原子光譜法是目前痕量元素分析的重要方法，它包括原子吸收光譜法、原子發射光譜法和原子熒光光譜法。它的優點是檢出限低，靈敏度高。原子吸收光譜法的特點是檢測靈敏度高、分析速度快、測定高濃度元素時干擾小、信號穩定等。原子吸收光譜法的不足之處是測定某元素需用該元素的光源，多元素同時測定尚有困難，對于復雜試樣的測定干擾比較嚴重，有一些元素的測定靈敏度還不足。火焰原子吸收光譜法測定鉛的靈敏度較低， 直接用于測定試樣中微量鉛，提高靈敏度是關鍵。為了提高火焰原子吸收光譜法的靈敏度，常采用分離富集技術對樣品進行預處理。有研究者通過加入增敏劑吐溫 -80 來簡化前處理，消除 Fe、Ca、Al 等元素的干擾，降低檢出限。通過微波消解，可以簡化前處理工作，降低檢出限。火焰原子吸收分光光度法操作較簡單，測試速度快，但檢出限較高，只能適用于鉛含量較高的樣品的分析。石墨爐原子吸收分光光度計價格較高， 分析速度慢，但檢出限低，可以分析水、食品、塑料制品等中的痕量鉛。石墨爐原子吸收光譜法測定鉛具有很高的靈敏度。對不同種樣品中鉛的測定都適用，但由于樣品中鉛含量太低，鉛低溫易揮發，對實際樣品的分析，基體干擾往往比較嚴重。由于基體效應，在用石墨爐原子吸收光譜法測定鉛時應進行分離富集對樣品進行處理。用浮動型有機微萃取分離富集樣品中的鉛，用石墨爐原子吸收光譜法測定鉛，相對標準偏差 5.4%，檢出限 0.9 ngL-1，且該方法可應用于自來水，井水，河水和海水的測定。原子發射光譜法， 是利用氣態原子在受到熱或電的激發時發射出的特征輻射進行檢測的一種方法。如魯丹等研究了電感耦合等離子體原子發射光譜法測定進口水性涂料中可溶性鉛 - 汞- 鎘和鉻體。ICP-AES的不足之處在于設備昂貴和操作費用較高。
原子熒光光譜法是通過測量待測元素的原子蒸汽在輻射能激發下所產生熒光的發射強度來測定待測元素的一種分析方法。原子熒光光譜法具有靈敏度高，選擇性強，試樣量少和方法簡單等特點。它的不足是線性范圍較寬， 應用元素有限， 因為有包括金屬在內的許多物質本身不會產生熒光而要加入某種試劑才能達到熒光分析的目的， 而熒光試劑本身比較昂貴。分光光度法是通過測定被測物質在特定波長處或一定波長范圍內光的吸收度，對該物質進行定性和定量分析的方法，紫外 - 可見分光光度法進行定量檢測的基本原理是比爾 - 朗伯定律（A=εbc）。紫外- 可見分光光度法的優點是操作簡單，是一種相對比較廉價的檢測方法，水樣中大部分離子均可用紫外 - 可見分光光度法進行測定且檢出限可達到很低。
當然可見分光光度法也有不足：光譜干擾比較嚴重，選擇性欠缺；分析物質通常必須用加入顯色劑轉變為吸收光物質， 有些金屬離子的顯色劑不易得到，不易選擇，有時還會帶來附帶物的干擾。有些學者研究了鉛與 2- （3，5- 二氯- 2- 吡啶偶氮）-5-二乙氨基酚（ 3，5-diCl -PADAP）的顯色反應，建立了分光光度法測定化妝品中微量鉛的新方法。雙硫腙分光光度法是測定鉛的國標方法，適用于測定天然水和廢水中微量鉛，需要用氯仿萃取，在最大吸光波長510nm處測定，鉛濃度在 0.01～0.30mg/L之間。其摩爾吸光系數為 6.7×104 L/mol.cm ，最低檢出濃度 0.01mg/L。由于使用劇毒試劑氰化鉀以及氯仿還有繁瑣的萃取操作限制了雙硫腙法使用。用 Tween-20膠束- 雙硫腙顯色體系來測定痕量鉛，使得操作簡單可以在水相中測定鉛，避免了氰化鉀和氯仿的使用，獲得較好的結果，線性范圍0.06-60mg/L ，檢出限可以達到 10ug/L 。也有學者用 Amberlite XAD-1180柱富集分離雙硫腙和鉛的絡合物，可以使檢出限達到3.5ug/L 。動力學光度法其基本原理為利用某一化學反應的速度與催化劑濃度、活化劑濃度、阻抑劑濃度、解除劑濃度等存在的函數關系進行測定。 質譜法是將待測物質的分子轉變成帶電粒子，利用穩定的磁場（或交變電場）使帶電粒子按照核質比的大小順序分離開來，并形成可以檢測的譜圖。在重金屬檢測中一般使用等離子體質譜法（ICP-MS），將電感藕合等離子體與質譜聯用，利用電感藕合等離子體使樣品汽化，將待測金屬分離出來，從而進人質譜進行測定。 ICP-MS可通過離子荷質比進行無機元素的定性、 定量分析，可與高效液相色譜、氣相色譜、毛細管電泳等進樣或分離技術聯用，具有比原子吸收法更低的檢測限，是痕量元素分析領域中最先進的方法，具有靈敏度高，精密度好，檢出限非常低（可以達 ppt 或 ppq 級）等優點，分析曲線的線性范圍更寬，干擾少等優點，可用于除汞以外的絕大多數重金屬的測定。但其價格昂貴，易受污染，推廣應用受到限制，目前ICP-MS的應用還僅僅局限在研究中。電化學分析法是一種根據物質在溶液中的電化學性質及其變化來確定其組成與濃度的方法。電化學分析法檢測重金屬主要包括伏安法、極譜法和離子選擇性電極法等。電化學分析的測量信號是電導、電位、電流、電量等電信號，所以電化學分析的儀器裝置較為簡單，易于自動化和連續分析，是一種公認的快速、靈敏、準確的微量和痕量分析方法。它的檢測限低10-12，而且儀器簡單，價格低廉。伏安法和極譜法雖然有很低的檢測下限， 但是其檢測條件苛刻， 儀器操作難，所以實際檢測中運用并不多。以極譜法為例，試樣經消解后，鉛以離子形態存在。在酸性介質中，Pb2+與 I-形成的 [PbI4]2-絡合離子具有電活性， 在滴汞電極上產生還原電流。峰電流與鉛含量呈線性關系，以標準系列比較定容。用示波極譜儀在峰電位 -470 mV 處記錄鉛的峰電流。用標準曲線法計算試樣中鉛的含量。極譜法的檢出限為0.085mg/kg 。極譜法設備較廉價，檢測速度快，操作簡單，但檢出限偏高，重現性較差。而離子選擇性電極法是通過測量電極電位來測定離子活度的一類電化學方法，其所需儀器設備便攜價廉，分析操作簡單單快速，測量線性范圍廣，選擇性和靈敏度較高，因此可現場分析。仍處于發展階段，運用不夠成熟，有待完善。石英晶體微天平是一種基于壓電效應的高靈敏質量傳感器 （靈敏度可達 ng 級），裝置簡單，使用方便，已廣泛應用于生物化學傳感檢測，金納米粒子較大的團簇質量為以石英晶體微天平為代表的質量敏感型傳感器提供了高靈敏度的物質基礎。目前基于石英晶體微天平的納米金探針檢測重金屬已有一定的研究，此方法不僅具有靈敏度高、選擇性好的特點，而且方法簡單、快速、成本低、便于現場分析因而便于普及。已有報道通過在石英晶體微天平表面形成納米復合物引起質量變化來檢測溶液中的痕量重金屬離子。其做法是先讓金屬離子在羧基修飾的 QCM表面進行絡合吸附，然后加入羧基修飾的金納米粒子，使之與 QCM表面吸附的重金屬離子結合，在 QCM 表面形成一層三明治結構的納米復合物， 引起 QCM諧振頻率明顯下降， 從而實現定量檢測。該方法大大提高了 QCM 檢測重金屬離子的靈敏度，且具有重現性好、傳感器易再生等特點。電感耦合等離子體發射光譜儀 （ICP）在鉛的特征譜線處有吸收，在一定濃度范圍內， 其吸收值與鉛含量成正比，通過標準曲線法確定試樣中鉛含量。ICP法的檢出限可達 0.1～1 μg/g。ICP 分析速度快，可以同時快速分析多種元素，檢出限低，標準曲線的線性范圍寬，可達 4～6個數量級，樣品消耗少。通過和其它檢測方法聯用，檢出限可達更低的數量級，重復性更好。因此ICP 被廣泛應用于醫藥衛生、食品安全、地質冶金等眾多領域。但是ICP 設備昂貴，制樣復雜，儀器消耗大量的氬氣，不能普遍推廣。展望在工業高速發展的現代，對環境的保護顯得尤為重要。 為了對重金屬離子的污染程度進行科學的評價及治理， 需要對水體中的重金屬離子含量進行現場、實時分析。納米材料是指顆粒直徑為納米量級（0.1-100nm）的粒子及由其聚集而成的納米固體材料。它們處于原子簇和宏觀物體之間的過度區，處于微觀體系和宏觀體系之間，由于粒徑小，表面曲率大，使得納米顆粒具有小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應特性。金納米探針在分析檢測中已逐漸受到關注。
納米金探針最早出現于 1996 年，當年美國西北大學的 Mirkin 教授等將巰基修飾后的寡核苷酸通過 Au-S 鍵共價結合在納米金表面，組裝成納米金探針，應用于基因檢測， 基于此平臺， 利用納米金探針檢測重金屬離子開始受到關注，目前國內外在這方面的研究已有一些進展， 它在檢測重金屬離子所表現出的優越性備受肯定，是一種簡便、快速的方法，前景也十分可觀。金納米粒子比色法檢測重金屬，通過重金屬離子或其他大分子調節納米粒子之間的距離，會引起吸收峰的位移。在檢測鉛方面，使用DNA剪切酶來控制納米金粒子的距離已實現比色是運用較多的方法。雙鏈基板鏈與核酶形成的雙鏈 DNA修飾的金納米，因靜電排斥力和空間位阻，成分散狀態，呈現紅色，遇到鉛離子后，發生特異性酶反應，雙鏈斷開，納米金探針表面只剩單鏈，變為聚集狀態，由紅色變紫色。
此法與早期的通過酶反應破壞 DNA交聯劑使納米金由聚集態轉為分散態相比，檢測限明顯降低，可達 100nM，而且技術更簡單，因為不需要控制聚集態的穩定性。發展十分迅速的利用納米金的非線性光學性質―共振瑞利散射來測定自來水的重金屬， 是一種簡便靈敏的分析技術，其分析測定在一臺普通的熒光光度計上就可加以實現。該法具有較高的靈敏性和選擇性，可以快速簡單，可靠地監測水中的重金屬。共振光散射法雖在分析化學中得到廣泛應用，但其理論研究不足，對方法的具體應用中出現的一些現象尚不能圓滿解釋。 近期已發展成熟表面增強拉曼光譜技術使納米金檢測重金屬離子靈敏度有了極大的提高， 但是目前只能進行定性或半定量檢測，此法有望發展成為痕量重金屬離子檢測的高靈敏度技術之一。此外還有基于金納米粒子的電化學檢測法，比如用納米金修飾電極的進行電化學檢測和納米金放大的電化學檢測法等。目前國內檢測水中重金屬元素還主要在實驗室進行，對要分析的區域進行現場采樣， 然后帶回實驗室用分析儀器進行分析。這只能靜態的表現某點水樣中重金屬的污染情況，而且水體基體復雜，運用儀器進行分析時還需要進行復雜的前處理，這個過程易引入其他干擾物質，其分析結果的準確度以及數據的可靠性受到質疑，滿足不了目前水質監測的形式需要。隨著科學技術的不斷發展， 痕量鉛的分析檢測技術也在不斷地更新、完善和迅速發展，尤其是快速檢測技術更能適應現代高效、快速的節奏和滿足社會的要求。 儀器分析法可以保證數據的精確性和準確性，但其流程仍比較煩瑣。盡管以納米金進行分析的方法及其它速測技術的開發過程需投入較長時間的研究， 但因其具有操作簡單、 檢測快速、靈敏度高、特異性強、價廉、樣品所需量少等優點，適合現場分析檢測。總之，納米探針快速檢測痕量鉛技術的快速、靈敏、簡便等優點，使之在環境檢測中有著廣泛的應用價值和發展前景。
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發布日期：2021-10-28
