便携式水中重金属检验测试仪器综述

  重金属一般指比重大于 4.0，且工业上常用的、对生物体有的金属元素。如汞、 镉、铅、砷和铬等。我国是有色金属生产和应用大国，近年来，随着经济的发展， 环境问题也慢慢变得严重，近年来相继发生的阳宗海砷污染、紫金矿业污染、陆良铬 渣和河池镉污染等事件，表明重金属污染日益影响着人们的健康安全和社会稳定。 2011 年 2 月 9 日国务院为此批准下发了《重金属污染防治“十二五”规划》，将内 蒙古、江苏、浙江、江西、河南、湖北、湖南、广东、广西、四川、云南、陕西、 甘肃、青海 14 个省区被列为重金属污染防治的重点治理省区；将 5 大重点行业的 4 452 家企业列为国家级的重点防控企业。要建立起比较完善的重金属污染防治体系、 事故应急体系和环境与健康风险评估体系，作为“侦察兵”的应急监测要先行。对 此环保部于 2011 年 8 月 16 日在各省市自治区同步举办了以重金属应急监测为主的 全国环境应急监测大演练，现根据各地演练中仪器应用情况和收集到的产品宣传， 将有关的重金属的现场检验测试仪器综述如下:

  试纸法是目前最为快捷简单的测试方法，如中国农科院农业部环境保护科研监测 所研制的重金属快速检测试纸与速测试剂盒可用于水体、蔬菜等中铅、镉、汞等快 速定性与半定量检测，其价格低，携带、使用起来更便捷，检测工作员无需专业培训。重 金属铅（Ⅱ）快速检测试纸，其最低检测限为 0.1mg/L，检验测试范围为 0.1～50mg/L； 试纸的最佳显色时间为 2min，检测样品共存离子的存在可使用半胱氨酸作掩蔽剂。 重金属镉检测试纸，其最低检测限为 0.10mg/L，检测 Cd（Ⅱ）含量范围为 0.1～20.0

  表 2 常见便携式水质重金属检测仪检验测试范围 检出下限(µg/L) 检出上限（mg/L)

  1.便携式原子吸收光谱仪 重金属的原子吸收法属经典方法，且有国标和行标支持，但是传统的原子吸收

  分光光度计为实验室内使用的仪器，很难搬到现场使用。束缚常规原子吸收仪器走 出实验室有两个核心问题：一是原子化系统耗电多、不能脱离多种气体（包括燃气） 及冷却水供应问题；二是分光检测系统体积大、具有可调节移动机构、不耐受环境 温度变化问题。北京瑞利研制的 WFX-910 便携式原子吸收光谱仪（见图 5）实现了 原子吸收仪器走出实验室，使原子吸收能够便携、小型化、专用化和现场实时在线mg/Βιβλιοθήκη Baidu 等

  图6 OURSTEX200TX便携式全反射X射线. 车载重金属在线监测系统

  在线监测仪器一般会用多种改良的电化学溶出法（阳极溶出法、阴极溶出法和 电位溶出法）及库仑滴定法和比色法等，检测各种重金属离子浓度。

  电化学溶出法是将分析溶液在一定条件下进行预电解，使待测成分富集于工作 电极上，接着使溶液静止一段时间，然后再使富集于工作电极上的待测物析出。整 个测量过程中不使用有毒试剂，特制的长寿命无汞电极更加保证了使用者的操作安 全。仪器重现性：±5% FS 分辨率：0.01µg/L 测量时间：2～15 分钟 (根据待测样 品的浓度)。知名品牌有美国 Thermo 的 EcaMon SaFIA、奥地利 SEIBOLD 的和加拿大 的 AVVOR 9000 等重金属在线检测仪，国产仪器厂商有湖南力合、华时捷、深圳朗 石、江苏天瑞和中科天融等。有的则结合比色标准方法原理，采用流动注射等技术 対六价铬、砷、锰和铁等金属进行仔细的检测，如聚光科技的 CR-2000 六价铬在线分析仪。 可用于车载的重金属在线.重金属分析试纸

  多数仪器对 5 种严控重金属标示的检出限分别是：砷＜1.0µg/L，汞、镉和铅为 0.5µg/L，铬 1.0～4.0µg/L。通过更换电极，参数测量种类可扩展，直接在水源中 或通过标准烧杯做测量，有的水样不需电解液和试剂，数分钟就能给出结果。但 需注意有的商家广告宣传言过其实，经全国环境应急监测大演练验证，多数仪器不 能测铬（包括六价铬）或较难测准。常见的仪器品牌和型号详见表，根据厂商给出 的检验测试范围详见表 2。

  此类仪器（详见图 1）多采用阳极溶出伏安分析法（ASV），又称反向溶出伏安 法，属国际公认及美国环保局认可方法（EPA7063 及 7472 等），可快速检测水体中 铜、镉、铅、锌、砷、汞、铬、锰、铊、锑等多种金属离子浓度。其原理是先将待 测金属离子在比其峰电位更负一些的恒电位下，在工作电极上预电解一段时间使之 富集，然后将电位由负向正的方向扫描使富集在电极上的物质氧化溶出，并记录其 氧化波；由溶出峰电位确定被测物质成分，根据氧化波的高度确定被测物质的含量 （详见图 2）。系统配件/耗材包括重金属测定仪主机、分析电极、使用说明书、专 用便携箱、移液枪、Tip 头、电源适配器和数据管理软件及相关附件。重金属检测 试剂套件包括：金属标液、电解液、镀汞液、强化清洗液和参比电极调节液等。

  mg/L；试纸的最佳显色时间为 5min；重金属汞（Ⅱ）检测试纸的最低检测限为 0.05mg/L，检验测试范围为 0.05～20mg/L；试纸的最佳显色时间为 1.5min。砷的测试 稍微复杂些，但仍比操作复杂繁琐且存在潜在的安全性的传统简单和安全得多。如 美国 HACH 哈希开发的出砷试纸法，能够达到半定量的水平，该方法由五种预制试 剂（其中有消除硫化物干扰的试剂）组成，其中四种试剂是粉枕包装。使用时将试 纸浸入加有试剂的水样中，加盖密封，30 分钟左右，砷蒸汽在试纸的反应区内形成 砷斑，使试纸的颜色发生改变，然后将试纸与包装瓶上的色阶进行比对，当试纸的 颜色与某一个色阶的颜色接近时，就可读出该色阶对应的砷浓度。该法有 0～ 500μg/L 和 0～4000μg/L 两种量程的试剂。目前已知试纸法能测的元素有：铜、 铅、锌、镉、锰、锑、铊、铁、镍、砷、汞、硒、钴、钼、金、银、铬、六价铬、 锡、钯和铀等。

  量级别的分析。理论上可测 13AI～92U 元素，量程范围：ppb～100％量级，响应时 间：≤10 分钟，由于 TXRF 分析技术用样量很少，也不需要制作样品的烦琐过程， 又没有本底增强或减弱效应，不需要每次对不同的基体做不同的基体校准曲线。测 试时先准确吸取少量水样置于石英光学平板用微型加热装置使其干躁后在试样平 台上测试。图 6 是日本 OURSTEX200TX 便携式全反射 X 射线荧光元素分析仪。

  此类仪器采用比色分析原理，通常由几个固定波长、圆柱型比色瓶（玻璃比色 皿）、新型光学系统、信号控制放大系统、微处理器智能控制和分析结果自动显示 系统及相应的化学试剂盒或预制试剂构成。可选择测定金属和非金属等数十种组分 和参数。有的还配有便携式分光光度计，如德国 MERCK NOVA60 和美国 HACH 的 DRE L2800 等便携式多参数分光光度计（波长范围：340～900nm,有甚至可达紫外区 200 ㎜的波长 ）。有的测试仪则采用 KBC 检测管（见图 3），测试时一般不须配置溶液， 每次测试仅耗用一支检测管，只须把检测管的毛细管在水样中折断，水样即自动定 量吸入管内，数分钟内完成显色反应，测试结束后无须清洗器皿等。表 3 和图 4 为 常见的便携式多参数水质测试仪。

  图5 WFX-910便携式原子吸收光谱仪 WFX-910 便携式原子吸收光谱仪为有效解决小型化问题，原子化系统采用钨丝 电热丝原子化器，瞬间单次电能消耗小，无需水冷，节能省电，功耗仅为石墨炉原 子化器的 6％，可方便携带到无电网供电的现场检测环境下使用；分光检测系统采 用具有新型 CCD 检测器件的微型光谱仪，取代传统仪器的光学分光系统，没有调节 移动机构。使仪器的体积和重量大大缩小，主机尺寸 610mm×230mm×335mm ，重量 只有 18kg；仪器无运动零件，无需调节，使用简单便捷；适合无需复杂样品处理的 水质样品现场检测，可用于快速检测分析谱线 nm 的 As、Cd、Cr、Cu、 Pb、Se、Tl 等环境水质中金属元素的监测。 2.便携式全反射 X 射线荧光元素分析仪 该仪器采用全反射 X 射线荧光分析法，针对基座表面全反射临界角以下角度照 射，不侵入试验基板之内，不会造成基板内部 X 射线散乱发射的情况，来进行极微

  表表1常见便携式水质重金属测试仪一览表产地或品牌型号主要生产商代理商参考价格广东深圳朗石nanotek2000深圳市朗石生物仪器有限公司面议加拿大avvoravvor8000德国wtw中国技术服务中心报价1020万英国wagtech公司hm1000北京华夏科创仪器技术有限公司德国wtw中国技术服务中心15万左右澳大利亚tracedetectpdv6000广州格维恩科技有限公司15万左右采用tracedetectexplorerii北京普力特仪器有限公司北京欧仕科技有限公司等面议江苏天瑞hm3000p江苏天瑞仪器股份有限公司10万左右江苏电分cmcvshm江苏江分电分析仪器有限公司10万德国gattea?4000as瑞信科技广州有限公司等面议天津兰立科lk4600天津市兰力科化学电子有限公司面议3表表2常见便携式水质重金属检测仪检验测试范围项目名称检出下限?gl检出上限mgl准确度100?gl砷as50805铜cu503205汞hg10605镉cd103005铅pb503005锰mn103005镍ni503005铁fe501005铬cr102005铊ti102505二便携式多参数水质测试仪仪此类仪器采用比色分析原理通常由几个固定波长圆柱型比色瓶玻璃比色皿新型光学系统信号控制放大系统微处理器智能控制和分析结果自动显示系统及相应的化学试剂盒或预制试剂构成