉时，土壤和稻米受到明显污染，农灌水中含镉0.007mg/L时，即可造成污染。

    ⑶汞：汞及其化合物属于剧毒物质，可在人体内蓄积。主要来源于仪表厂、食盐电解、贵金属冶炼、化妆品、照明用灯、齿科材料、燃煤、水生生物等。血液中的金属汞进入脑组织后，逐渐在脑组织中积累，达到一定的量时就会对脑组织造成损害，另外一部分汞离子转移到肾脏。进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，由食物链进入人体，引起全身中毒作用；易受害的人群有女性，尤其是准妈妈、嗜好海鲜人士；天然水中含汞极少，一般不超过0.1μg/L。

    ⑷砷：是人体的非必需元素，元素砷的毒性极低，而砷的化合物均有剧毒，三价砷化合物比其它砷化合物毒性更强。砷通过呼吸道、消化道和皮肤接触进入人体，如摄入量超过排泄量，砷就会在人体的肝、肾、肺、子宫、胎盘、骨骼、肌肉等部位蓄积，与细胞中的酶系统结合，使酶的生物作用受到抑制失去活性，特别是在毛发、指甲中蓄积，从而引起慢性砷中毒，潜伏期可达几年甚至几十年，慢性中毒有消化系统症状、神经系统症状和皮肤病变等。砷还有致癌作用，能引起皮肤癌，在一般情况下，土壤、水、空气、植物和人体都含有微量的砷，对人体不会构成危害。主要来源于采矿、冶金、化化学制药、玻璃工业中的脱色剂、各种杀虫剂、杀鼠剂、砷酸盐药物、化肥、硬质合金、皮革、农药等；危害的人群有农民、家庭主妇、特殊职业工人群体。地面水中含砷量因水源和地理条件不同而有很大差异，淡水为0.2～230μm/L，平均为0.5μm/L，海水为3.7μm/L。

    ⑸铬：主要来源于劣质化妆品原料、皮革制剂、金属部件镀铬部分，工业颜料以及鞣革、橡胶和陶瓷原料等；如误食饮用，可致腹部不适及腹泻等中毒症状，引起过敏性皮炎或湿疹，呼吸进入，对呼吸道有刺激和腐蚀作用，引起咽炎、支气管炎等。水污染严重地区居民，经常接触或过量摄入者，易得鼻炎、结核病、腹泻、支气管炎、皮炎等。

    从以上可以看出重金属的污染主要来源工业污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。工业污染大多通过废渣、废水、废气排入环境，在人和动物、植物中富集，从而对环境和人的健康造成很大的危害，工业污染的治理可以通过一些技术方法、管理措施来降低它的污染，最终达到国家的污染物排放标准；交通污染主要是汽车尾气的排放，国家制定了一系列的管理办法，例如：使用乙醇汽油、安装汽车尾气净化器等；生活污染主要是一些生活垃圾的污染，废旧电池、破碎的照明灯、没有用完的化妆品、上彩釉的碗碟等，对于重金属的污染只要我们从其来源加以控制，就多多少少可以减少重金属污染。以上大多是人为造成的污染，只有通过人类自身行为改变这一状况，首先，从思想上重视了解重金属对人类及环境造成的危害，提高环境保护意识，只有保护好生存环境，才能保护人类自己；从行为上，要从个人做起，配合国家法律、法规的环境保护的规定，企业要加强管理，并且做好监督管理机制，使措施落到实处，不能只以人为本，还要考虑动植物及环境所能承受的压力，这样，人类才有立足之地。总之，只要以保护环境为出发点，重金属污染问题就能降到最低点。

    对于环境中的重金属的检测而言，可分为水体中重金属检测和土壤中重金属检测。

2.1   水体中重金属检测

    水体中金属检测分为：可过滤金属、不可过滤（悬浮态）的金属和金属总量。

    可过滤金属：目前国内外把能通过孔径0.45μm滤膜的部分，称为“溶解的”金属，它不仅包括金属简单的水合离子、无机和有机络合物，还包括能通过0.45μm滤膜的胶体离子，因此用“可过滤金属”比用“溶解的金属”更为确切。要测可过滤金属，宜在现场采样后立即（或尽快）用0.45μm滤膜抽滤,并将滤纸酸化至PH＜2,保存于聚乙烯瓶中,不能先酸化后过滤,因为酸化之后,就改变了水体中原有的化学平衡,使颗粒物、悬浮物上的金属有部分转入溶液中,所得“可过滤金属”不能代表原水体中的真实情况,其测定值是偏高的。

    不可过滤（悬浮态）的金属：指在用0.45μm微孔滤膜过滤时不能通过滤膜的部分将滤膜和悬浮物经强烈的化学消解，然后测定得到的金属含量。

    金属含量：金属总量系指存在于水体中的无机结合态和有机结合态、可过滤态和悬浮态的总和。为此，要取酸化后并混合均匀的水样，经强烈的化学消解作用，测得金属的总量，它也可以是可过滤金属和悬浮态金属之和。

2.1.1   过滤和酸化

    要分别测定可过滤金属和不可过滤金属，应在取样后，加酸酸化前，尽快用0.45μm微孔滤膜抽滤，滤液收集在含有用硝酸酸化的聚乙烯瓶（或桶）中，用酸酸化至PH≤2。酸化水样所用的酸，可根据待测物的性质和所加酸的基体对以后测定方法的影响来决定。例如用火焰原子吸收法测定，可用硝酸、盐酸酸化，因为这两种介质对火焰原子吸收测定影响均很小。一般不用硫酸酸化，因为硫酸会在火焰中产生分子吸收，或使待测金属原子化受到抑制。对于环境中水样以及工业废水中重金属测定用酸酸化，最好选用优级酸，以免引起玷污，影响测定结果。

2.1.2   样品的消解

    水样消解的目的是将样品中对测定有干扰的有机物和悬浮颗粒物分解掉，使待测金属以离子形式进入溶液中。加入的酸和氧化剂要和以后的测定方法不产生矛盾，即加入的试剂不干扰测定，也不导致待测金属的严重玷污和损失。对于环境水体中重金属的消解一般采用硝酸消解法和硝酸-高氯酸消解法。探伤仪| 电子称| 热像仪| 频闪仪| 测高仪| 测距仪| 金属探测器| 试验机

2.1.3   重金属检测方法选择

    对于不同的重金属，有不同的检测方法，对于预处理后的水样，下面列出几种重金属的检测方法（见表1）。

每一种重金属都有它的适用范围，可以根据需要来选择重金属的检测方法，根据工作经验及试验要求，原子吸收法是比较好的选择；因为此法测定速度快、干扰少、灵敏度高又准确、适合环境水样及废水水样品的分析。对于汞、砷的检测方法，目前最好的方法是原子荧光法，但是不是很经济，如果有条件的话，原子荧光法快速、准确、简单。

    用仪器进行分析的试验，首先将样品中的干扰消除，然后掌握各个重金属分析方法的仪器试验条件，例如：气体流量、通带宽度、波长、火焰高度等。

            表1   重金属的检测方法一览表                       mg/L

2.2    土壤重金属检测

    土壤重金属检测方法，首先将土样进行风干、筛分后，再将土样消解，定容；最后等同水样的检测方法。土样中重金属检测关键是否消解完全，一般用硝酸-氢氟酸-高氯酸进行土样消解，最后是灰白色，即是小姐完全。

    重金属污染具有富集性，对人类、动植物以及环境有一定影响，具有潜在的危险性，是一种不容忽视的问题。对于重金属造成的污染，以回收利用为主，在生活中，我们也总结了一些经验，例如：少用一些染法剂、少食一些膨化食品、废旧电池集中收购、家庭少用含汞的日光灯等。对于重金属污染主要来源于工业污染，首先要从思想上重视，从行为上要符合国家法律、法规，工业，企业要达标排放，管理要严格，关键是国家没有一个健全的管理监督机制，有待完善。重金属检测方法大多是仪器分析，主要是样品中干扰的去除，其次是各个项目中的试验条件及参数的设定，最后说明一下，重金属中铅、镉最好用原子吸收法，因为此法简单、快速、准确、干扰少。汞、砷用国内外先进原子荧光法最好。