重金属怎么检测

重金属检测方法及应用

一、重金属的危害特性

(一)自然性:

长期生活在自然环境中的人类，对于自然物质有较强的适应能力。有人分析了人体中60多种常见元素的分布规律，发现其中绝大多数元素在人体血液中的百分含量与它们在地壳中的百分含量极为相似。但是，人类对人工合成的化学物质，其耐受力则要小得多。所以区别污染物的自然或人工属性，有助于估计它们对人类的危害程度。铅、镉、汞、砷等重金属，是由于工业活动的发展，引起在人类周围环境中的富集，通过大气、水、食品等进入人体，在人体某些器官内积累，造成慢性中毒，危害人体健康。

(二)毒性:

决定污染物毒性强弱的主要因素是其物质性质、含量和存在形态。例如铬有二价、三价和六价三种形式，其中六价铬的毒性很强，而三价铬是人体新陈代谢的重要元素之一。在天然水体中一般重金属产生毒性的范围大约在1~10mg/L之间，而汞，镉等产生毒性的范围在001~0001mg/L之间。

(三)时空分布性:

污染物进入环境后，随着水和空气的流动，被稀释扩散，可能造成点源到面源更大范围的污染，而且在不同空间的位置上，污染物的浓度和强度分布随着时间的变化而不同。

(四)活性和持久性:

活性和持久性表明污染物在环境中的稳定程度。活性高的污染物质，在环境中或在处理过程中易发生化学反应，毒性降低，但也可能生成比原来毒性更强的污染物，构成二次污染。如汞可转化成甲基汞，毒性更强。与活性相反，持久性则表示有些污染物质能长期地保持其危害性，如重金属铅、镉等都具有毒性且在自然界难以降解，并可产生生物蓄积，长期威胁人类的健康和生存。

(五)生物可分解性:

有些污染物能被生物所吸收、利用并分解，最后生成无害的稳定物质。大多数有机物都有被生物分解的可能性，而大多数重金属都不易被生物分解，因此重金属污染一但发生，治理更难，危害更大。

(六)生物累积性:

生物累积性包括两个方面:一是污染物在环境中通过食物链和化学物理作用而累积。二是污染物在人体某些器官组织中由于长期摄入的累积。如镉可在人体的肝、肾等器官组织中蓄积，造成各器官组织的损伤。又如1953年至1961年，发生在日本的水俣病事件，无机汞在海水中转化成甲基汞，被鱼类、贝类摄入累积，经过食物链的生物放大作用，当地居民食用后中毒。

(七)对生物体作用的加和性:

多种污染物质同时存在，对生物体相互作用。污染物对生物体的作用加和性有两类:一类是协同作用，混合污染物使其对环境的危害比污染物质的简单相加更为严重;另一类是拮抗作用，污染物共存时使危害互相削弱。

二、重金属的定量检测技术

通常认可的重金属分析方法有:紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子荧光法(AFS)、电感耦合等离子体法(ICP)、X荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)。除上述方法外，更引入光谱法来进行检测，精密度更高，更为准确!

日本和欧盟国家有的采用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)分析，但对国内用户而言，仪器成本高。也有的采用X荧光光谱(XRF)分析，优点是无损检测，可直接分析成品，但检测精度和重复性不如光谱法。最新流行的检测方法--阳极溶出法，检测速度快，数值准确，可用于现场等环境应急检测。

(一)原子吸收光谱法(AAS)

原子吸收光谱法是20世纪50年代创立的一种新型仪器分析方法，它与主要用于无机元素定性分析的原子发射光谱法相辅相成，已成为对无机化合物进行元素定量分析的主要手段。

原子吸收分析过程如下:1、将样品制成溶液(同时做空白);2、制备一系列已知浓度的分析元素的校正溶液(标样);3、依次测出空白及标样的相应值;4、依据上述相应值绘出校正曲线;5、测出未知样品的相应值;6、依据校正曲线及未知样品的相应值得出样品的浓度值。

由于计算机技术、化学计量学的发展和多种新型元器件的出现，使原子吸收光谱仪的精密度、准确度和自动化程度大大提高。用微处理机控制的原子吸收光谱仪，简化了操作程序，节约了分析时间。已研制出气相色谱-原子吸收光谱(GC-AAS)的联用仪器，进一步拓展了原子吸收光谱法的应用领域。

(二)紫外可见分光光度法(UV)

其检测原理是:重金属与显色剂-通常为有机化合物，可于重金属发生络合反应，生成有色分子团，溶液颜色深浅与浓度成正比。在特定波长下，比色检测。

分光光度分析有两种，一种是利用物质本身对紫外及可见光的吸收进行测定;另一种是生成有色化合物，即"显色"，然后测定。虽然不少无机离子在紫外和可见光区有吸收，但因一般强度较弱，所以直接用于定量分析的较少。加入显色剂使待测物质转化为在紫外和可见光区有吸收的化合物来进行光度测定，这是应用最广泛的测试手段。显色剂分为无机显色剂和有机显色剂，而以有机显色剂使用较多。大多当数有机显色剂本身为有色化合物，与金属离子反应生成的化合物一般是稳定的螯合物。显色反应的选择性和灵敏度都较高。有些有色螯合物易溶于有机溶剂，可进行萃取浸提后比色检测。近年来形成多元配合物的显色体系受到关注。多元配合物的指三个或三个以上组分形成的配合物。利用多元配合物的形成可提高分光光度测定的灵敏度，改善分析特性。显色剂在前处理萃取和检测比色方面的选择和使用是近年来分光光度法的重要研究课题。

(三)原子荧光法(AFS)

原子荧光光谱法是通过测量待测元素的原子蒸气在特定频率辐射能激以下所产生的荧光发射强度，以此来测定待测元素含量的方法。

原子荧光光谱法虽是一种发射光谱法，但它和原子吸收光谱法密切相关，兼有原子发射和原子吸收两种分析方法的优点，又克服了两种方法的不足。原子荧光光谱具有发射谱线简单，灵敏度高于原子吸收光谱法，线性范围较宽干扰少的特点，能够进行多元素同时测定。原子荧光光谱仪可用于分析汞、砷、锑、铋、硒、碲、铅、锡、锗、镉锌等11种元素。现已广泛用环境监测、医药、地质、农业、饮用水等领域。在国标中，食品中砷、汞等元素的测定标准中已将原子荧光光谱法定为第一法。

气态自由原子吸收特征波长辐射后，原子的外层电子从基态或低能态会跃迁到高能态，同时发射出与原激发波长相同或不同的能量辐射，即原子荧光。原子荧光的发射强度If与原子化器中单位体积中该元素的基态原子数N成正比。当原子化效率和荧光量子效率固定时，原子荧光强度与试样浓度成正比。

现已研制出可对多元素同时测定的原子荧光光谱仪，它以多个高强度空心阴极灯为光源，以具有很高温度的电感耦合等离子体(ICP)作为原子化器，可使多种元素同时实现原子化。多元素分析系统以ICP原子化器为中心，在周围安装多个检测单元，与空心阴极灯一一成直角对应，产生的荧光用光电倍增管检测。光电转换后的电信号经放大后，由计算机处理就获得各元素分析结果。

(四)电化学法-阳极溶出伏安法

电化学法是近年来发展较快的一种方法，它以经典极谱法为依托，在此基础上又衍生出示波极谱、阳极溶出伏安法等方法。电化学法的检测限较低，测试灵敏度较高，值得推广应用。如国标中铅的测定方法中的第五法和铬的测定方法的第二法均为示波极谱法。

阳极溶出伏安法是将恒电位电解富集与伏安法测定相结合的一种电化学分析方法。这种方法一次可连续测定多种金属离子，而且灵敏度很高，能测定10-7-10-9mol/L的金属离子。此法所用仪器比较简单，操作方便，是一种很好的痕量分析手段。我国已经颁布了适用于化学试剂中金属杂质测定的阳极溶出伏安法国家标准。

阳极溶出伏安法测定分两个步骤。第一步为"电析"，即在一个恒电位下，将被测离子电解沉积，富集在工作电极上与电极上汞生成汞齐。对给定的金属离子来说，如果搅拌速度恒定，预电解时间固定，则m=Kc，即电积的金属量与被测金属离了的浓度成正比。第二步为"溶出"，即在富集结束后，一般静止30s或60s后，在工作电极上施加一个反向电压，由负向正扫描，将汞齐中金属重新氧化为离子回归溶液中，产生氧化电流，记录电压-电流曲线，即伏安曲线。曲线呈峰形，峰值电流与溶液中被测离了的浓度成正比，可作为定量分析的依据，峰值电位可作为定性分析的依据。

示波极谱法又称"单扫描极谱分析法"。一种极谱分析新力一法。它是一种快速加入电解电压的极谱法。常在滴汞电极每一汞滴成长后期，在电解池的两极上，迅速加入一锯齿形脉冲电压，在几秒钟内得出一次极谱图，为了快速记录极谱图，通常用示波管的荧光屏作显示工具，因此称为示波极谱法。其优点:快速、灵敏。

(五)X射线荧光光谱法(XRF)

X射线荧光光谱法是利用样品对x射线的吸收随样品中的成分及其多少变化而变化来定性或定量测定样品中成分的一种方法。它具有分析迅速、样品前处理简单、可分析元素范围广、谱线简单，光谱干扰少，试样形态多样性及测定时的非破坏性等特点。它不仅用于常量元素的定性和定量分析，而且也可进行微量元素的测定，其检出限多数可达10-6。与分离、富集等手段相结合，可达10-8。测量的元素范围包括周期表中从F-U的所有元素。多道分析仪，在几分钟之内可同时测定20多种元素的含量。

x射线荧光法不仅可以分析块状样品，还可对多层镀膜的各层镀膜分别进行成分和膜厚的分析。

当试样受到x射线，高能粒子束，紫外光等照射时，由于高能粒子或光子与试样原子碰撞，将原子内层电子逐出形成空穴，使原子处于激发态，这种激发态离子寿命很短，当外层电子向内层空穴跃迁时，多余的能量即以x射线的形式放出，并在教外层产生新的空穴和产生新的x射线发射，这样便产生一系列的特征x射线。特征x射线是各种元素固有的，它与元素的原子系数有关。所以只要测出了特征x射线的波长λ，就可以求出产生该波长的元素。即可做定性分析。在样品组成均匀，表面光滑平整，元素间无相互激发的条件下，当用x射线(一次x射线)做激发原照射试样，使试样中元素产生特征x射线(荧光x射线)时，若元素和实验条件一样，荧光x射线强度与分析元素含量之间存在线性关系。根据谱线的强度可以进行定量分析

(六)电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)

ICP-MS的检出限给人极深刻的印象，其溶液的检出限大部份为ppt级，实际的检出限不可能优于你实验室的清洁条件。必须指出，ICP-MS的ppt级检出限是针对溶液中溶解物质很少的单纯溶液而言的，若涉及固体中浓度的检出限，由于ICP-MS的耐盐量较差，ICP-MS检出限的优点会变差多达50倍，一些普通的轻元素(如S、 Ca、Fe 、K、 Se)在ICP-MS中有严重的干扰，也将恶化其检出限。

ICP-MS由作为离子源ICP焰炬，接口装置和作为检测器的质谱仪三部分组成。

ICP-MS所用电离源是感应耦合等离子体(ICP)，其主体是一个由三层石英套管组成的炬管，炬管上端绕有负载线圈，三层管从里到外分别通载气，辅助气和冷却气，负载线圈由高频电源耦合供电，产生垂直于线圈平面的磁场。如果通过高频装置使氩气电离，则氩离子和电子在电磁场作用下又会与其它氩原子碰撞产生更多的离子和电子，形成涡流。强大的电流产生高温，瞬间使氩气形成温度可达10000k的等离子焰炬。被分析样品通常以水溶液的气溶胶形式引入氩气流中，然后进入由射频能量激发的处于大气压下的氩等离子体中心区，等离子体的高温使样品去溶剂化，汽化解离和电离。部分等离子体经过不同的压力区进入真空系统，在真空系统内，正离子被拉出并按照其质荷比分离。在负载线圈上面约10mm处,焰炬温度大约为8000K,在这么高的温度下,电离能低于7eV的元素完全电离，电离能低于105ev的元素电离度大于20%。由于大部分重要的元素电离能都低于105eV，因此都有很高的灵敏度，少数电离能较高的元素，如C，O，Cl，Br等也能检测，只是灵敏度较低。

金属元素分析：

金属材料分为：轻金属、重金属、熔敷金属、有色金属、稀有金属、贵金属、半金属等； 钢铁、紧固件、铸铁、钢管、钢筋线材、焊接材料、钢板型钢、铜材铝材、钢丝绳及各种金属挂件等各类金属及合金制品。

一,金属的物理性质

金属晶体内存在自由电子，使金属具有许多共同的特性。 1、大多数金属晶体都是银白色或白色、灰白色的，有金属光泽，不透明； 2、一般金属具有较高的熔点、沸点和硬度，但不同金属又各有差异。常温下，除汞（Hg）为液态外，一般金属都是固态。3、金属都有良好的导热性和导电性，还有良好的延性和展性，可以进行机械加工。

二，金属的化学性质

通常把元素周期表中具有金属光泽、可塑性、导电性及导热性良好的化学元素称为金属。金属最突出的特性是它们的容易失去电子的倾向。因此,从化学角度看,金属是指在溶液中容易生成正离子的化学元素,其氧化物与水

结合形成氢氧化物而不形成相应的酸。金属之间在化学上的差别主要表现在电子序方面,许多化学反应,特别是氧化还原反应,决定与其电极电位的正负及其数值大小。

三，金属材料分析方法

在金属检测物中的化学成分方法还是很多,现在公司普遍采用的是用光谱仪测定光谱仪有传统的光电管光谱仪,以及随着数码技术的发展,并在检测中发挥越来越大的作用。还有化学分析方法检测金属物中化学成分含量的,通过对金属物试块的切削、腐蚀通过显微镜用肉眼观测然后对比金属化学成分图谱判定起各种成分的含量。

四、定量检测技术

重金属分析方法有：紫外可分光光度法（UV）、原子吸收法（AAS）、原子荧光法（AFS）、电感耦合等离子体法（ICP）、X荧光光谱（XRF）、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）。除上述方法外，更引入光谱法来进行检测，精密度更高，更为准确！日本和欧盟国家有的采用电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）分析，但对国内用户而言，仪器成本高。也有的采用X荧光光谱（XRF）分析，优点是无损检测，可直接分析成品，但检测精度和重复性不如光谱法。最新流行的检测方法--阳极溶出法，检测速度快，数值准确，可用于现场等环境应急检测。

金属成分分析仪是采用XRF（荧光光谱分析）原理，对金属材料成分进行快速检测的仪器。

随着各个行业对金属材料需求不断增长，各种复杂的材料也多起来，金属成分组成是决定材料的主要因素。

因此，金属成分检测方法也在不断更新，由单一元素检测到多个元素检测，不仅快速且非常准确。

艾捷克手持式xrf光谱分析仪就可对金属成分进行快速检测，并且是无损检测，通过对金属成分的检测，从而对产品质量进行监控，将更好的材料应用到不同的产品中。

　　检测方法

　　1）光电火花直读测试方法

　　光电火花直读测试方法的优点是快速、准确、高效。该方法可以直接固体进样，不用进行化学消解，可以减少消解过程以及定 容定容过程所带来的人为误差；其缺点是对样品的形状依赖性高，其样品表面必须是平正面或者可以通过打磨抛光使其成为平整面；对标准样品的依赖性高，该方法必须有与样品物理结构以及化学成分一致一致或者相似度较高的标样，测试结果才较准确。因此使用该方法进行成分分析时，其成本会相对的高。

　　金属成分分析

　　2）电感耦合等离子体发射光谱法

　　电感耦合等离子体发射光谱法的优点是准确、高效、测试样品范围宽。该方法对样品形状无要求，可以测试任何类型的样品；其缺点是过程繁琐，需要对样品进行消解，影响测试结果不确定度的因素较光电火花直读光谱法多。

　　成分分析

　　3）碳硫分析仪

　　碳硫分析仪主要应用于测试钢铁中的碳和硫含量。该方法是目前国内常用的碳硫分析方法，其所依据的标准是GBT20123-2006 钢铁 总碳硫含量的测定 高频感应炉燃烧后红外吸收法（常规方法）。该方法准确性高。

检测金属成分：

由于不同金属有着截然不同的特性，因而在检测过程中，不同的金属需要利用不同的方式进行检测。充分考虑不同金属的特性和外在因素影响，是实现金属材料高效检测的必然步骤。从而为检测结果的真实性，提供理论性依据。

金属材料在各行各业中都充当着重要的角色担当，金属材料检测的理论知识得到了史无前例的发展，尤其在生产实践中颇有意义。金属材料的检测方法和项目较多，下面来简单介绍几种常见的金属材料检测方法。

1 马口铁镀层监测

马口铁又名镀锡铁，是电镀锡薄钢板的俗称，是指在两面渡有商业纯锡的冷轧低碳薄钢板或钢带。马口铁具有良好的密封性、保藏性和避光性，在包装容器方面应用广泛，其安全性能受到广泛关注。镀锡量是马口铁耐腐蚀性的重要指标之一，在马口铁质量监测中具有重要意义，马口铁镀层是一种重要的检测材料，对于其的检测和分析对于施工具有很重要的位置，对马口铁镀层的检测准确性是检测的重要任务。镀锡量的测试方法包括化学容量法、库伦法、X射线荧光法等，常见的测量方法是利用库伦原理，计算纯锡层、合金层完全溶解的时间，从而通过计算各自溶解所消耗的电量，用法拉第电解定律求出纯锡量和合金锡量。不同的测试方法针对性不同，要根据具体生产实践进行分析，以保证检测数据的科学性、可靠性。

2 铁磁基体非磁性膜厚检测

经济的发展，促使人们开始对钢铁制品表面的涂覆塑料、富锌涂料的涂层厚度开始检测，目前市场上使用最多的是MI-NI2100型膜厚测量仪，对膜厚进行检验检测。不同的行业对于膜厚的结果不同，企业可以根据需求进行研究，从而制定出适合自身发展的检测技术，为企业的发展提供基础。

3 Φ50mm钢管的曲度检测

钢管在日常的生产实践中最为常见，其质量如何受到使用者的高度重视。人们一般来说不考虑钢管的拉伸性，而由于其使用长度长，经常担心其在较长跨度下承受弯曲的强度，尤其对于焊接管来说，曲度检测非常重要。近些年来，随着科学技术的高速发展，钢管的曲度检测成为可能，曲度检测试验机能够通过试验的方法，检测得出钢管的弯曲度，这大大提高了我们对于金属材料的检测能力。

4 显微镜视频摄像

金属材料检测技术的发展，出现了金属显微组织分析技术，国内市场出现的MM6大型金相显微镜能鉴别各类夹杂物。这种技术主要借助于显微镜视频摄像技术，与计算机互联，进行计算机视频采集处理，检测人员能够及时清楚地在屏幕上看到成像，从而进行鉴别。传统的方法是通过胶片，经过显影、定影和烘干一系列程序后，得到照片，具有延迟性，而显微镜视频摄像技术的数字特性，方便技术人员的拷贝和复制，为定量金相奠定了基础。

5 图像分析检测

如上文提到的，显微镜视频摄像技术为定量金相打下了坚实的基础，而如今的图像分析仪让定量金相成为现实，并逐步在金相检验标准中得到了体现。图像分析仪是根据视学原理将成像系统生成的图像转化成电信号，并经过扫描转化得到的电压—位置函数，检测人员通过得到的函数，测量面积、周长、直径等参数，而后将这些参数进行排列组合计算，从而进行成分的分析。

金属是一种在自然界非常常见的材料，不同的金属材料有着不同的温度燃点及拉伸度。因而不同的金属材料在检测过程中会遇到不同程度的检测难度与压力。使用不同的方法进行金属材料的性能的检测，能够发现不同的金属材料潜在问题，提高金属材料检测质量，创造出质量更上乘的金属产品，从而提高企业的金属材料生产竞争能力。