水环境中重金属检测方法的研究
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摘 要：随着我国经济的飞速发展，不可避免地产生了工农业废弃物与生活垃圾。自然界中的土壤、空气、水环境面临着重金属污染的挑战，其中水环境的污染将影响水产动物的体内的重金属含量，同时水环境中的重金属随着灌溉用水会对种植作物产生影响，最终这些有风险食物端上餐桌由人类买单。该文针对水环境中重金属前处理、检测方法原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体法、原子荧光光谱法、溶出伏安法、生物化学方法进行归纳综述，为探索新型更准确、更灵敏、更快速的水环境中重金属检测方法做基石。
关键词：水环境;重金属;检测方法
中图分类号：X830 文献标志码：A
通常对重金属的定义是原子密度高于5 kg/cm3的相关元素，现阶段发现的金属元素共计85个，其中45个属于重金属元素。水环境中的重金属污染，源头上矿产开发与加工、印刷企业等一系列污水排放企业，还有一些土壤中残留的重金属通过雨水，最终聚拢到河流湖泊污染水环境。水环境中重金属污染会导致水生动物体内重金属富集，从而危机居民饮食健康，因此水环境检测技术作为食品安全第一道防线研究十分必要。
1 样品前处理
水环境中的重金属属于化合态，通过样品的前处理将化合态转化成离子态，能够保证检验结果的准确。前处理的另一个目的是干扰因素的脱除，被检测重金属离子的存留浓缩。目前，针对水环境中重金属处理方法分为湿法消化、干法灰化。湿法消化针对主要是水环境中杂质比较多，操作方式是在样品里添加高浓、氧化性强酸，常见的是高氯酸、硝酸、硫酸等，再进一步进行高温加热，去除样品中的杂质保证检测结果的准确性。但湿法消化存在爆炸风险，同时高浓度酸有可能引起检测空白值的问题，但因成本低廉应用面比较广。干法灰化主要针对杂质较少的样品，通过进行高温灼烧去除相关有机杂质，保留重金属。干法挥发解决了高浓度酸存在的一系列缺点，但是却存在电能消耗大、实验周期长、目标元素容易挥发等问题。因此，兼顾湿法消化、干法灰化的优势，新型前处理方式微波消解法，同时因采取特殊器具，可以避免器具吸收目标元素，保证样品回收率，是目前实验室最常采用的前处理方式。
2 重金属检测方法
2.1 原子吸收光谱法（AAS）
原子吸收光谱法（AAS）工作原理是将重金属元素激发到蒸气相中，重金属基态原子吸收原子共振辐射量高低，对应重金属定量分析。针对不同种重金属运用的光谱法不同，主要分为4种。冷光源（CVAAS）、火焰（FAAS）、电热法（ETAAS）、石墨炉（GFAAS）。水环境中的重金属，一般情况下含量非常低，有时可达到超痕量标准，为保证检测结果的准确度，需要进行样品浓缩。常见的浓缩方法有非螯合物浊点萃取法、流动注射CVAAS 法、N-（1-羧基-6-羟基）苯亚甲基丙胺硅胶离子交换剂法、巯基氨苯磺胺合成树脂作为固相萃取法、基于漂浮有机液滴的分散液-液微萃取技术、中空纤维膜萃取技术。
2.2 电感耦合等离子体法
电感耦合等离子体法主要有2种检测水环境中的重金属测定办法：原子发射光谱（ICP-AES）和质谱（ICP-MS）。原子发射光谱法的主要工作原理是利用高频感应电流，针对被检查重金属进行加热电离，根据目标样品激发出的特征谱线完成定量分析。质谱法的主要工作原理通过电感耦合等离子体技术将重金属进行气化，并输送气化后的目标样品通过质谱，质谱再对目标样品进行荷质比测定，最终完成重金属换辆的测定。同样在测定前需要对样品进行浓缩，常用的方法是硅胶固相萃取法、吸附剂固相萃取法、螯合树脂Chelex 100 填充微柱法。
2.3 原子荧光光谱法
原子荧光光谱法（AFS）的工作原理是通过吸收重金属的特定波长的辐射而激发原子蒸汽，被激发后的的原子在激发过程中释放一定的光辐射，这种光辐射的高低可以判断重金属浓度。原子荧光光谱法的优点主要是特定性與灵敏性，同时操作简便、检测速度快。但原子荧光光谱法可检测的重金属种类少，扩充可检测元素种类，成为研究的热点。原子荧光光谱法主要浓缩样品的方法有电解冷蒸气发生法、浊点萃取法、流动注射在线吸附氢化物法。
2.4 溶出伏安法
溶出伏安法的工作原理是通过恒电位电压对样品进行持续电解，被检测元素将析出附着在阴极表面，当析出完成后进行反向正极电压施加，完成被检测元素的再度溶解，这一过程中出现峰电流高低，判断被检测元素浓度。溶出伏安法主要浓缩样品的方法Chelex 100 阴离子交换树脂、镀金金刚石电极、盐酸介质、纳米羟基磷灰石（NHAP）和Nafion 复合膜修饰玻璃碳电极、NHAP 的三维网状结构、Nafion 复合膜、DPASV法、流动注射阳极溶出伏安法。
2.5 生物化学方法
2.5.1 酶抑制法
酶抑制法的工作原理是利用重金属离子与酶活性物质反应，并替代活性位点，导致酶整体活力下降，根据两者的相关性，达到目标重金属定量检测的目的，同时针对超痕量重金属效果最好。检测中主要使用的酶是脲酶、葡萄糖氧化酶、磷酸酯酶和氧化氢酶，更多种类可用检测酶正在被研究中。
2.5.2 核酸适配体检测法
核酸适配体检测法是重金属检测相关方法研究的设定，其优点在于稳定性高、成本低、检测种类全。现阶段已经研发成功的核酸传感器有汞、铜、铅、钾。主要工作原理是修饰有荧光基团的核酸可以与目标重金属发生特异性反应，形成双链结构，有效地降低石墨烯猝灭单链DNA荧光基团的问题，荧光信号噪比问题被改变，保证目标重金属的检测结果的准确性。
2.5.3 免疫检测法
免疫检测法的工作原理是通过于抗原抗体特异性反应，对目标重金属进行定性定量分析的生物化学检测法。免疫检测法具有的优势是检测周期短、检测灵敏、检测定性强，其主要的检测判定依据是抗体与抗原相互结合程度。一般情况下重金属离子不会直接寻找抗原完成抗体结合，通常的促进结合方式是添加螯合剂，螯合剂成为结合蛋白质与重金属的纽带，完成免疫反应实现目标重金属的检测任务。因此，免疫检测法的核心关键是新型螯合剂与单克隆抗体的研究。
3 小结和展望
当重金属污染达到临界值时，对生态环境与农产品造成严重的后果，将由人类最终买单。因此，重金属的相关研究成为热点，其中检测技术研究是重要关键点。随着检测技术的深入发展，超分子化学技术与电子技术被引入，使高灵敏度、强特异性的新型检测方法成为可能。成熟的重金属检测方式互补结合，形成新型的复合检测手段，同样是研究的热点，例如光谱法与酶分析结合。
重金属检测技术仍存在的短板问题：水样品中重金属元素富集技术，在富集中杂质去除尚没有成熟技术，相关技术多处于实验室摸索阶段。相关检测研究重点为污染性重金属，针对有利用人类的重金属检测研究相对较少。例如可治疗癌症、心血管疾病、抗衰老的锗元素;相关不同价态重金属检测技术研究相对较小，例如砷二价具有治疗功能，三价有剧毒。
重金属检测技术的研究是长久的课题，同时需要复合学科研究者，在研究的过程中需要具有生物、化学、医学各个领域的知识储备。随着重金属检测技术的进一步完善，我国的食品就会更加安全。
参考文献
[1]吕彩云. 重金属检测方法研究综述[J].资源开发与市场，2008， 24（10）：887-890.
[2]孙博思， 赵丽娇， 任婷，等.水环境中重金属检测方法研究进展[J].环境科学与技术， 2012， 35（7）：157-162.
通信作者：张美琴（1968—），女，硕士，研究员，从事水产品质量安全与加工研究。E-mail：1792147490@qq.com。
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