便攜式分析儀器在環(huán)境空氣、水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)展

董慶鵬，趙 冰，任 鑫，孟憲龍

(山東安和安全技術(shù)研究院有限公司，山東 濱州 256600)

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加速，由此帶來的環(huán)境問題已成為制約人類社會(huì)發(fā)展的主要因素之一[1-2]。環(huán)境污染和環(huán)境質(zhì)量已成為公眾關(guān)注、政府關(guān)切的熱點(diǎn)話題和議題，環(huán)境質(zhì)量檢測工作也受到前所未有的重視。在環(huán)境監(jiān)測工作中，如對(duì)污染物的鑒別、篩查、定性定量等，分析儀器起到了至關(guān)重要的作用。分析儀器的種類涵蓋廣泛，按照其原理進(jìn)行分類，可分為色譜儀器、質(zhì)譜儀器、光譜儀器等，隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，分析儀器的發(fā)展極為迅速，趨向于快速、聯(lián)用、多種類同時(shí)測定等方向發(fā)展[3-4]。便攜式儀器具有操作靈活簡便、快速測定、便于攜帶等特點(diǎn)，同時(shí)兼顧高靈敏度和高準(zhǔn)確度，在環(huán)境監(jiān)測工作中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文綜述了當(dāng)前便攜式分析儀器在環(huán)境空氣、水質(zhì)監(jiān)測工作中的應(yīng)用以及將來的發(fā)展趨勢(shì)，以期為相關(guān)研究人員提供借鑒與參考。

1 便攜式分析儀器在環(huán)境空氣監(jiān)測中的應(yīng)用

隨著工業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致污染物廣泛存在于環(huán)境空氣之中，污染物種類繁多，涵蓋多種高毒性、持久性物質(zhì)，如何快速準(zhǔn)確地對(duì)其進(jìn)行定性定量對(duì)于保護(hù)環(huán)境、保障人類健康有著重要意義[5]。在環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測工作中，便攜式氣相色譜(GC)及便攜式氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)應(yīng)用最為廣泛，發(fā)揮著不可替代的重要作用，其技術(shù)發(fā)展也日趨成熟。

潘揚(yáng)昌等[6]建立了雙柱串聯(lián)-便攜式GC測定室內(nèi)空氣中苯系物的方法。經(jīng)快速采集并熱解吸進(jìn)樣后，以微亞離子檢測器(MAID)對(duì)室內(nèi)空氣中7種苯系物進(jìn)行測定。結(jié)果表明，方法檢出限低至6.40～15.9 μg/m3，回收率在92%～114%。雙柱串聯(lián)便攜式GC法測定室內(nèi)空氣中苯系物具有準(zhǔn)確、快速、方便等優(yōu)點(diǎn)。賈立明等[7]通過優(yōu)化便攜式GC-MS測定參數(shù)和采樣質(zhì)量控制，采用內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析，對(duì)空氣中甲硫醇和甲硫醚進(jìn)行了快速測定。加標(biāo)回收率在75.5%～110.7%，方法采用Survey監(jiān)測模式，可有效降低干擾。朱海豹等[8]采用便攜式GC-MS儀手持探頭直接采樣測定了空氣中35種揮發(fā)性有機(jī)污染物，方法檢出限低，精密度和準(zhǔn)確度均滿足實(shí)際工作需求。宋祖華等[9]采用便攜式GC-MS快速測定了固定污染源廢氣中的32種揮發(fā)性有機(jī)物，并對(duì)氣袋和玻璃注射器采樣法對(duì)結(jié)果的影響進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明無顯著性差異。孫曉慧等[10]研究了便攜式頂空-GC-MS-定量環(huán)測定固廢中54種高濃度揮發(fā)性有機(jī)物的方法。實(shí)際固廢樣品的復(fù)雜性未對(duì)VOCs的測定產(chǎn)生干擾，與實(shí)驗(yàn)室吹掃捕集/GC-MS法相比，二者相對(duì)偏差小于20%。

2 便攜式分析儀器在水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用

對(duì)于水中揮發(fā)性有機(jī)污染物的快速檢測，便攜式GC-MS同樣發(fā)揮著不可替代的作用。封躍鵬等[11]利用便攜式頂空-氣相色譜-質(zhì)譜(HS-GC-MS)對(duì)水中苯系物、鹵代烴和氯代苯等揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行了快速測定，目標(biāo)化合物分離情況良好，RSD為0.7%～13%，回收率為76%～130%，準(zhǔn)確度與常規(guī)檢測方法相當(dāng)。邵昶銘等[12]采用頂空便攜式GC-MS快速測定了水中7種苯系物，該方法快速、準(zhǔn)確，重復(fù)性好。方法的回收率為94.15%～98.67%，檢出限低至0.031～0.094 μg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.32%～4.88%。

在水質(zhì)快速監(jiān)測工作中，便攜式溶解氧測定儀[13]、便攜式酸度計(jì)[14]、便攜式COD測定儀[15]等儀器已得到廣泛應(yīng)用，便攜式分光光度計(jì)亦得到推廣使用。便攜式分光光度計(jì)具備常規(guī)分光光度計(jì)的所有功能，理論上可以完成所有基于分光光度法的檢測項(xiàng)目，其體積小、重量輕，便于攜帶，成本低、操作簡單，準(zhǔn)確度和精密度可滿足快速監(jiān)測要求。劉金巍等[16]用便攜式分光光度計(jì)現(xiàn)場測定鉻污染地下水中的總鉻、Cr6+和Cr3+。通過條件優(yōu)化，該方法線性范圍寬，在0～1600 μg/L內(nèi)線性良好，方法檢出限低至12.5 μg/L。實(shí)際樣品的RSD為4.4%～8.2%。該方法與標(biāo)準(zhǔn)方法相對(duì)偏差為-4.4%～4.3%。彭雄等[17]采用便攜式分光光度法現(xiàn)場快速測定了水中余氯。以高錳酸鉀為標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，采用濁度色度校正液扣除法消除濁度與色度干擾，采用內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)工作曲線直接得出檢測結(jié)果。結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)選用恰當(dāng)，消除濁度色度方法簡便有效，內(nèi)置工作曲線法測得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確穩(wěn)定，可作為余氯現(xiàn)場快速監(jiān)測及應(yīng)急監(jiān)測的可靠技術(shù)方案。

重金屬監(jiān)測是環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測中的重要內(nèi)容。基于電化學(xué)傳感器技術(shù)的便攜式金屬測定儀已得到推廣應(yīng)用。嚴(yán)偉等[18]使用該類便攜式金屬測定儀測定環(huán)境水質(zhì)銅、鉛、鋅、鎘，結(jié)果表明，便攜式金屬測定儀方法檢測限、方法的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性及加標(biāo)回收率均符合滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，儀器靈敏度高，測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠、分析速度快、便攜易操作、測量參數(shù)種類易于擴(kuò)展，有利于環(huán)境水質(zhì)重金屬檢測及應(yīng)急監(jiān)測工作的高效開展。

3 結(jié)論及展望

近年來，除常規(guī)的便攜式GC、便攜式GC-MS的測定方法外，基于質(zhì)譜技術(shù)的新的便攜式儀器及其測定方法已被開發(fā)出來。例如，段煉等[19]利用我國聚光科技(杭州)有限公司生產(chǎn)的固相萃取-便攜式氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀(SPME-GC-MS/MS)現(xiàn)場測定了水中2-甲基異莰醇和土臭素。檢出限低至0.5 ng/L，回收率好，在91.5%～107.9%。該方法結(jié)合了SPME法的簡便快捷和串聯(lián)質(zhì)譜法高選擇性及高靈敏度特點(diǎn)，現(xiàn)場檢測性能可媲美實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)方法。劉巍等[20]設(shè)計(jì)了一種新型螺旋膜固相萃取進(jìn)樣裝置，并與便攜式單光子電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(SPI-TOF MS)，用于空氣中痕量苯系物的現(xiàn)場快速檢測。

對(duì)于水質(zhì)快速監(jiān)測，多功能的便攜式儀器的應(yīng)用是當(dāng)前的發(fā)展方向，例如，楊偉群等[21]利用我國軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院所生產(chǎn)的SJ2000型多功能水質(zhì)理化速測儀及速測試劑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多類型實(shí)際水樣中的氟化物、氰化物、氨氮和硝酸鹽含量的快速檢測，結(jié)果表明，水質(zhì)中的氟化物、氰化物、氨氮和硝酸鹽等指標(biāo)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.73%～6.83%，實(shí)際樣品加標(biāo)回收率在92%～104%。此類配備多種速測試劑的多參數(shù)水質(zhì)理化速測儀具有操作簡便快捷、選擇性強(qiáng)、可靠實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于復(fù)雜水樣的現(xiàn)場快速測定。

當(dāng)前，便攜式分析儀器已成為環(huán)境保護(hù)工作中不可或缺的重要的監(jiān)測手段，其儀器種類涵蓋廣泛，可應(yīng)用于多種類監(jiān)測項(xiàng)目，已在環(huán)境空氣、水質(zhì)監(jiān)測中得到推廣使用，有理由相信，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及環(huán)境保護(hù)工作的迫切需求，便攜式分析儀器必將在環(huán)境空氣、水質(zhì)監(jiān)測中發(fā)揮更為重要的作用。