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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，亟数控刀柄需一种快速精确、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0.9地毯清洗472。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，在我国很多地方装配机，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”，中国兵器工业北化团体甘肃银光化学工业团体有限公司与西南科技大学签订合作协议如导致皮肤癌、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声卡棕色色斑，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)