現(xiàn)代儀器分析及其在水質分析中的應用

楊 芹

四川成都岷江自來水廠，四川成都 610200

1 儀器分析方法的發(fā)展

分析化學是提供物質中元素或化合物組成和含量的科學和技術，通過測量與待測組分有關的某種化學和物理性質獲得物質的定性和定量結果。原子能、半導體、微電子器件等新型材料科學和環(huán)境科學、生物科學等新興學科的發(fā)展，一方面對分析化學提出了更高的要求，另一方面也促進了分析化學的發(fā)展?；瘜W家們開始利用經典分析化學方法中沒有運用的現(xiàn)象，如測定被測物質的電導、電位、光的吸收或發(fā)射、質荷比、熒光等性質來解決無機化學、有機化學和生物化學中的分析問題。

隨著微電子和計算機技術的廣泛應用，以及科學領域新成就的不斷引入，作為分析化學重要組成部分的儀器分析，由以化學分析為主的經典分析化學發(fā)展為以儀器分析為主的現(xiàn)代分析化學。它不僅能提供物質的組成和含量信息，而且成為強有力的科學研究手段。

儀器分析與經典分析方法相比較，具有重現(xiàn)性好、靈敏度高、分析速度快、試樣用量少、檢出限低等特點。儀器分析方法一般分為光學分析法、電化學分析法、熱分析法、放射化學分析法和分離方法。

光學分析法是基于檢測能量與待測物質作用后產生的輻射信號或所引起的變化的分析方法。根據(jù)物質與輻射能作用時有沒有能級躍遷可將光學分析法分為光譜法和非光譜法。根據(jù)能量作用的對象不同又分為原子光譜和分子光譜。

電化學分析法是根據(jù)物質在溶液中的電學及電化學性質，如電位、電荷、電流、電阻等電信號及其變化來測定物質的組分含量的分析方法。如電導儀用來測定水的電導率，pH計或離子計測定水樣的氫離子或其他離子濃度，利用滴定終點時溶液的電位突躍指示滴定終點的電位滴定法等。

熱分析法是測定某些性質，如質量、體積、熱導或反應熱與溫度之間的動態(tài)關系。它可用于成分分析和熱力學分析、化學反應機理方面的研究。

放射化學分析法是利用核衰變過程中所產生的放射性輻射來進行分析的方法。如將放射性同位素作為示蹤原子用于污染物的遷移轉化研究。

分離方法是利用儀器方法(如色譜法、電泳法)來分離和分析那些在結構、性質上十分相近的化合物，主要基于色譜法和電泳技術。水樣中結構、性質相近的組分通過色譜分離后，可根據(jù)需要分別定性和定量測定各組分的性質，如熱導、電導、對紫外和紅外輻射的吸收、熒光等。將色譜法與各種現(xiàn)代儀器方法聯(lián)用是解決復雜物質的分離和分析問題的最有效手段，也是儀器分析的一個重要發(fā)展方向。

2 分析儀器

分析儀器的作用是把通常不能被人直接檢測和理解的信號轉變成可以被人檢測和理解的形式。因此分析儀器是被研究體系和科學工作者之間的通信工具。

不同的分析方法對應不同的分析儀器，不管它們的復雜程度如何，分析儀器一般包括四個基本組件：信號發(fā)生器、輸入換能器或檢測器、信號處理器和輸出換能器或讀出裝置。

信號發(fā)生器的作用是從試樣組分產生分析信號，它可以是試樣本身，但是在許多儀器中，信號發(fā)生器都比較復雜，如紫外分光光度計的信號發(fā)生器，除了試樣以外，還有紫外輻射源、單色器、光速切光器等；檢驗器是將一種類型的信號轉變成另一種類型信號的器件，如在分光光度計中的光電管，是將光能轉變成電能的器件；信號處理器是將從檢測器出來的信號進行加工，例如對電信號進行放大、衰減、積分、微分、相加等，也可通過整流使其變?yōu)橹绷餍盘?，或將其轉變成交流信號；讀出器件是將從處理器出來的放大信號轉變成一種可以被人讀出的信號，它的形式有表頭、記錄儀、示波器、指針或標尺和數(shù)字器件等。

3 儀器分析在水質分析中的應用

隨著科學技術的進步，現(xiàn)代化手段在水質監(jiān)測分析中得到了廣泛應用。分析方法從分光光度法、電位法發(fā)展到原子吸收法、原子熒光光譜法、氣相色譜法和液相色譜法等；手動和半自動實驗方法、分析儀器也正逐步被計算機控制技術與網絡通信技術融合的在線或自動分析檢測所代替?，F(xiàn)代分析儀器為水質分析檢測和科學研究提供了強有力的手段，目前水質分析呈現(xiàn)出向儀器分析方向發(fā)展的趨勢。

除常規(guī)分析儀器應用于水質分析外，為滿足水質分析項目的特殊需要，一些水質專用測量儀器也相繼出現(xiàn)。主要有以下幾種。

1）濁度儀：利用光透過法、光散射法等測定水樣混濁程度的儀器；

2）油分測定儀：利用紅外吸收法、濁度法、紫外吸收法或熒光法原理開發(fā)的專用于油分測定的儀器；

3）測汞儀：以原子熒光法和冷原子吸收法為測定原理，專用于測量汞元素的儀器；

4）生化需氧量(BOD)測定儀：用測壓式和生物膜電極測量水樣中氧的消耗量的儀器；

5）化學需氧量(COD)測定儀：根據(jù)COD的化學測量方法，利用分光光度法檢測分；

6）總需氧量(TOD)測定儀：將一定體積的待測水樣連同含有已知濃度氧的載氣一起通人燃燒管中，在高溫、催化的條件下進行燃燒，消耗了載氣中的部分氧，使氧的濃度降低，再用氧氣檢測器測出剩余的氧濃度，然后將該濃度與已知濃度的標準液耗氧量進行比較，求出TOD值。

另外，在水樣預處理中，固相萃取器、微波消解器、超聲波清洗器等也得到廣泛應用?？梢钥吹絻x器分析方法在水質分析中得到了廣泛的應用。

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