飲用水中砷濃度的現(xiàn)場快速檢測技術(shù)
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本文將簡要介紹我國目前所存在的高砷問題現(xiàn)狀，以及所產(chǎn)生的危害，重點(diǎn)介紹針對這兩類水質(zhì)問題的現(xiàn)場快速檢測方法，希望這些技術(shù)能夠?yàn)檗r(nóng)村飲水安全問題的摸底普查、應(yīng)急預(yù)警以及水處理工程的驗(yàn)收監(jiān)管，提供有力支持。
1 我國農(nóng)村飲用高砷水人口分布及成因
世界衛(wèi)生組織(WHO ) 已在1993 年將飲用水中砷的標(biāo)準(zhǔn)降低為0.01 mg/L，美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA ) 在2006年1月將飲用水砷的標(biāo)準(zhǔn)從0.05mg/L降低到0.01mg/L，歐盟將飲用水中砷的標(biāo)準(zhǔn)確定為0.02mg/L，而發(fā)展中國家飲用水中砷的標(biāo)準(zhǔn)一般為0.05mg/L。我國衛(wèi)生部、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會2006年頒發(fā)的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中，將砷的含量最高限值定為0.01 mg/L，與WHO的標(biāo)準(zhǔn)相符。
根據(jù)世界各地砷中毒的實(shí)例統(tǒng)計結(jié)果, 飲用水中砷的含量達(dá)到了0.05 mg/L 即為輕度砷中毒區(qū)。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，我國農(nóng)村飲水安全工程“十一五”規(guī)劃調(diào)研工作顯示，截止2005年底，全國農(nóng)村飲用高砷水（砷濃度＞0.05mg/L）人口為289萬人，占水質(zhì)不安全人口的1.3%，分布在23個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）。河南省在2003-2007年的高深水源篩查中，共調(diào)研18個省轄市、2000余個村，測定水樣3萬份，共查出高砷飲水村28個，覆蓋人口近5萬人，也體現(xiàn)出一定的高砷水問題，特別在蘭考和滑縣有集中分布趨勢，是值得重視的區(qū)域性水質(zhì)問題。
飲用水砷的滲入主要是由于在成巖成礦構(gòu)造中，有色金屬礦體普遍伴生砷元素，礦物風(fēng)化后隨降水進(jìn)入地表水，滲入地下,并在低處富集，致使水中砷超標(biāo)。除此自然來源以外，采礦、選礦與冶煉工業(yè)廢水、廢渣污染等人為因素也是造成飲用水砷超標(biāo)的一個重要原因。
2 砷對人體健康的危害
經(jīng)美國疾病控制中心(CDC) 和國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(LARC) 研究, 已將砷確定為第一類致癌物質(zhì)。居民長期飲食含砷超標(biāo)的水和食物, 微量砷在體內(nèi)長期蓄積, 造成對機(jī)體的長期慢性損害，我們將這種損害定義為“砷中毒”，如導(dǎo)致皮膚癌、黑腳病、神經(jīng)痛、血管損傷及壞疽以及增加心臟病的發(fā)病率等。主要臨床表現(xiàn)是皮膚顏色變黑, 角化、肥厚呈橡皮狀, 發(fā)生龜裂性潰瘍, 手足掌過度角化脫屑,關(guān)節(jié)肌肉疼痛等, 嚴(yán)重者可以致癌和新生兒畸形, 而這些疾病可以慢性發(fā)展, 經(jīng)多年后才發(fā)作。目前，砷中毒的報道在全世界范圍內(nèi)可見，特別是在第三世界國家，如印度、孟加拉等國都是砷中毒的重災(zāi)區(qū)，近年來我國內(nèi)蒙、山西、河北等地區(qū)也都有砷中毒的報道。
3 砷濃度的現(xiàn)場快速檢測技術(shù) - DigiPAsS
在多數(shù)受高砷水危害地區(qū)都存在著地形復(fù)雜、地域偏僻、經(jīng)濟(jì)條件較為落后等實(shí)際困難，而在這些地區(qū)通過實(shí)地考察尋找安全的水源是十分必要的工作；此外，在突然出現(xiàn)異常外來砷污染源時，能夠第一時間快速掌握污染程度、實(shí)時監(jiān)控污染物擴(kuò)散情況都是十分重要的。這些工作需要成熟可靠的現(xiàn)場快速檢測技術(shù)予以支持。為了滿足這樣的實(shí)際使用需求，英國百靈達(dá)公司向國內(nèi)引入了最新的DigiPAsS數(shù)字化快速砷檢測技術(shù)，能夠在20分鐘內(nèi)完成水中砷濃度的檢測，是一種十分具有實(shí)效性的技術(shù)。
DigiPAsS的基本原理是基于已經(jīng)發(fā)展非常成熟的Gutzeit原理，即砷斑法。當(dāng)砷化氫氣體與溴化汞接觸后會生成一種亮黃色的中間體（見下式），并進(jìn)一步與砷化氫反應(yīng)形成棕色產(chǎn)物，形成棕色色斑的深淺程度與所接觸的砷濃度成正比。
AsH3 + HgBr2 > H2As – HgBr + HBr
自然水體和飲用水中，砷通常以砷酸鹽（正五價）和亞砷酸鹽（正三價）兩種形式存在，兩者均存在生物毒性。在DigiPAsS的實(shí)際使用中，首先在酸性條件下利用NaSCN將五價砷還原為三價，以保證能夠檢出水中所有的砷濃度；然后利用鋅還原劑將三價砷還原為砷化氫氣體，最終與浸有溴化汞的試紙接觸呈現(xiàn)棕色色斑，色斑的深淺程度利用光度計進(jìn)行自動比對，從而完成檢測。整個顯色過程僅需要20分鐘左右，光度計檢測有效避免了目測估量帶來的人為誤差，其精確量程范圍可達(dá)2-100ppb，此范圍內(nèi)分辨率達(dá)1ppb。
通常水樣中會含有有機(jī)物質(zhì)，在還原過程中可能會有硫化氫氣體產(chǎn)生，它也可以與溴化汞反應(yīng)生成棕色的絡(luò)合物而對檢測產(chǎn)生干擾。DigiPAsS在設(shè)計上采用了獨(dú)特的三通道過濾裝置，加蓋在進(jìn)行還原反應(yīng)的錐形瓶上。過濾裝置底部裝有浸滿乙酸鉛的棉球，可特異性去除硫化氫氣體；經(jīng)過純化的砷化氫氣體進(jìn)一步接觸浸滿溴化汞的試紙顯色；最后所有殘留氣體再經(jīng)過浸滿碘化鉀的濾紙，能夠完全吸收過量的砷化氫尾氣，防止泄露，保障使用者及環(huán)境安全。
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