重金屬的危害及檢測方法

一、重金屬的危害特性從環(huán)境污染方面所說的重金屬，實際上主要是指汞、鎘、鉛、鉻、砷等金屬或類金屬，也指具有一定毒性的一般重金屬，如銅、鋅、鎳、鈷、錫等。我們從自然性、毒性、活性和持久性、生物可分解性、生物累積性，對生物體作用的加和性等幾個方面對重金屬的危害稍作論述。（一）自然性：長期生活在自然環(huán)境中的人類，對于自然物質(zhì)有較強的適應(yīng)能力。有人分析了人體中60多種常見元素的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其中絕大多數(shù)元素在人體血液中的百分含量與它們在地殼中的百分含量極為相似。但是，人類對人工合成的化學(xué)物質(zhì)，其耐受力則要小得多。所以區(qū)別污染物的自然或人工屬性，有助于估計它們對人類的危害程度。鉛、鎘、汞、砷等重金屬，是由于工業(yè)活動的發(fā)展，引起在人類周圍環(huán)境中的富集，通過大氣、水、食品等進(jìn)入人體，在人體某些器官內(nèi)積累，造成慢性中毒，危害人體健康。（二）毒性：決定污染物毒性強弱的主要因素是其物質(zhì)性質(zhì)、含量和存在形態(tài)。例如鉻有二價、三價和六價三種形式，其中六價鉻的毒性很強，而三價鉻是人體新陳代謝的重要元素之一。在天然水體中一般重金屬產(chǎn)生毒性的范圍大約在1～10mg/L之間，而汞，鎘等產(chǎn)生毒性的范圍在0.01～0.001mg/L之間。（三）時空分布性：污染物進(jìn)入環(huán)境后，隨著水和空氣的流動，被稀釋擴散，可能造成點源到面源更大范圍的污染，而且在不同空間的位置上，污染物的濃度和強度分布隨著時間的變化而不同。（四）活性和持久性：活性和持久性表明污染物在環(huán)境中的穩(wěn)定程度。活性高的污染物質(zhì)，在環(huán)境中或在處理過程中易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，毒性降低，但也可能生成比原來毒性更強的污染物，構(gòu)成二次污染。如汞可轉(zhuǎn)化成甲基汞，毒性很強。與活性相反，持久性則表示有些污染物質(zhì)能長期地保持其危害性，如重金屬鉛、鎘等都具有毒性且在自然界難以降解，并可產(chǎn)生生物蓄積，長期威脅人類的健康和生存。（五）生物可分解性：有些污染物能被生物所吸收、利用并分解，最后生成無害的穩(wěn)定物質(zhì)。大多數(shù)有機物都有被生物分解的可能性，而大多數(shù)重金屬都不易被生物分解，因此重金屬污染一但發(fā)生，治理更難，危害更大。（六）生物累積性：生物累積性包括兩個方面：一是污染物在環(huán)境中通過食物鏈和化學(xué)物理作用而累積。二是污染物在人體某些器官組織中由于長期攝入的累積。如鎘可在人體的肝、腎等器官組織中蓄積，造成各器官組織的損傷。又如1953年至1961年，發(fā)生在日本的水俁病事件，無機汞在海水中轉(zhuǎn)化成甲基汞，被魚類、貝類攝入累積，經(jīng)過食物鏈的生物放大作用，當(dāng)?shù)鼐用袷秤煤笾卸尽＃ㄆ撸ι矬w作用的加和性：多種污染物質(zhì)同時存在，對生物體相互作用。污染物對生物體的作用加和性有兩類：一類是協(xié)同作用，混合污染物使其對環(huán)境的危害比污染物質(zhì)的簡單相加更為嚴(yán)重；另一類是拮抗作用，污染物共存時使危害互相削弱。二、重金屬的定量檢測技術(shù)通常認(rèn)可的重金屬分析方法有：紫外可分光光度法（UV）、原子吸收法（AAS）、原子熒光法（AFS）、電感耦合等離子體法（ICP）、Ｘ?zé)晒夤庾V（XRF）、電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）。日本和歐盟國家有的采用電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）分析，但對國內(nèi)用戶而言，儀器成本高。陽極溶出法，檢測速度快，數(shù)值準(zhǔn)確，可用于現(xiàn)場等環(huán)境應(yīng)急檢測。Ｘ?zé)晒夤庾V（XRF）分析，優(yōu)點是無損檢測，可直接分析成品。（一）原子吸收光譜法（AAS）原子吸收光譜法是20世紀(jì)50年代創(chuàng)立的一種新型儀器分析方法，它與主要用于無機元素定性分析的原子發(fā)射光譜法相輔相成，已成為對無機化合物進(jìn)行元素定量分析的主要手段。原子吸收分析過程如下：1、將樣品制成溶液（空白）；2、制備一系列已知濃度的分析元素的校正溶液（標(biāo)樣）；3、依次測出空白及標(biāo)樣的相應(yīng)值；4、依據(jù)上述相應(yīng)值繪出校正曲線；5、測出未知樣品的相應(yīng)值；6、依據(jù)校正曲線及未知樣品的相應(yīng)值得出樣品的濃度值?，F(xiàn)在由于計算機技術(shù)、化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展和多種新型元器件的出現(xiàn)，使原子吸收光譜儀的精密度、準(zhǔn)確度和自動化程度大大提高。用微處理機控制的原子吸收光性等特點。它不僅用于常量元素的定性和定量分析，而且也可進(jìn)行微量元素的測定，其檢出限多數(shù)可達(dá)10-6。與分離、富集等手段相結(jié)合，可達(dá)10-8。測量的元素范圍包括周期表中從F-U的所有元素。多道分析儀，在幾分鐘之內(nèi)可同時測定20多種元素的含量。x射線熒光法不僅可以分析塊狀樣品，還可對多層鍍膜的各層鍍膜分別進(jìn)行成分和膜厚的分析。當(dāng)試樣受到x射線，高能粒子束，紫外光等照射時，由于高能粒子或光子與試樣原子碰撞，將原子內(nèi)層電子逐出形成空穴，使原子處于激發(fā)態(tài)，這種激發(fā)態(tài)離子壽命很短，當(dāng)外層電子向內(nèi)層空穴躍遷時，多余的能量即以x射線的形式放出，并在教外層產(chǎn)生新的空穴和產(chǎn)生新的x射線發(fā)射，這樣便產(chǎn)生一系列的特征x射線。特征x射線是各種元素固有的，它與元素的原子系數(shù)有關(guān)。所以只要測出了特征x射線的波長λ，就可以求出產(chǎn)生該波長的元素。即可做定性分析。在樣品組成均勻，表面光滑平整，元素間無相互激發(fā)的條件下，當(dāng)用x射線（一次x射線）做激發(fā)原照射試樣，使試樣中元素產(chǎn)生特征x射線（熒光x射線）時，若元素和實驗條件一樣，熒光x射線強度與分析元素含量之間存在線性關(guān)系。根據(jù)譜線的強度可以進(jìn)行定量分析（六）電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）ICP-MS的檢出限給人極深刻的印象，其溶液的檢出限大部份為ppt級，實際的檢出限不可能優(yōu)于實驗室的清潔條件。必須指出，ICP-MS的ppt級檢出限是針對溶液中溶解物質(zhì)很少的單純?nèi)芤憾缘?，若涉及固體中濃度的檢出限，由于ICP-MS的耐鹽量較差，ICP-MS檢出限的優(yōu)點會變差多達(dá)50倍，一些普通的輕元素（如S、Ca、Fe、K、Se）在ICP-MS中有嚴(yán)重的干擾，也將惡化其檢出限。ICP-MS由作為離子源ICP焰炬，接口裝置和作為檢測器的質(zhì)譜儀三部分組成。ICP-MS所用電離源是感應(yīng)耦合等離子體（ICP），其主體是一個由三層石英套管組成的炬管，炬管上端繞有負(fù)載線圈，三層管從里到外分別通載氣，輔助氣和冷卻氣，負(fù)載線圈由高頻電源耦合供電，產(chǎn)生垂直于線圈平面的磁場。如果通過高頻裝置使氬氣電離，則氬離子和電子在電磁場作用下又會與其它氬原子碰撞產(chǎn)生更多的離子和電子，形成渦流。強大的電流產(chǎn)生高溫，瞬間使氬氣形成溫度可達(dá)10000k的等離子焰炬。被分析樣品通常以水溶液的氣溶膠形式引入氬氣流中，然后進(jìn)入由射頻能量激發(fā)的處于大氣壓下的氬等離子體中心區(qū)，等離子體的高溫使樣品去溶劑化，汽化解離和電離。部分等離子體經(jīng)過不同的壓力區(qū)進(jìn)入真空系統(tǒng)，在真空系統(tǒng)內(nèi)，正離子被拉出并按照其質(zhì)荷比分離。在負(fù)