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飲用水中砷濃度的現場(chǎng)快速檢測技術(shù)
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時(shí)間：2013-02-25
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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水與人類(lèi)生產(chǎn)生活息息相關(guān)，飲用水中各種物質(zhì)的含量高低直接影響人類(lèi)生命健康，保障飲用水的水質(zhì)安全是公共衛生防護工作的一項重點(diǎn)。然而，在我國很多地方，特別是農村地區，集中供水體系還沒(méi)有完善建立，地方分散取水的水源地存在很多地區性水質(zhì)問(wèn)題，同時(shí)各類(lèi)工礦企業(yè)的過(guò)度活動(dòng)引入大量人為污染，導致農村飲水水質(zhì)安全問(wèn)題進(jìn)一步惡化。這其中，高砷水是在我國廣大地區普遍存在的一大類(lèi)水質(zhì)安全問(wèn)題，涉及范圍廣、受害人口多，所帶來(lái)的負面影響已不容忽視。
本文將簡(jiǎn)要介紹我國目前所存在的高砷問(wèn)題現狀，以及所產(chǎn)生的危害，重點(diǎn)介紹針對這兩類(lèi)水質(zhì)問(wèn)題的現場(chǎng)快速檢測方法，希望這些技術(shù)能夠為農村飲水安全問(wèn)題的摸底普查、應急預警以及水處理工程的驗收監管，提供有力支持。
1 我國農村飲用高砷水人口分布及成因
世界衛生組織(WHO ) 已在1993 年將飲用水中砷的標準降低為0.01 mg/L，美國環(huán)境保護署(USEPA ) 在2006年1月將飲用水砷的標準從0.05mg/L降低到0.01mg/L，歐盟將飲用水中砷的標準確定為0.02mg/L，而發(fā)展中國家飲用水中砷的標準一般為0.05mg/L。我國衛生部、國家標準化管理委員會(huì )2006年頒發(fā)的生活飲用水衛生標準中，將砷的含量最高限值定為0.01 mg/L，與WHO的標準相符。
根據世界各地砷中毒的實(shí)例統計結果, 飲用水中砷的含量達到了0.05 mg/L 即為輕度砷中毒區。據此標準，我國農村飲水安全工程“十一五”規劃調研工作顯示，截止2005年底，全國農村飲用高砷水（砷濃度＞0.05mg/L）人口為289萬(wàn)人，占水質(zhì)不安全人口的1.3%，分布在23個(gè)?。ㄗ灾螀^、直轄市）。河南省在2003-2007年的高深水源篩查中，共調研18個(gè)省轄市、2000余個(gè)村，測定水樣3萬(wàn)份，共查出高砷飲水村28個(gè)，覆蓋人口近5萬(wàn)人，也體現出一定的高砷水問(wèn)題，特別在蘭考和滑縣有集中分布趨勢，是值得重視的區域性水質(zhì)問(wèn)題。
飲用水砷的滲入主要是由于在成巖成礦構造中，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。除此自然來(lái)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的一個(gè)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) 和國際癌癥研究機構(LARC) 研究, 已將砷確定為第一類(lèi)致癌物質(zhì)。居民長(cháng)期飲食含砷超標的水和食物, 微量砷在體內長(cháng)期蓄積, 造成對機體的長(cháng)期慢性損害，我們將這種損害定義為“砷中毒”，如導致皮膚癌、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(guò)度角化脫屑,關(guān)節肌肉疼痛等, 嚴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可見(jiàn)，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區，近年來(lái)我國內蒙、山西、河北等地區也都有砷中毒的報道。
3 砷濃度的現場(chǎng)快速檢測技術(shù) - DigiPAsS
在多數受高砷水危害地區都存在著(zhù)地形復雜、地域偏僻、經(jīng)濟條件較為落后等實(shí)際困難，而在這些地區通過(guò)實(shí)地考察尋找安全的水源是十分必要的工作；此外，在突然出現異常外來(lái)砷污染源時(shí)，能夠第一時(shí)間快速掌握污染程度、實(shí)時(shí)監控污染物擴散情況都是十分重要的。這些工作需要成熟可靠的現場(chǎng)快速檢測技術(shù)予以支持。為了滿(mǎn)足這樣的實(shí)際使用需求，英國百靈達公司向國內引入了最新的DigiPAsS數字化快速砷檢測技術(shù)，能夠在20分鐘內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)。 
3.1 工作原理
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。當砷化氫氣體與溴化汞接觸后會(huì )生成一種亮黃色的中間體（見(jiàn)下式），并進(jìn)一步與砷化氫反應形成棕色產(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(jià)）和亞砷酸鹽（正三價(jià)）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(jià)砷還原為三價(jià)，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(jià)砷還原為砷化氫氣體，最終與浸有溴化汞的試紙接觸呈現棕色色斑，色斑的深淺程度利用光度計進(jìn)行自動(dòng)比對，從而完成檢測。整個(gè)顯色過(guò)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(lái)的人為誤差，其精確量程范圍可達2-100ppb，此范圍內分辨率達1ppb。
通常水樣中會(huì )含有有機物質(zhì)，在還原過(guò)程中可能會(huì )有硫化氫氣體產(chǎn)生，它也可以與溴化汞反應生成棕色的絡(luò )合物而對檢測產(chǎn)生干擾。DigiPAsS在設計上采用了獨特的三通道過(guò)濾裝置，加蓋在進(jìn)行還原反應的錐形瓶上。過(guò)濾裝置底部裝有浸滿(mǎn)乙酸鉛的棉球，可特異性去除硫化氫氣體；經(jīng)過(guò)純化的砷化氫氣體進(jìn)一步接觸浸滿(mǎn)溴化汞的試紙顯色；最后所有殘留氣體再經(jīng)過(guò)浸滿(mǎn)碘化鉀的濾紙，能夠完全吸收過(guò)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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