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1. 原子吸收光譜法（AAS）
原理：原子吸收光譜法是20世紀50年代創立的一種新型儀器分析方法，它與主要用于無機元素定性分析的原子發射光譜法相輔相成，已成為對無機化合物進行元素定量分析的主要手段。這種方法根據被測元素的基態原子對其原子共振輻射的吸收強度來測定試樣中被測元素的含量。AAS法檢出限低，靈敏度高，精度好，分析速度快，應用范圍廣（可測元素達70多個），儀器較簡單，操作方便等。火焰原子吸收法的檢出限可達到10的負9次方級（10ug/L），石墨爐原子吸收法的檢出限可達到10ug/L，甚至更低。原子吸收光譜法的不足之處是多元素同時測定尚有困難。
分析過程：1、將樣品制成溶液（空白）；2、制備一系列已知濃度的分析元素的校正溶液（標樣）；3、依次測出空白及標樣的相應值；4、依據上述相應值繪出校正曲線；5、測出未知樣品的相應值；6、依據校正曲線及未知樣品的相應值得出樣品的濃度值。
進展：現在由于計算機技術、化學計量學的發展和多種新型元器件的出現，使原子吸收光譜儀的精密度、準確度和自動化程度大大提高。用微處理機控制的原子吸收光譜儀，簡化了操作程序，節約了分析時間。現在已研制出氣相色譜—原子吸收光譜（GC-AAS）的聯用儀器，進一步拓展了原子吸收光譜法的應用領域。
2. 原子熒光法（AFS）
原理：原子熒光光譜法是通過待測元素的原子蒸氣在特定頻率輻射能激發下所產生的熒光發射強度來測定待測元素含量的一種分析方法。原子熒光光譜法雖是一種發射光譜法，但它和原子吸收光譜法密切相關，兼有原子發射和原子吸收兩種分析方法的優點，又克服了兩種方法的不足。原子熒光光譜具有發射譜線簡單，靈敏度高于原子吸收光譜法，線性范圍較寬干擾少的特點，能夠進行多元素同時測定。原子熒光光譜法的檢出限比原子吸收法要低，譜線清洗干擾少，靈敏度較高，線性范圍大，但是測定的金屬種類有限。
適用：原子熒光光譜儀可用于分析汞、砷、銻、鉍、硒、碲、鉛、錫、鍺、鎘鋅等11種元素。現已廣泛用環境監測、醫藥、地質、農業、飲用水等領域。
進展：現已研制出可對多元素同時測定的原子熒光光譜儀，它以多個高強度空心陰極燈為光源，以具有很高溫度的電感耦合等離子體（ICP）作為原子化器，可使多種元素同時實現原子化。多元素分析系統以ICP原子化器為中心，在周圍安裝多個檢測單元，與空心陰極燈一一成直角對應，產生的熒光用光電倍增管檢測。光電轉換后的電信號經放大后，由計算機處理就獲得各元素分析結果。
3. 紫外-可見分光光度法（UV）
檢測原理：重金屬與顯色劑—通常為有機化合物，可與重金屬發生絡合反應，生成有色分子團，溶液顏色深淺與濃度成正比。在特定波長下，比色檢測。
適用：分光光度分析有兩種，一種是利用物質本身對紫外及可見光的吸收進行測定；另一種是生成有色化合物，即“顯色”，然后測定。雖然不少無機離子在紫外和可見光區有吸收，但因一般強度較弱，所以直接用于定量分析的較少。加入顯色劑使待測物質轉化為在紫外和可見光區有吸收的化合物來進行光度測定，這是目前應用廣泛的測試手段。顯色劑分為無機顯色劑和有機顯色劑，而以有機顯色劑使用較多。大多數有機顯色劑本身為有色化合物，與金屬離子反應生成的化合物一般是穩定的螯合物。顯色反應的選擇性和靈敏度都較高。有些有色螯合物易溶于有機溶劑，可進行萃取浸提后比色檢測。
進展：近年來形成多元配合物的顯色體系受到關注。多元配合物的指三個或三個以上組分形成的配合物。利用多元配合物的形成可提高分光光度測定的靈敏度，改善分析特性。顯色劑在前處理萃取和檢測比色方面的選擇和使用是近年來分光光度法的重要研究課題。
4. X射線熒光光譜法（XRF）
檢測原理：X射線熒光光譜法是利用樣品對x射線的吸收隨樣品中的成分及其多少變化而變化來定性或定量測定樣品中成分的一種方法。它具有分析迅速、樣品前處理簡單、可分析元素范圍廣、譜線簡單，光譜干擾少，試樣形態多樣性及測定時的非破壞性等特點。它不僅用于常量元素的定性和定量分析，而且也可進行微量元素的測定，其檢出限多數可達10-6。與分離、富集等手段相結合，可達10-8。測量的元素范圍包括周期表中從F-U的所有元素。多道分析儀，在幾分鐘之內可同時測定20多種元素的含量。
適用：x射線熒光法不僅可以分析塊狀樣品，還可對多層鍍膜的各層鍍膜分別進行成分和膜厚的分析。
當試樣受到x射線，高能粒子束，紫外光等照射時，由于高能粒子或光子與試樣原子碰撞，將原子內層電子逐出形成空穴，使原子處于激發態，這種激發態離子壽命很短，當外層電子向內層空穴躍遷時，多余的能量即以x射線的形式放出，并在外層產生新的空穴和產生新的x射線發射，這樣便產生一系列的特征x射線。特征x射線是各種元素固有的，它與元素的原子系數有關。所以只要測出了特征x射線的波長λ，就可以求出產生該波長的元素。即可做定性分析。在樣品組成均勻，表面光滑平整，元素間無相互激發的條件下，當用x射線（一次x射線）做激發原照射試樣，使試樣中元素產生特征x射線（熒光x射線）時，若元素和實驗條件一樣，熒光x射線強度與分析元素含量之間存在線性關系。根據譜線的強度可以進行定量分析。
5. 電化學法—陽極溶出伏安法
檢測原理：電化學法是近年來發展較快的一種方法，它以經典極譜法為依托，在此基礎上又衍生出示波極譜、陽極溶出伏安法等方法。電化學法的檢測限較低，測試靈敏度較高，值得推廣應用。如國標中鉛的測定方法中的第五法和鉻的測定方法的第二法均為示波極譜法。
陽極溶出伏安法是將恒電位電解富集與伏安法測定相結合的一種電化學分析方法。這種方法一次可連續測定多種金屬離子，而且靈敏度很高，能測定10-7～10-9mol/L的金屬離子。此法所用儀器比較簡單，操作方便，是一種很好的痕量分析手段。我國已經頒布了適用于化學試劑中金屬雜質測定的陽極溶出伏安法國家標準。
方法：陽極溶出伏安法測定分兩個步驟。第一步為“電析”，即在一個恒電位下，將被測離子電解沉積，富集在工作電極上與電極上汞生成汞齊。對給定的金屬離子來說，如果攪拌速度恒定，預電解時間固定，則m=Kc，即電積的金屬量與被測金屬離子的濃度成正比。第二步為“溶出”，即在富集結束后，一般靜止30s或60s后，在工作電極上施加一個反向電壓，由負向正掃描，將汞齊中金屬重新氧化為離子回歸溶液中，產生氧化電流，記錄電壓-電流曲線，即伏安曲線。曲線呈峰形，峰值電流與溶液中被測離了的濃度成正比，可作為定量分析的依據，峰值電位可作為定性分析的依據。
進展：示波極譜法又稱“單掃描極譜分析法”。一種極譜分析新方法。它是一種快速加入電解電壓的極譜法。常在滴汞電極每一汞滴成長后期，在電解池的兩極上，迅速加入一鋸齒形脈沖電壓，在幾秒鐘內得出一次極譜圖，為了快速記錄極譜圖，通常用示波管的熒光屏作顯示工具，因此稱為示波極譜法。其優點：快速、靈敏。
6. 電感耦合等離子體法
(1)電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）
高頻感應電流產生的高溫將反應氣加熱、電離，利用元素發出的特征譜線進行測定譜線強度與重金屬量成正比。ICP-AES法靈敏度高，干擾小，線性范圍寬，可同時或順序測定多種金屬元素（Cd，Hg）。
(2)電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）
將電感耦合等離子體與質譜聯用，利用電感耦合等離子體使樣品汽化，將待測金屬分離出來，從而進入質譜進行測定，通過離子荷質比進行無機元素的定性分析、半定量分析、定量分析，同時進行多種元素及同位素的測定，具有比原子吸收法更低的檢出限，是痕量元素分析領域中最先進的方法，單價格昂貴，易受污染。
7. 高效液相色譜法（HPLC）
高效液相色譜是色譜法的一個重要分支，以液體為流動相，采用高壓輸液系統，將具有不同極性的單一溶劑或不同比例的混合溶劑、緩沖液等流動相泵入裝有固定相的色譜柱，在柱內各成分被分離后，進入檢測器進行檢測，從而實現對試樣的分析。目前很多研究者將高效液相色譜法用于重金屬離子的檢測，并取得了一定的研究進展。痕量金屬離子與有機試劑形成穩定的有色絡合物，然后用高效液相色譜法分離，紫外可見檢測器檢測，可實現多元素同時測定。但是絡合劑選擇有限，給該方法帶來一定的局限性。
8. 酶分析法
酶分析法的基本原理是重金屬離子對于某些酶的活性中心具有特別強的親和力，與之結合后會改變酶活性中心的結構與性質，引起酶活性下降，從而使底物—酶系統產生一系列的變化，諸如試顯色劑的顏色、電導率、pH值和吸光度等發生變化，這些變化可以直接用肉眼加以辨別或者是通過電信號、光信號被檢測到，從而可以判斷重金屬的存在或者測定其濃度。目前已經有多種酶用于重金屬離子的測定，如脲酶、磷酸酯酶、過氧化氫酶、葡萄糖氧化酶等，最常用的是脲酶。
9. 免疫分析法
免疫分析法是一種特異性和靈敏度都較高的分析方法，在環境分析領域有著較高的應用價值，用其分析重金屬離子要進行兩方面的工作：一是選擇合適的化合物與重金屬離子結合，獲得一定的空間結構，產生反應原性；二是將與重金屬離子結合的化合物連接到載體蛋白上，產生免疫原性。其中選擇合適與重金屬離子結合的化合物是能否制備出特異性抗體的關鍵。
10. 生物傳感器
生物傳感器利用生物識別物質與待測物質結合，發生的變化通過信號轉換器轉化成易于捕捉和檢測到的電信號或者光信號等，通過檢測電信號、光信號或者其它信號等來判斷待測物質的量。酶生物傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器、DNA傳感器、細胞傳感器等在重金屬檢測方面都有應用。
