[发明专利]一种地下水中砷检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测领域，具体涉及一种地下水中砷检测方法。

技术背景

拉曼光谱(RS)技术是以拉曼散射效应为基础建立起来的分子结构表征技 术，常规拉曼光谱技术在晶体性质、分子结构和分析化学等领域有广泛的应用。 而表面增强拉曼散射(SERS)更由于其高探测灵敏度、高分辨率、水干扰小、 可猝灭荧光、稳定性好及适合研究界面等特点，被广泛应用于表面研究、吸附 物界面表面状态研究、生物大分子的界面取向及构型、构象研究和结构分析等。

不论常规拉曼光谱还是表面增强拉曼光谱从原理上其空间分辨率都无法突 破光学衍射极限，而且其研究的对象存在很大局限。尽管SERS技术近年来已成 为污染物监测领域的研究热点，在该领域的相关研究却寥寥可数。限制其应用 的主要原因为：在分析环境样品时，采集的环境样品基体复杂，对目标物检测 有严重干扰；污染物在环境样品中的浓度通常处于ppm-ppb数量级，检测限良好 的拉曼光谱仪体积较大，无法实现污染物的现场实时监测，而目前市售的便携 式拉曼光谱仪检测限比大型拉曼低2-3个数量级，仪器配置不能满足测试需求； 基底种类、稳定性与灵敏度有限，且无法实现污染物在基底表面的主动富集。 目前SERS效应对典型环境污染物的检测仍处于起步阶段，检测技术局限于利用 目标污染物模拟溶液进行测试。

砷是生物地球化学过程研究中最具代表性的剧毒重(类)金属元素，是当 前国际环境地球化学研究的热点。美国疾病控制中心(CDC)和国际癌症研究 机构(LARC)将砷确定为第一类致癌物质。我国的“生活饮用水水质标准”明 确规定饮用水中砷的浓度不得高于0.01mg/L。在空气、土壤、沉积物和水中的 主要砷化物有三氧化二砷或亚砷酸As(III)、砷酸盐As(V)、单甲基砷酸(MMAA) 和二甲基砷酸(DMAA)。不同形态砷的毒性顺序为： AsH₃>As(III)>As(V)>MMAA>DMAA，并且无机砷的毒性远大于有机砷。在环 境样品中，砷主要以As(III)和As(V)的形式存在，还有少量的甲基和二甲基砷化 合物。由于砷的毒性取决于砷的形态，对砷形态的准确分析对环境领域具有特 别重要的意义。

现有的水体砷形态分析方法存在如设备昂贵、检测成本高、检测耗时、对 操作人员技能要求较高等局限。高效液相色谱(HPLC)与等离子体质谱(ICP-MS) 或等离子体原子发射光谱(ICP-AES)联用是最常用的砷形态分析方法，这些方 法适用于实际样品分析。但是ICP-MS的昂贵价格是一般实验室难以承受的。利 用毛细管电泳(CE)进行砷形态分离是一种较好的方法，但CE-UV法的灵敏度 低，实用价值不高。CE与ICP-MS的联用是一种新的技术，虽然CE的样品用 量和试剂用量均很少，但ICP-MS价格昂贵。氢化物发生-原子荧光法(HG-AFS) 具有经济适用、维护费用低，方法简单易行、效率高等特点，近年来得到了较 广泛的使用，但是该方法在前处理过程产生的砷氢化合物毒性较大。上述几种 技术的共同缺点是仪器体积大，无法用于砷现场原位分析。

我国是砷污染最严重的国家之一，山西省、内蒙古是我国地下水砷污染的 典型地区。在上世纪80年代以前，当地居民的主要饮用水源来自于手压井。手 压井井深较浅，一般小于10米。由于浅层水中富含的氟污染引起当地居民氟斑 牙的发生，此后居民改为饮用深层井水，井深一般为30-60米。经调查发现，深 层井水中砷含量超标，远远高于10μg/L的国家饮用水标准，大量当地居民出现 了砷中毒现象。目前含砷井水仍是当地某些村庄的唯一引用水源，因此发展高 效简便经济的砷污染预警体系，保护当地居民的健康，是一项亟待解决的现实 问题。

针对我国目前砷形态分析缺少自主创新技术，在现场监测领域研发力量相对 薄弱等问题，本发明将磁性四氧化三铁纳米材料对重金属的特异性萃取特性以 及贵金属纳米颗粒的表面增强拉曼散射效应相结合，提高纳米颗粒对砷检测的 灵敏度、选择性和抗基质干扰能力。以便携式拉曼仪器为检测装置，实现了环 境水体中痕量三价/五价砷的现场快速形态分析。本发明研发的砷监测体系具有 操作简便、运行成本低廉等优点，尤其适用于野外现场分析。

发明内容

通过下面的描述来阐明本发明的主要内容和本发明的特征。