[发明专利]一种随船江河湖泊和海洋中重金属现场快速测定的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种随船江河湖泊和海洋中重金属现场快速测定的方法。

背景技术

重金属指原子密度大于5g/cm³的金属元素，大约有45种，如铜、铅、锌、镉、锰、铁、钴、镍、钒、妮、钽、钛、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、铅等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如铅、镉、汞等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都会对人体产生危害。

随着城市的扩大和大规模工业的发展，大气、土壤、水环境中均存在重金属污染，重金属污染是危害最大的水污染问题之一。重金属通过矿山开采、金属冶炼、化工生产废水、施用农药化肥和生活垃圾等人为资源，以及地质侵蚀、风化等天然形式进入水体，加之重金属具有毒性大、在环境中不易被代谢、易被生物富集并有生物放大效应等特点，不但污染水环境，也严重威胁人类和水生生物的存在。

水环境主要包括河流、湖泊、水库、海洋以及工业用水、排放水和生活饮用水等水体的环境。近年来,随着工农业以及经济的迅猛发展,各类水环境中重金属污染日趋加剧已成为不争的事实。由于海水组份复杂、基体效应大，有文献报道，1000g海水中，含钠离子浓度为10560mg/L，氯离子浓度为18980mg/L，且海水中重金属含量低，因此测定海水中重金属所采用的方法必须保证既要有高的灵敏度又要有良好的选择性。随着分析测试技术的快速发展，越来越多的方法可应用于重金属含量的分析，目前常用的重金属光谱分析方法包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子法、荧光分光光度法、中子活化分析等。

上述方法最大的技术障碍就是仅仅适用于实验室内测定，而且需要复杂的设备，成本费用较高。海水现场采样后送到实验室进行分析，增加了运输成本，时效性差，而且由于没有及时检测水样，在运输过程中会有潜在的再次污染的威胁，影响检测结果的准确性。此外，对于突发性污染事件，不能够达到应急监测的要求。因此，研究简单、快速、灵敏、低成本的重金属快速检测方法对于有效评估和应急监测将具有重要的现实意义。

阳极溶出伏安法属于一种通用的电化学分析重金属的方法，其原理包括电极富集和电解溶出两个过程。第一步为电解富集过程，将工作电极固定在产生极限电流电位上进行电解，使被测物质富集在电极上。为了提高富集效果，可同时使电极旋转或者搅拌溶液，以加快被测物质运输到电极表面，富集物质的量则与电极电位，电极面积，电解时间和搅拌速率等因数有关。第二步为溶出过程，经过一定时间的富集后，停止搅拌，再逐渐改变工作电极电位，电位变化的方向应使电极反应与上述富集过程电极反应相反，记录电流-电压曲线，即为溶出曲线，峰电流的大小与被测物的浓度有关，可作为定量分析的依据。阳极溶出伏安法得到的直接是电信号，因而不需要转换既可以输出，不但能耗低、便于自动化，而且仪器简单便于携带。因而能够为“高时效、现场、低费用、准确定量检测”提供了可能性。然后，阳极溶出伏安法需要依赖于汞基工作电极，这对推广应用带来了极大的障碍：一，汞本身具有毒性；二，检测结果受震动、晃动影响严重，不适于在江海航船上使用。

近年来，江流和海洋重金属污染备受重视，科学工作者正在努力于超痕量重金属的现场检测，由于铋和锑属于环境友好型的重金属，具有和汞相识的电化学性质，锡和铋在元素周期表中处于对角线位置，具有与铋相识的电化学性质，因此它们可以取代汞基电极的使用。同时基于铋、锑或锡膜电极主要包括预镀膜法和同步镀法。常规的溶出伏安法测试中要求尽量消除背景电流，提高溶出峰峰高来增大信噪比，预镀膜法比较容易使用，因为镀膜过程是分离的，可以通过改变离子浓度和仪器参数来控制镀膜过程。快速扫描使得单位时间内通过电极表面的电子数增多，在超痕量重金属离子存在的情况下，也能出现明显的溶出峰，提高了测试灵敏度。高速的扫描，使得沉积在镀膜电极上的重金属离子在溶出传质过程中几乎没有损失，溶出过程极为短暂，在保证测试精度的前提下，扫描范围内的几个毫秒内就能完成溶出测试，缩短了检测时间。目前已经有采用汞膜电极使用扫描阳极溶出伏安法快速检测铅、镉的方法的专利申请，其检测的分为沉积、等待、溶出、清洗四个步骤，由于等待和清洗过程的引入，增加了测试时间的损耗，预镀膜法的持续快速扫描技术可以将检测的步骤简化为沉积和溶出两个过程，可以大量节约等待、清洗过程的时间，此外，持续高速搅拌结合高速扫描技术，可以有效的解决震动、晃动的环境影响，溶出峰平滑、稳定，因此，可以在较高的扫描速度下采集数据，为随船江海中重金属现场快速测定提供了实际依据。

发明内容