簡述環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中常用儀器設(shè)備

朱艷華 陳永秀 王 珊

包頭市環(huán)境監(jiān)測(cè)站

簡述環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中常用儀器設(shè)備

朱艷華 陳永秀 王 珊

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本文以采樣、前處理、分析這一過程為主線，介紹了環(huán)境監(jiān)測(cè)中常用的儀器設(shè)備，展望了儀器設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì)。

環(huán)境監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)設(shè)備；分析儀器

1 引言

隨著我國監(jiān)測(cè)工作的不斷深入與拓展，監(jiān)測(cè)形式的多樣化，監(jiān)測(cè)中使用的采樣設(shè)備和分析中用的儀器也越來越多樣化。從傳統(tǒng)的化學(xué)分析中所使用的玻璃器皿到儀器分析中所使用的各類儀器，都得到了更新和發(fā)展。近年來儀器的聯(lián)用技術(shù)、遙感遙測(cè)技術(shù)等也在環(huán)境監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。便攜儀器的發(fā)展則為應(yīng)急監(jiān)測(cè)提供了有力手段。自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的發(fā)展則滿足了對(duì)環(huán)境狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[1-3]。本文以環(huán)境樣品從采樣到分析這一過程為主線，在整個(gè)過程中涉及的儀器設(shè)備分類介紹，以便能對(duì)其有一系統(tǒng)的了解。

2 采樣儀器設(shè)備

按環(huán)境要素分為采集固體、液體、氣體和噪聲四大類樣品。

固體樣品主要為土壤、底泥（或污泥）和固體廢棄物，可采用土壤采樣器、底泥采樣器，根據(jù)需要和樣品類型可配備鋼鏟、刮刀和不同鉆頭（如黏土鉆、壤土鉆、沙土鉆、筒型泥炭鉆等）。

水樣采樣器材主要是水質(zhì)采樣器、采樣桶、裝水樣的器皿，根據(jù)分析項(xiàng)目的不同可選用玻璃或聚四氟乙烯材質(zhì)器皿。

氣體樣品所用工具較多，主要有降塵缸、顆粒物采樣器、大氣采樣器、煙塵采樣器、煙塵煙氣采樣器。根據(jù)測(cè)定項(xiàng)目，選擇不同材質(zhì)的濾膜或?yàn)V筒測(cè)定大氣中的重金屬或有機(jī)污染物。

噪聲為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，用噪聲儀測(cè)定。

除此以外，用于采樣現(xiàn)場(chǎng)的還有風(fēng)速儀、溫度計(jì)、氣壓表，以記錄采樣時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況。

3 前處理儀器設(shè)備

樣品采集后，往往要經(jīng)過消解、浸提、純化、濃縮等過程，才能滿足樣品特定項(xiàng)目的分析。樣品中有機(jī)污染物和無機(jī)污染物提取過程不同，所用儀器設(shè)備不同，分類介紹如下：

3.1 無機(jī)污染物的前處理儀器設(shè)備

無機(jī)污染物主要是銅、鋅、鉛、鎘、鉻等重金屬。土壤樣品要經(jīng)過風(fēng)干、研磨、消解的提取過程；清潔水樣可不經(jīng)過消解直接分析，污水水樣要經(jīng)過消解；氣體中的重金屬污染物被富集在濾膜或?yàn)V筒上，需經(jīng)過消解后分析。在此過程中，用到的儀器有土壤干燥箱、球磨機(jī)、勻漿機(jī)、粉碎機(jī)、消解儀（可選電熱板、熱消解儀、自動(dòng)消解儀、微波消解儀、石墨消解儀等）。

3.2 有機(jī)污染物的前處理儀器設(shè)備

有機(jī)污染物主要為農(nóng)藥類、苯系物類、硝基苯類、氯代苯類、多環(huán)芳烴類等污染物。環(huán)境樣品要經(jīng)過浸提、純化、富集濃縮過程。浸提儀器有射流萃取儀、索氏提取器、快速溶劑萃取、固相微萃取、固相萃取等；純化儀器有亞沸蒸餾器、離心機(jī)、冷凍干燥機(jī)、凝膠凈化儀等；富集濃縮的儀器有氮吹儀、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、定量濃縮儀等。

除此外，實(shí)驗(yàn)室常備的設(shè)備還有加熱設(shè)備：電熱干燥箱、馬弗爐、恒溫油浴、恒溫水浴、電爐、電熱套、攪拌器、超聲波清洗器、純水機(jī)、冰箱、高壓滅菌鍋等。

4 分析儀器設(shè)備

分析方法原理不同，所用儀器設(shè)備不同。以分析方法介紹相應(yīng)儀器設(shè)備。

4.1 化學(xué)分析法

是以特定的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法，分重量分析法和容量分析法兩類。所用儀器主要是天平和自動(dòng)滴定儀。

4.2 電化學(xué)分析法

通常將被測(cè)物質(zhì)溶液構(gòu)成一個(gè)化學(xué)電池，然后通過測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)或測(cè)量通過電池的電流、電量等物理量的變化來確定被測(cè)物的組成和含量。所用儀器為pH計(jì)、電導(dǎo)率儀。

4.3 光學(xué)分析法

朗伯-比爾定律：即當(dāng)一束單色光通過含有吸光物質(zhì)的溶液后，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及吸收層厚度成正比。儀器主要為（紫外）分光光度計(jì)。

紅外吸收光譜法：當(dāng)紅外光照射到樣品時(shí)被樣品分子吸收，引起分子振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，產(chǎn)生的連續(xù)吸收光譜稱為紅外吸收光譜。根據(jù)每一種官能團(tuán)和化合物所具有的特異吸收光譜而對(duì)其定性。儀器主要是紅外分光測(cè)油儀，總氮測(cè)定儀等。

原子吸收光譜法：從儀器光源輻射出具有待測(cè)元素特征譜線的光，通過試樣蒸氣時(shí)被蒸氣中待測(cè)元素基態(tài)原子所吸收，通過輻射特征譜線光被減弱的程度來測(cè)定試樣中待測(cè)元素的含量。儀器為原子吸收分光光度儀。

冷原子吸收測(cè)汞儀是由低壓汞燈發(fā)出波長為253.7nm特征譜線照射在吸收池內(nèi)的汞蒸氣上，被汞原子吸收后譜線強(qiáng)度減弱，根據(jù)減弱的強(qiáng)度計(jì)算汞的濃度。

原子熒光光譜法是通過測(cè)量待測(cè)元素的原子蒸氣在特定頻率輻射能激發(fā)下所產(chǎn)生的熒光發(fā)射強(qiáng)度，來測(cè)定待測(cè)元素含量的方法。原子熒光光度計(jì)是測(cè)定砷、汞、硒等元素的穩(wěn)定儀器。

發(fā)射光譜法：每一種元素的原子在火焰、電弧放電等激發(fā)光源下受激發(fā)時(shí)，便發(fā)出特有的原子光譜，檢查試樣光譜中是否出現(xiàn)該元素的特征譜線，便可以確定該元素的存在，這就是發(fā)射光譜的定性。定量分析基礎(chǔ)是沙義伯-洛馬金公式：I=aCb。電感耦合等離子發(fā)射光譜是目前測(cè)定金屬元素的重要儀器。

4.4 色譜分析法

其原理是使混合物中各組分在兩相（固定相和流動(dòng)相）間進(jìn)行分配，當(dāng)流動(dòng)相中所含混合物經(jīng)過固定相時(shí)，就會(huì)與固定相發(fā)生相互作用，由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，不同組分在固定相中滯留時(shí)間有長有短，從而按先后不同的次序從固定相中流出。

按兩相狀態(tài)可非為氣相色譜和液相色譜。

按固定相性質(zhì)和操作方式分柱色譜、紙色譜、薄層色譜。

按分離過程的物理化學(xué)原理分吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜，凝膠色譜。

4.5 質(zhì)譜分析法

質(zhì)譜是按照原子（分子）質(zhì)量的順序排列的圖譜。質(zhì)譜儀是基于電磁學(xué)原理設(shè)計(jì)而成的儀器。儀器中質(zhì)量分析器只能對(duì)帶電粒子起分離作用，因此要求將被研究的原子（分子）轉(zhuǎn)變成離子，儀器獲取的信息是離子的質(zhì)量m與電荷e之比即m/e，荷質(zhì)比用于定性，其強(qiáng)度用于定量。質(zhì)譜與氣相色譜、液相色譜、ICP等儀器聯(lián)用，應(yīng)用越來越廣泛。

5 結(jié)語

除上述方法外，還有氣質(zhì)、液質(zhì)、ICP-MS等聯(lián)用設(shè)備，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的越來越廣泛。分析儀器也向多功能、自動(dòng)化、智能化、專用型、小型化以及多維分離和聯(lián)用分析方向發(fā)展。在具體選擇環(huán)境污染分析方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)被測(cè)物的含量和存在形式、需要與可能、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備條件等因素綜合考慮，并盡可能選用實(shí)用的儀器設(shè)備。

[1]齊文啟,孫宗光,邊歸國.環(huán)境監(jiān)測(cè)新技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[2]中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.環(huán)境監(jiān)測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊(cè)[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2013.

[3]朱良漪,孫亦粱,陳耕燕.分析儀器手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997.

朱艷華（1982-）女，工程師，畢業(yè)于內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)，主要從事環(huán)境保護(hù)及環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。