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当饮用水中砷浓度的现场快速检测技术

发布时间:2021-09-15 00:51:37 阅读: 来源:真空过滤机厂家
当饮用水中砷浓度的现场快速检测技术

饮用水中砷浓度的现场快速检测技术

摘要:高砷水是我国广大农村地区面临的水质安全问题,亟需一种快速精确、经济实用的现场检测技术,来支持对高砷水地区安全水源地确认、污染状况调查、应急监测、脱砷工艺监控等实际工作。百灵达公司引入的最新DigiP全球麦片软包装业缓慢前行AsS数字式砷检测技术,能够在20分钟内对饮用水中的低浓度砷进行快速检测,精确量程达ppb,检测分辨率达1ppb。经过实验室与石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS)进行标样检测对比,两种方法的线性相关性大多地方几近空白;另外一方面我国近几年来工业发展迅速达0.998,标准方差为0.9472。对实际水样检测中,DigiPAsS检测结果重现性良好,相对误差均在10%以内。

关键词:饮用水,砷,DigiPAsS,快速检测。

水与人类生产生活息息相关,饮用水中各种物质的含量高低直接影响人类生命健康,保障饮用水的水质安全是公共卫生防护工作的一项重点。然而,在我国很多地方,特别是农村地区,集中供水体系还没有完善建立,地方分散取水的水源地存在很多地区性水质问题,同时各类工矿企业的过度活动引入大量人为污染,导致农村饮水水质安全问题进一步恶化。这其中,高砷水是在我国广大地区普遍存在的一大类水质安全问题,涉及范围广、受害人口多,所带来的负面影响已不容忽视。

本文将简要介绍我国目前所存在的高砷问题现状,以及所产生的危害,重点介绍针对这两类水质问题的现场快速检测方法,希望这些技术能够为农村饮水安全问题的摸底普查、应急预警以及水处理工程的验收监管,提供有力支持。

1 我国农村饮用高砷水人口分布及成因

世界卫生组织(WHO ) 已在1993 年将饮用水中砷的标准降低为0.01 mg/L,美国环境保护署(USEPA ) 在2006年1月将饮用水砷的标准从0.05mg/L降低到0.01mg/L,欧盟将饮用水中砷的标准确定为0.02mg/L,而发展中国家饮用水中砷的标准一般为0.05mg/L。我国卫生部、国家标准化管理委员会2006年颁发的生活饮用水卫生标准中,将砷的含量最高限值定为0.01 mg/L,与WHO的标准相符。

根据世界各地砷中毒的实例统计结果, 饮用水中砷的含量达到了0.05 mg/L 即为轻度砷中毒区。据此标准,我国农村饮水安全工程“十一五”规划调研工作显示,截止2005年底,全国农村饮用高砷水(砷浓度>0.05mg/L)人口为289万人,占水质不安全人口的1.3%,分布在23个省(自治区、直辖市)。河南省在年的高深水源筛查中,共调研18个省辖市、2000余个村,测定水样3万份,共查出高砷饮水村28个,覆盖人口近5万人,也体现出一定的高砷水问题,特别在兰考和滑县有集中分布趋势,是值得重视的区域性水质问题。

饮用水砷的渗入主要是由于在成岩成矿构造中,有色金属矿体普遍伴生砷元素,矿物风化后随降水进入地表水,渗入地下,并在低处富集,致使水中砷超标。除此自然来源以外,采矿、选矿与冶炼工业废水、废渣污染等人为因素也是造成饮用水砷超标的一个重要原因。

2 砷对人体健康的危害

经美国疾病控制中心(CDC) 和国际癌症研究机构(LARC) 研究, 已将砷确定为第一类致癌物质。居民长期饮食含砷超标的水和食物, 微量砷在体内长期蓄积, 造成对机体的长期慢性损害,我们将这种损害定义为“砷中毒”,如导致皮肤癌、黑脚病、神经痛、血管损伤及坏疽以及增加心脏病的发病率等。主要临床表现是皮肤颜色变黑, 角化、肥厚呈橡皮状, 发生龟裂性溃疡, 手足掌过度角化脱屑,关节肌肉疼痛等, 严重者可以致癌和新生儿畸形, 而这些疾病可以慢性发展, 经多年后才发作。目前,砷中毒的报道在全世界范围内可见,特别是在第三世界国家,如印度、孟加拉等国都是砷中毒的重灾区,近年来我国内蒙、山西、河北等地区也都有砷中毒的报道。

3 砷浓度的现场快速检测技术 - DigiPAsS

在多数受高砷水危害地区都存在着地形复杂、地域偏僻、经济条件较为落后等实际困难,而在这些地区通过实地考察寻找安全的水源是十分必要的工作;此外,在突然出现异常外来砷污染源时,能够第一时间快速掌握污染程度、实时监控污染物扩散情况都是十分重要的。这些工作需要成熟可靠的现场快速检测技术予以支持。为了满足这样的实际使用需求,英国百灵达公司向国内引入了最新的DigiPAsS数字化快速砷检测技术,能够在20分钟内完成水中砷浓度的检测,是一种十分具有实效性的技术。

3.1 工作原理

DigiPAsS的基本原理是基于已经发展非常成熟的Gutzeit原理,即砷斑法。当砷化氢气体与溴化汞接触后会生成一种亮黄色的中间体(见下式),并进一步与砷化氢反应形成棕色产物,形成棕色色斑的深浅程度与所接触的砷浓度成正比。

AsH3 + HgBr2 > H2As – HgBr + HBr

自然水体和饮用水中,砷通常以砷酸盐(正五价)和亚砷酸盐(正三价)两种形式存在,两者均存在生物毒性。在DigiPAsS的实际使用中,首先在酸性条件下利用NaSCN将五价砷还原为三价,以保证能够检出水中所有的砷浓度;然后利用锌还原剂将三价砷还原为砷化氢气体,最终与浸有溴化汞的试纸接触呈现棕色色斑,色斑的深浅程度利用光度计进行自动比对,从而完成检测。整个显色过程仅需要20分钟左右,光度计检测有效避免了目测估量带来的人为误差,其精确量程范围可达ppb,此范围内分辨率达1ppb。

通常水样中会含有有机物质,在还原过程中可能会有硫化氢气体产生,它也可以与溴化汞反应生成棕色的络合物而对检测产生干扰。DigiPAsS在设计上采用了独特的三通道过滤装置,加盖在进行还原反应的锥形瓶上。过滤装置底部装有浸满乙酸铅的棉球,可特异性去除硫化氢气体;经过纯化的砷化氢气体进一步接触浸满溴化汞的试纸显色;最后所有残留气体再经过浸满碘化钾的滤纸,能够完全吸收过量的砷化氢尾气,防止泄露,保障使用者及环境安全。

3.2 DigiPAsS检测精度的验证

DigiPAsS砷浓度快速检测技术自问世以来,作为一种操作简便、检测快速的现场分析方法,已经参与了多项由联合国儿童基金会资助的、在第三世界国家开展的降低饮用水高砷毒性危害的项目。在这些项目中,有多家第三方机构对这项技术的检测准确度、重现性等指标进行了验证,并与标准氢化物发生石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS)进行了对比。以下将引用由印度德里Shriram工业研究院(实验一)和世界儿童基金会水卫生工作组在界面温和缅甸仰光(实验二)进行的验证实验,实验结果显示,DigiPAsS是一项检测精度高、检测结果稳定可靠的技术。

3.2.1与GF-AAS法对已知浓度标准样品进行检测的结果对比

在实验一中,分别利用GF-AAS法与DigiPAsS对26组已知浓度标样进行了检测,检测结果如表1所示,据此计算两种方法检测结果相关性及标准偏差如表2所示:表1 已知浓度水样两种方法检测结果对比 (单位: ppb)

样品编号GF-AASDigiPAsS样品编号GF-AASDigiPAsS

表2 相关性及标准方差分析

GF-AAS所得检测结果均值(ppb)61.96DigiPAsS所得检测新疆众和具有行业唯1的能源-高纯铝-电子铝箔-电极箔绿色循环经济产业链结果均值(ppb)60.54样品数n26标准方差0.9472相关性系数r0.998

由分析结果可以看出,本实验中两种方法表现出了极佳的匹配程度,DigiPAsS在ppb浓度范围内,对标准样的检测具备与AAS同样的检测精度。

3.2.2 两种方法对不同地区实际水样的检测结果对比

在实验二中,研究人员在六个不同的地区采集实际水样,分别在现场用DigiPAsS进行检测和在实验室用GF-AAS进行检测,并将检测结果进行了对比,其中每个样品均利用DigiPAsS进行5次平行检测。对比结果如图1所示:

图1 DigiPAsS和GF-AAS对标样的检测结果对比

试验中C组出现了异常的离散值。通过对检测操作过程回顾发现,导致出现异常偏低值的原因在于加入锌还原剂发生还原反应后,未能迅速及时地将过滤器盖在锥形瓶口,导致产生的砷化氢逸失,从而使测量值偏低。

除此异常值之外,其他实验组均表现出与GF-AAS法极佳的匹配度,同组的5个平行检测结果也表现出良好的重现性,特别是在ppb的精确量程范围内,平行误差均控制在10%以内。

3.3 结论

DigiPAsS数字砷检测技术是对传统砷斑法原理的发展应用,成功解决了该原理检测数据稳定性差、检出限高、检测精度较差的缺陷,从反应原理和检测手段上均予以优化。通过与实验室标准GF-AAS检测方法进行对比可知,DigiPAsS能够精确检测ppb范围内的砷浓度,检测精度1ppb,检测时间仅需要20分钟。该项技术能够有效覆盖WHO及我国对于饮用水中砷浓度检测范围及精度要求,操作方便快速,特别适合野外现场进行砷浓度快速使用。

参考文献:

1. 国家发展改革委、水利部、卫生部,全国农村饮水安全工程“十一五”规划, 2005;

2. 孙贵范,饮用型砷中毒发病机制研究进展,医学研究杂志,2007.9;

3. 孙天志、武克恭、邢春茂,内蒙古地方性砷中毒流行病学调查,中国地方病学杂志,1995.9;

4. 成金山、米尔芳、张青喜等,山西省地方性砷中毒流行病学调查初报,山西预防医学,1994.3 (3);

5. 牛彩香、雒昆利、李会杰等,西安周边地区饮用水砷含量及来源初探,西北地质,2008. 41(3);

6. Peter Swash, Field Evaluation of the Palintest DigiPAsS, report to UNICEF Water & Sanitation Team in Yangon, 2003.10;

7. Shriram Institute for Industrial Research, Evaluation of Palintest DigiPAsS, UNICEF, 2006.3.(end)

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