汞(Hg)、砷(As)、硒(Se)、锑(Sb)和铋(Bi)是环境中常见的重金属和类金属元素,它们在自然界广泛存在,但在工业排放、农业污染和人为活动中可能累积超标,对生态系统和人类健康构成严重威胁。汞作为一种剧毒元素,可导致神经系统损伤和 Minamata 病;砷的慢性暴露与皮肤癌、内脏损伤相关;硒虽是必需微量元素,但过量会引发 selenosis(硒中毒);锑和铋则可能造成呼吸系统疾病和肾毒性。这些元素的检测在环境监测(如水质、土壤和空气)、食品安全(如大米、海鲜中的砷残留)、药品质量控制(如中药重金属限量)以及工业生产过程(如电子废弃物处理)中至关重要。随着全球环保法规趋严,准确、灵敏地检测汞、砷、硒、锑、铋的浓度和形态,已成为预防污染、保障公共安全的核心任务。本文将从检测项目、检测仪器、检测方法和检测标准四个方面系统介绍这一领域的关键技术。
检测项目
汞、砷、硒、锑、铋的检测项目主要针对元素的总量、化学形态、浓度水平和污染来源。具体包括:总汞(Total Hg)和甲基汞(Methylmercury)的区分,因为甲基汞的生物毒性更高;砷的总量(Total As)、三价砷(As(III))和五价砷(As(V))的形态分析,以评估其迁移性和毒性;硒的总量(Total Se)和硒酸盐(Se(VI))与亚硒酸盐(Se(IV))的分离,用于判断其营养或危害特性;锑的总量(Total Sb)和铋的总量(Total Bi),在工业废水中常作为污染指标。这些项目需基于样本类型(如水体、土壤、生物组织)设定检测限值,例如饮用水中的砷限值为10 μg/L(WHO标准),食品中的汞限量为0.5 mg/kg(GB 2762-2017)。
检测仪器
汞、砷、硒、锑、铋的检测依赖于高精度仪器,主要包括:原子吸收光谱仪(AAS),用于元素总量分析,如火焰AAS测定铋和锑;电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS),具备超高灵敏度和多元素同时检测能力,适用于痕量汞、砷的定量(检出限可达ppt级别);原子荧光光谱仪(AFS),专为汞、砷、硒设计,结合氢化物发生技术可增强信号;冷蒸气原子荧光光谱仪(CV-AFS),专门用于汞的形态分析;以及高效液相色谱-质谱联用仪(HPLC-ICP-MS),用于分离和检测不同化学形态,如砷的有机/无机形态。这些仪器需定期校准,确保精确度。
检测方法
汞、砷、硒、锑、铋的检测方法分为样品前处理和定量分析两步。前处理包括:湿法消解(用硝酸-高氯酸混合液分解有机样本)、微波消解(处理土壤或生物组织)和超声萃取(用于水样中的痕量元素)。定量方法包括:冷蒸气原子荧光法(CV-AFS)用于汞,通过还原剂将汞转化为蒸气态进行检测;氢化物发生原子吸收法(HG-AAS)针对砷和硒,利用硼氢化钠产生气态氢化物;石墨炉原子吸收法(GF-AAS)适用于锑和铋的高灵敏度测定;以及电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)作为多元素快速筛查手段。形态分析方法如HPLC-AFS常用于区分砷的不同价态。所有方法需优化参数,如pH值和温度,以减少干扰。
检测标准
汞、砷、硒、锑、铋的检测严格遵循国家和国际标准,确保结果可靠性和可比性。国际标准包括:ISO 17294-2(水质-ICP-MS法测定元素)、ISO 17378-1(砷的测定-氢化物发生AAS法)和ISO 5667-3(样品采集与处理规范)。中国国家标准(GB)如:GB 5009.268-2016(食品安全国家标准-食品中多元素的测定,涵盖ICP-MS和AAS方法)、GB/T 5750.6-2006(生活饮用水标准检验方法-金属指标,包括汞和砷的AFS法)和HJ 776-2015(环境空气-汞的测定-CV-AFS法)。行业标准如:EPA Method 7473(美国环保署-汞的冷蒸气AAS法)和AOAC Official Method 2015.01(国际官方分析化学家协会-食品中硒的ICP-MS法)。这些标准规定了检测限、精密度和质控要求,例如回收率应在80-120%范围内。