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自来水检测
前言
水和生命息息相关，是我们在生活中不可或缺的一项重要的资源。人类的生存离不开水源。我们的星球就是一个水的星球，只有 30%未被水源覆盖，而覆盖地球的水的总量大约达到了 140 亿亿立方米，水有三种形态，依次为固态、液态、气态。地球中的大气圈、岩石圈、生物圈中都有水的形态存在。尽管我们水的存储量很大，但是 98%都是海水，我们赖以生存的淡水只有 2%，大约只有 3.5 亿亿立方米。淡水与海水作比较，我们发现，淡水资源可以说是微乎其微，并且淡水中 80%为冰川淡水，在目前的情况与科技发展程度，很难得到利用。因此，人类所能利用的淡水仅为水总储量的 0.7%左右。由此可见，地球上的水量虽大，可供我们人类直接利用的水并不多。 我们的生命不能没有水，水是我们的生命体构成中最重要的物质。人体内的水分，大约占到体重的 50～65%。占大脑重量的 85%，占肌肉总重量的 76%，体液和血浆中 90%都是水，而坚硬的骨胳也含有 22%的水。人体的新陈代谢很大一部分都是因为有水才能进行，并且水构成了人体体内化学反应的介质，因为有水，我们所摄入的营养成分才能得到吸收；氧气和各种营养成分才能传输到人体所需的部位；人体代谢产生的废物才能排除体外。人体一旦缺水，后果是很严重的。人体缺水分为三个等级，分别为：缺水 1～2%，缺水到 5%；缺水 15%。在第一种情况下，我们往往会感觉想要喝水，口渴。在第二种情况下，我们可能会头晕，恶心，出现幻觉，皮肤不再光滑富有水分。当达到第三种情况的时候，人体会感觉很难受，这种感觉比饥饿更让人难以忍受，如果不及时补充水分，那么人体的新陈代谢就会停止而带来死亡。因此，水在人的生命中扮演着无可替代的角色。
现在我们的生活用水包括饮用水都是自来水公司供应的自来水。根据相关情况的指出，北京奥运会的下一年的自来水合格率只有二分之一。这个极低的数据使人们震惊。目前，中国城镇年自来水质检测次数少、而且检测能力相对很弱。因此，检测报告合格，并不能代表不检测时就能够达标。不定期检测水质是否存在不达标情况是我国自来水安全面临解决的迫切问题，另外，一些水厂采用自检自测的方式对水质进行监控，检测合格就公布，不合格就不公布。而在发达国家，至少要做到每月检测一次全指标，每天都检测二十几项必检指标[1]。这使我们看到了我国和发达国家在自来水安全问题上的重视程度的巨大差距。
一：自来水检测的现状及本方法研究方向
衡量自来水水质优劣的指标分为物理指标和化学指标[2]。物理指标的种类有很多，分别为水的温度、渗透的压力、透明程度、颜色、悬浮物体、蒸发废渣。而化学指标是指通过化学、生物化学的反应以及物理化学的原理来测定的水质的指标。包括其碱酸度、软硬度、氯离子含量、pH 值、重金属离子、非金属元素、有机物、及放射性元素等。我国地下水源大部分存在锰、砷、铁等超标的现象。水中的重金属离子和有机污染物不能得到有效的消除，所以在自来水质量方面的控制并没有得到很好的改善。在我国，自来水厂中大约有 98%的水厂仍在使用传统的水处理工艺，制水质量难免受到影响。现代人们对生活质量的要求越来越高，更加重视饮食健康。自来水中金属离子的检测方面的研究，呈现较热趋势。而现在进行自来水检测的机构的现行方法都不够深入，对金属离子特别是重金属离子的检测范围仍不够完善，非常需要一个系统的检测手段。
二：仪器分析的发展及其在水质分析中的应用
仪器分析在水质检测方向的应用伴随着科学技术的迅猛发展，各种现代化仪器应用于水质监测分析。由于计算机控制技术的发展以及各种量化分析手段的进步使得分析方法从纯手工-半自动向自动分析方向发展。分析方法从简单的分光光度法及电位分析法向火焰原子吸收光谱法（AAS）、等离子发射光谱法（ICP-AES）、等离子发射光谱与质谱联用法（ICP-MS）、石墨炉原子吸收光谱法（GF-AAS）、原子荧光光谱法、气/液相色谱法等大型仪器方向发展[5]。
对于自来水中金属元素的分析，现在主要是原子吸收及原子荧光光谱仪，也见等离子体质仪在测定水中金属离子方面的学术报道。为了满足分析项目的特殊性分析，产生了一些水质分析的专用仪器。包括测量水样浑浊程度的浊度仪、测定水样中油分含量的油份测定仪、以及测量水样中汞含量的基于冷原子吸收法和原子荧光法的测汞仪、测定水中耗氧量的总耗氧量测定仪等。但对于金属离子的检测还是需要依靠光谱法。 本方法使用原子吸收光谱仪、等离子发射光谱仪、石墨炉原子吸收光谱仪及原子荧光光谱仪综合测定自来水中多种重金属离子及有害元素。现将以上几种仪器在水质分析中的应用总结如下
1：原子吸收光谱法（AAS）及其在水质监测中的应用
火焰原子吸收光谱仪器具有选择性好、准确度高、操作迅速的特点，但也有其灵敏度、检出限等的局限性，在实际水质分析中，一般用于水质中含量较高的无机元素、以及有机重金属化合物的测定等方面。但由于电化学和火焰原子吸收法的联用，大大降低了其检出限，灵敏度可提高 2 个数量级以上。可实现痕量有机金属化合物以及伴生的有机化合物的高灵敏度同步测定。据相关文献参考，殷学峰等人采用氢化物发生原子吸收法和因子分析法相结合，实现了对砷四种不同化学形态的研究，该分析方法较原来使用的色谱分离-原子吸收光谱法检出限大大降低，而且操作方法简单、灵敏度高，具有较好的定量性。另外，科研人员现在还将原子吸收光谱法和各种有效的分离及富集方法相结合，实现了水中元素低含量测定。本方法用原子吸收光谱法测定自来水中含量较高的钙、镁，不需进行分离富集，方法准确可靠、前处理简单、操作快速。 石墨炉原子吸收法以其高灵敏度和低检出限的特点，被广泛应用于低含量元素的测定[6]。水质分析中，由于有些被测元素含量较低，故很多水中微量元素的测定都是采用石墨炉原子吸收进行测量。目前有关于石墨炉原子吸收法测定水中微量的铁、锑、铬、铝、铍、铅、银、铜、钡、镉等元素含量的不少研究成果。
2：等离子发射光谱（ICP-AES)其在水质监测中的应用
等离子体发射光谱法在水质分析方面的应用虽然不如地质样品、冶金、工业分析方面应用的普遍，但是近年来，随着等离子体发射光谱的发展，以及相关水质分析方法的改进，等离子体发射光谱在水质分析方面日渐增多[7]。基于上述等离子体光谱仪的结构、工作原理及其优越性的介绍，可以知道其分析能力非常适合水质分析。自来水只需经过简单的稳定性处理而不需要进行太多的化学处理，只有含量太低的元素测量时需要富集。自来水中含有的金属元素离子含量不高，ICP-AES 的检出限、线性范围满足测量低含量元素浓度的标准。因此，等离子发射光谱法在水质中金属元素的测定方面具有一定的优越性。本文具有目的性的选择了 22 种元素进行分析。
3：原子荧光光谱法（AFS)及其在水质监测中的应用
原子荧光光谱仪，可以检测砷、锡、锑、铋、汞、硒、碲、锗、铅、镉、锌等十一种元素，目前应用最多的是砷、汞含量的测定。该法的优点是灵敏度高，目前已有 20 多种元素的检出限优于原子吸收光谱法和原子发射光谱法；谱线简单；在低浓度时校准曲线的线性范围宽达 3～5 个数量级，特别是用激光做激发光源时更佳。 荧光光谱分析法作为水质分析手段之一，具有快速、高灵敏度、高选择性、所需样品量少和对样品结构无破坏等特点。目前主要针对水质中砷、锡、锑、铋、汞等元素的分析。近年，荧光光谱技术的发展实现了对激发和发射波长的同步快速扫描，及生成被测样品的三维激发-发射荧光光谱。分子荧光光谱法为大型湖泊和河流的水质监测提供了潜在应用的可能，国外对此研究开展较早，并取得了迅猛的发展和应用，利用荧光光谱技术可以快速、实时地分析各种水质状况，并能取得很好的效果[8]。
三：结论
利用我所现有的大型仪器设备和技术资源，采用原子吸收光谱法、等离子发射光谱法、石墨炉原子吸收光谱法、原子荧光光谱法，针对自来水中27 个重金属及其它有害元素进行测定。为实验研究所建立了测量元素多、简便快速、检出限低、灵敏度高、准确度、精密度均能满足水质分析的要求的自来水水质监测的方法。为水质监测工作做出了贡献，为相关部门解决水质监测的局限性与社会需求的矛盾开辟了新的途径。
四：参考文献
[1] 国家环境保护总局.《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法(第 4版)[M].北京:中国环境科学出版社, 2002: 291-298.
[2] 魏复盛,等.水和废水检测分析方法指南(下册)[M]. 北京: 中国环境出版社, 1997:176-208.
[3] 中华人民共和国卫生部卫生法制.生活饮用水卫生规范[M]. 2001: 3-8.
[4] 宋永乐,徐衍中,王均乐,等.测定水中总硬度应注意的几个问题[J].环境监测理与技术,1998,1: 47-48.
[5] 马怡载,何华馄,杨啸涛.石墨炉原子吸收分光光度法[M].北京:原子能出版社,1989: 208.
[6] 陈继梅,何先莉,毛剑英.水中铬测定方法的进展[J]. 北京工大学报, 2011,27(2): 208-212.
[7] 王磊磊.饮用水深度处理活性炭工艺水质安全性研究[D]. 河海大学 2007
[8] 李莉.基于水质安全的城市输配水系统二次加氯优化与分析[D]. 浙江大学 2008