光谱法是怎么检测水中重金属含量的？

光谱法是一类基于物质与电磁辐射相互作用而建立的分析方法，在水质重金属检测领域占据着核心地位。其基本原理可追溯至朗伯-比尔定律：当一束单色光通过均匀溶液时，溶液对光的吸收程度与溶液中吸光物质的浓度及光程长度成正比。

不同重金属离子对特定波长光的吸收具有选择性，通过测量特定波长处的吸光度或发射光谱强度，即可实现对目标金属的定性与定量分析。依据作用机制与检测模式的不同，应用于水中重金属检测的光谱法主要分为原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法及紫外-可见分光光度法等几大类。

一、原子吸收光谱法

原子吸收光谱法（AAS）是目前重金属检测领域应用最为成熟的技术之一。其基本原理是将样品溶液雾化后喷入火焰中，或在石墨炉中经过干燥、灰化、原子化等步骤，使待测元素解离为基态原子蒸气。由空心阴极灯或光源发射出的待测元素特征辐射通过原子蒸气时，基态原子选择性地吸收该特征辐射。吸收强度与原子蒸气中待测元素的浓度在一定范围内遵循朗伯-比尔定律，通过测量吸光度即可实现定量分析。

根据原子化方式的不同，原子吸收光谱法可分为火焰原子吸收光谱法和石墨炉原子吸收光谱法。火焰法适用于较高浓度样品的测定，检出限通常可达ppm（百万分之一）级别；石墨炉法则适用于痕量元素的测定，检出限可低至ppb（十亿分之一）甚至ppt（万亿分之一）级别。对于含量极低的清洁地表水或地下水，可先采用萃取或离子交换法进行富集，再行测定。该方法选择性强、灵敏度高、分析范围广，但不足之处在于多元素同时测定存在困难。目前，原子吸收光谱法已广泛用于地表水、地下水、饮用水及废水中铅、镉、铜、锌、铁、锰等多种重金属元素的检测。

二、原子荧光光谱法

原子荧光光谱法（AFS）是介于原子发射光谱与原子吸收光谱之间的一种光谱分析技术。其基本原理是：利用激发光源发出的特征发射光照射一定浓度的待测元素原子蒸气，使之产生原子荧光。在一定条件下，荧光强度与被测溶液中待测元素的浓度成正比，通过测定荧光强度即可求出该元素的含量。

原子荧光光谱法兼具原子吸收和原子发射两种方法的优势，灵敏度高，已有二十余种元素的检出限优于原子吸收光谱法和原子发射光谱法。在测定汞、砷等易形成氢化物的元素时，通常采用氢化物发生进样方式：利用还原剂将样品中的待测元素还原为挥发性共价氢化物，借助载气导入原子化系统，在特制脉冲空心阴极灯的激发下测定荧光强度。该方法谱线简单，低浓度条件下校准曲线的线性范围宽达三至五个数量级。然而，荧光淬灭效应和散射光干扰是其面临的主要技术挑战。原子荧光光谱法在水质监控中尤其适用于砷、汞、硒、铅等元素的痕量分析。

三、电感耦合等离子体发射光谱法

电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）利用高频感应线圈产生的高温氩等离子体（温度可达6000至10000开尔文）作为激发光源。水样经雾化器雾化为气溶胶后，被载气带入等离子体炬管中。在高温条件下，样品中的元素被蒸发、原子化并激发。处于激发态的原子或离子在回到基态时，发射出具有特征波长的光谱。经分光系统色散后，由检测器测定光谱强度，依据特征光谱的波长进行定性分析，依据光谱强度进行定量分析。

该方法最突出的优势在于可同时进行多元素的定性与定量分析。其检测线性范围宽，一般可达五至六个数量级，检出限多数可达0.005微克每毫升以下。同时，该方法基体效应小、背景干扰低、精密度高、准确性好。根据《水质 32种元素的测定 电感耦合等离子体发射光谱法》（HJ 776-2015），该方法适用于地表水、地下水、生活污水及工业废水中银、铝、砷、镉、钴、铬、铜、铁、铅、锰、镍、锌等三十二种元素可溶性元素及元素总量的测定。