基于現(xiàn)代儀器分析的環(huán)境無機分析化學研究

胡蓉蓉

（山西大同大學化學與環(huán)境工程學院，山西 大同 037009）

環(huán)境檢測是環(huán)境保護的基礎(chǔ)工作，通過檢測環(huán)境中各項信息數(shù)據(jù)，判斷當前環(huán)境污染程度大小，依據(jù)環(huán)境保護標準，擬定環(huán)境保護方案[1]。其中，環(huán)境無機分析難度較大，因其種類過多，樣本成分較為復雜，樣本成分不穩(wěn)定，含量較少，采用傳統(tǒng)的檢測方法很難獲得精準結(jié)果[2]。因此，引入現(xiàn)代儀器進行分析顯得尤為重要，本文將利用現(xiàn)代化儀器，提出環(huán)境無機分析化學研究。

1 環(huán)境無機分析化學特征

1.1 種類較多

現(xiàn)階段開展環(huán)境分析工作量較大，需要同時分析空氣、土壤、水、生物體等多種類型樣本。據(jù)統(tǒng)計，空氣污染源種類超過了300 種，除此之外，多氯聯(lián)苯異構(gòu)體種類高達200 多種[3]。因此，采用傳統(tǒng)的分析方法，需要耗費大量時間、人力資源完成此項工作，并且工作質(zhì)量較低，不利于環(huán)境工作部署與推行。

1.2 樣本成分復雜

隨著污染物種類的不斷增加，環(huán)境介質(zhì)組成成分日漸復雜，想要制作分析樣本難度較大，且增加了樣本成本。在實際工作開展中，需要對不同狀態(tài)下的同一種因素進行分析。例如，水成分分析，需要根據(jù)環(huán)境檢測要求，選取固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)中的一種或者幾種狀態(tài)下的樣本成分進行分析。

1.3 檢測成分含量較少

通過查閱大量文獻資料可知，以往開展實驗過程中，樣品檢測中成分含量比較低，加大了檢測工作開展難度，檢測不到或者檢測量偏少情況時有發(fā)生。因此，優(yōu)化檢測儀器是當前環(huán)境無機分析的重要工作內(nèi)容之一。

1.4 樣本成分穩(wěn)定性較差

從樣本自身化學成分特征、環(huán)境因素、樣本處理3 個層面分析，發(fā)現(xiàn)樣本成分穩(wěn)定性較差。第一，因樣本自身化學性質(zhì)不穩(wěn)定，容易與其他物質(zhì)發(fā)生化學反應，所以在處理樣本和分析樣本過程中，注意設(shè)備密封性等特性，選取滿足樣本處理需求的設(shè)備，從而避免其他因素對其造成干擾。第二，樣本周圍環(huán)境因素同樣容易對樣本成分穩(wěn)定性造成影響，結(jié)構(gòu)發(fā)生偏離，加大了樣本實驗分析難度，精準度很難提升。第三，在存放、隔離等操作過程中，多種因素融為一體，對樣本分析造成了障礙。

2 常見的現(xiàn)代儀器分析方法

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，帶動了環(huán)境有機分析發(fā)展，為了滿足有機分析，推出了多種現(xiàn)代儀器。

2.1 原子熒光法

通常情況下，該方法在水環(huán)境作業(yè)中應用較多，利用原子熒光法，檢測水環(huán)境中金屬元素，判斷這些元素的痕量是否超出標準，如果超出標準，立即采取措施加以處理，從而達到保護環(huán)境的目的。目前，利用此方法能夠檢測水中金屬混合物種類高達8 種，包括鍺、碲等，操作靈活、簡單，不會對基體質(zhì)量造成影響。我國部分工作人員將此檢測方法應用到人體殘骸檢測當中，通過檢測殘骸中的骨骼、毛發(fā)等，確定死者的死因。

2.2 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

該方法主要用來清潔水基體，確定水體中含有哪些金屬元素，并檢測生物樣品中所含元素等，以便為環(huán)境無機分析研究提供數(shù)據(jù)支撐。由于樣本元素類型逐漸增加，為了滿足有機分析需求，在不降低檢測質(zhì)量及工作效率的前提下，逐漸增加檢測元素，調(diào)節(jié)檢測設(shè)備參數(shù)及性能，以此增加檢測元素類別。

2.3 色譜分析法

該方法通過采取高速分離處理，將樣本中的不同物質(zhì)分離開來，以便樣本特性分析。在實際工作開展中，以物品不相容特性為依據(jù)，分別檢測樣本中各項元素指標數(shù)據(jù)，引入吸附能力、親和作用、元素系數(shù)等參數(shù)，綜合分析樣本化學特性，合理布局檢測試驗，得到樣本污染物物質(zhì)類別及含量大小，這對環(huán)境保護工作的開展幫助較大。另外，還可以利用此方法，對樣品進行定量和定性分析。目前，應用比較多的方法有高效液相分析法、氣相色譜法等。

2.4 離子色譜法

該方法主要對水環(huán)境進行檢測，通過分離陰離子和陽離子，實現(xiàn)溶液分離檢測。這種方法優(yōu)勢在于選擇性強，操作較為靈敏，能夠同時檢測多種水體成分。在實際工作開展中，可以利用電導檢測設(shè)備，測試水中離子濃度信息，從而確定二氧化硫等離子在某固定體積內(nèi)溶液濃度大小，經(jīng)過陽離子分離柱處理，得到環(huán)境有機參數(shù)測試結(jié)果。

2.5 流動性注射分析法

該方法消耗試劑量比較少，與傳統(tǒng)作業(yè)相比，利用該方法來分析環(huán)境無機化學成分工作效率更高一些，并且勞動強度較低，可以作為環(huán)境檢測主要工具。

2.6 分光光度法

該方法利用水質(zhì)自動檢測方式，通過調(diào)節(jié)分光光度，分別測試水環(huán)境中各項參數(shù)指標，取平均值作為測試結(jié)果，以此提高檢測精度。

3 現(xiàn)代儀器分析方法在環(huán)境無機分析化學中的應用研究

3.1 基于化學元素定量的應用

金屬元素和微量元素的占比，對于環(huán)境無機化學影響較大，對這些化學元素進行定量分析顯得尤為重要。目前，應用比較多的化學元素定量分析法為離子色譜法。本文以X-射線光譜定量為例，分別對某環(huán)境下鐵元素材料中K、Na、Pb、Zn 元素進行測定。

試驗方法：選取鐵材料混合溶劑作為實驗材料，在高溫處理下，形成非晶態(tài)共熔體。該材料結(jié)構(gòu)均勻，不存在復雜礦物質(zhì)，利用脫模劑處理材料，合理設(shè)置參數(shù)，采集試驗結(jié)果。見表1。

表1 試驗測試結(jié)果

通過觀察表1 中的測試結(jié)果可知，本文提出的X-射線光譜定量分析法，能夠準確定量分析環(huán)境中鐵材料各項化學元素，對環(huán)境檢測分析有很大幫助。如果測得鐵材料中某項指標超出了規(guī)定范圍，則認為該材料在今后開發(fā)中會對環(huán)境造成較大污染。依據(jù)檢測結(jié)果，可以擬定材料處理方法，或者放棄該環(huán)境下的鐵材料開采，以免造成環(huán)境污染。

3.2 基于污染分析的應用

水是人們生存不可缺少的資源，雖然我國經(jīng)濟水平有所提升，但是水污染問題日漸嚴重，一些工廠廢水、生活廢水處理不當，直接排入河道中，導致水污染嚴重。為了解決水污染問題，對水污染進行分析非常重要，通過分析水中各項元素含量大小，判斷當前檢測水是否遭受污染，如果遭受污染，根據(jù)超標元素類別，擬定水污染治理方案。目前，對水污染元素檢測應用比較多的方法為電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，本文以該方法為例，對水污染問題進行分析，開展水質(zhì)無機項目測定研究。

利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，對水中各項指標進行測試分析，以粉煤灰污染為核心展開測試研究。取適量待檢測水倒入試驗容器中，利用檢測設(shè)備采集水污染信息。測試結(jié)果表明，該樣本水中含有金屬元素超出標準，包括銅元素和鐵元素，判定該樣本水已經(jīng)遭受污染。在下一步工作計劃中，應該將取樣區(qū)域水污染治理作為環(huán)保工作開展重要區(qū)域。

3.3 基于環(huán)境檢測的應用

現(xiàn)代儀器的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)環(huán)境檢測模式，將理論部分投入到實踐應用中，通過創(chuàng)造現(xiàn)代化環(huán)境檢測平臺，實現(xiàn)多項環(huán)境因素實時采集，以便環(huán)境保護工作的開展。針對我國環(huán)境污染問題，需要擬定一套完整的環(huán)境檢測方案，根據(jù)檢測結(jié)果，擬定處理方法。本文以環(huán)境無機化學成分中的Ca2PO3+、Tb+離子等因素作為分析指標，采用離子色譜法，分別對各項離子進行測試。

在實踐操作中，通過調(diào)節(jié)水中樣品電壓數(shù)值，測得Ca2PO3+、Tb+離子數(shù)量，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 樣品電壓偏移下二次離子數(shù)量測試結(jié)果

通過觀察圖1 中的測試結(jié)果可知，隨著樣品電壓偏移量的增加，二次離子數(shù)量先增加而后減少，趨近于0。0V 電壓為轉(zhuǎn)折點，當樣品電壓超過0V 以后，離子數(shù)量迅速下降。依據(jù)此變化特性，在環(huán)境檢測中，可以根據(jù)測得數(shù)據(jù)，擬定環(huán)境治理方案，通過調(diào)節(jié)電壓偏移量來控制離子數(shù)量，使其滿足環(huán)境保護要求。

以上試驗是對Ca2PO3+、Tb+離子環(huán)境檢測及治理展開的研究，根據(jù)此研究結(jié)果可以擬定一套環(huán)境檢測及治理工作方向。首先，利用離子色譜法對環(huán)境無機化學元素進行檢測。其次，對檢測結(jié)果元素化學特性進行分析，以繪圖方式直觀獲取結(jié)果，找到元素變化區(qū)間范圍。最后，根據(jù)元素變化區(qū)間范圍，結(jié)合環(huán)境保護元素控制要求，確定元素控制范圍，基于此范圍，擬定元素控制條件策略，將其作為環(huán)境治理依據(jù)，以此體現(xiàn)環(huán)境檢測價值。

3.4 基于自動化檢測的應用

隨著智能化技術(shù)的快速發(fā)展，各項領(lǐng)域逐漸追求智能化管理發(fā)展，利用自動化設(shè)備采集信息、加工生產(chǎn)等。對于環(huán)境無機化學分析亦是如此，自動化檢測是該領(lǐng)域當前重點研究內(nèi)容，也是未來主要研究內(nèi)容。該項環(huán)境無機化學分析內(nèi)容的展開是利用現(xiàn)代化自動操控儀器，檢測環(huán)境空氣、水等是否對達到標準，為生產(chǎn)加工進行指導的同時，也為人們的身體健康保駕護航。

目前，我國對環(huán)境空氣質(zhì)量的檢測做得工作較多，已經(jīng)開發(fā)了較為成熟的自動化檢測儀器。這些儀器采用的理論依據(jù)有很多，例如流動性注射分析法、離子色譜法等。利用這些儀器采集空氣指標參數(shù)，按照身體健康要求，對當前空氣指標參數(shù)進行打分，生成空氣指數(shù)，為人們出行提供參考。另外，水質(zhì)的檢測，同樣形成了較為完善的自動化檢測體系結(jié)構(gòu)，依據(jù)現(xiàn)代化儀器分析基本原理，搭建自動化檢測體系，減少了人力勞動。在未來發(fā)展中，自動化檢測將大范圍應用，實現(xiàn)全自動化工作模式。

4 總結(jié)

本文圍繞環(huán)境無機分析化學問題展開研究，引入了現(xiàn)代儀器分析方法。依據(jù)現(xiàn)代儀器分析原理，從化學元素定量、污染分析、環(huán)境檢測、自動化檢測4 個方面出發(fā)，探討環(huán)境無機分析化學問題。通過分析試驗結(jié)果，推理出環(huán)境檢測及治理思路，希望對環(huán)境管理工作開展有所幫助。