環(huán)境無(wú)機(jī)分析化學(xué)中的儀器分析技術(shù)探討

張鵬(南通醋酸纖維有限公司，江蘇 南通 226001)

0 引言

現(xiàn)在分析儀器設(shè)計(jì)領(lǐng)域非常廣泛，在實(shí)際應(yīng)用過程中對(duì)現(xiàn)代分析化學(xué)中的分析理論、新分析方法、分析技術(shù)都有所應(yīng)用。隨著當(dāng)前生物學(xué)、電化學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代分析儀器的種類也越來(lái)越豐富。原子光譜、分子光譜、風(fēng)光光度計(jì)、激光光譜儀等都是比較常見的幾種儀器[1]。而分析儀器在應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)之后分析能力得到明顯提升，不知道而且完全實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣品的連續(xù)自動(dòng)化檢測(cè)。由此可見，現(xiàn)代化分析儀器的優(yōu)勢(shì)非常明顯。

1 環(huán)境無(wú)機(jī)分析特點(diǎn)

1.1 種類繁雜

通常情況下環(huán)境分析過程所涉及的樣品種類非常復(fù)雜，而且大多數(shù)情況下都與人們生活環(huán)境中的水、土壤、空氣、固體廢渣緊密關(guān)聯(lián)。根據(jù)相關(guān)的資料顯示，目前在空氣環(huán)境中已經(jīng)檢測(cè)出300多種污染源，其中多氯聯(lián)苯這種世界性的環(huán)境污染物已經(jīng)受到了全球的廣泛關(guān)注。從學(xué)術(shù)理論的角度來(lái)看，雖然目前多氯聯(lián)苯異構(gòu)體實(shí)際的數(shù)量已經(jīng)超過了210個(gè)，但是目前僅僅有102個(gè)得到了鑒定。

1.2 樣本組分多樣性

隨著環(huán)境污染物準(zhǔn)備的不斷增加，環(huán)境介質(zhì)的組成成分也會(huì)逐步增加，這就使得環(huán)境分析過程中的樣品組成成分更加復(fù)雜。其次，隨著當(dāng)前環(huán)境污染在形態(tài)和價(jià)態(tài)方面都有所提升，使得環(huán)境分析的難度也越來(lái)越大。例如，隨著自然環(huán)境的不斷變化，水會(huì)在液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)之間不斷變化。

1.3 環(huán)境分析樣品組分含量低、穩(wěn)定性差

通常情況下環(huán)境污染物檢測(cè)過程中所獲取的樣品總分含量都比較低，因此很難實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)組份的及時(shí)發(fā)現(xiàn)。針對(duì)這種情況，就必須要進(jìn)一步提升檢測(cè)儀器的精度水平和檢測(cè)性能，并針對(duì)當(dāng)前檢測(cè)方式進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，以此來(lái)充分保證這種檢測(cè)結(jié)果的合理性和科學(xué)性。

但是從實(shí)際的角度來(lái)看，生物性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及物理性質(zhì)都會(huì)對(duì)環(huán)境污染物本身的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。與此同時(shí)環(huán)境污染物本身的穩(wěn)定性同時(shí)還會(huì)受到檢測(cè)樣品復(fù)雜性與污染物制定相互作用的巨大影響。由于環(huán)境污染物的性質(zhì)，會(huì)直接受到環(huán)境介質(zhì)的影響，因此環(huán)境污染物就必然會(huì)出現(xiàn)性質(zhì)遷移變化的現(xiàn)象。在進(jìn)行污染物采集儲(chǔ)存和分離的過程中，樣品不可避免的會(huì)受到化學(xué)檢測(cè)試劑以及其他相關(guān)因素的影響，在此基礎(chǔ)上會(huì)使得污染物樣品的處分會(huì)產(chǎn)生一定的變化，由此必然會(huì)對(duì)環(huán)境分析樣品的穩(wěn)定性產(chǎn)生有影響。

2 分析環(huán)境中無(wú)機(jī)污染物時(shí)的現(xiàn)代儀器

2.1 原子吸收法和原子熒光法

火焰原子吸收法式最早出現(xiàn)的原子吸收特點(diǎn)方法；隨后出現(xiàn)了氧化物發(fā)生源頭吸收法以及石墨爐原子吸收法。上述幾種原子級(jí)說(shuō)法可以針對(duì)以下兩種類型的水溶液元素進(jìn)行測(cè)定：第一種是痕量金屬元素，第二種是超痕量金屬元素。由我國(guó)自行研發(fā)出來(lái)的原子熒光分析儀器能夠針對(duì)水溶液中As、Sb、Bi、Ge、Sn、Se、Te 等多種元素及其氫化合物進(jìn)行測(cè)定[2]，針對(duì)上述幾種元素，利用該方法進(jìn)行測(cè)定，靈敏度和準(zhǔn)確度都非常高，而且外界極其對(duì)其的干擾相對(duì)比較小。

2.2 等離子體發(fā)射光譜

等離子發(fā)射光譜儀器在近幾年來(lái)的發(fā)展非常迅速，在以下三個(gè)方面其主要應(yīng)用領(lǐng)域都有涉及。首先是作為清潔水的機(jī)體；其次是廢水中含有的金屬含量測(cè)定；最后是針對(duì)底質(zhì)以及生物樣品中的多種元素進(jìn)行測(cè)定。在靈敏度以及測(cè)量準(zhǔn)確性方面，等離子體發(fā)射光譜與火焰原子吸收法比較接近，但是在測(cè)定效率方面更高，而且這種設(shè)備一次測(cè)定過程中能夠最多測(cè)定30多種元素。

2.3 等離子發(fā)射光譜—質(zhì)譜法

等離子發(fā)射光譜—質(zhì)譜法主要是以等離子發(fā)射光譜的各位離子化源，而該方法從本質(zhì)上講屬于一種質(zhì)譜分析方法，與等離子體發(fā)射光譜相比較，在實(shí)際測(cè)定過程中的靈敏度更高，當(dāng)被測(cè)定元素的質(zhì)量數(shù)超過100的時(shí)候，其實(shí)際測(cè)定的人員都更高。

2.4 離子色譜法

離子色譜法主要是應(yīng)用在常見陰離子和陽(yáng)離子分離與測(cè)定過程中，這種檢測(cè)方法能夠?qū)⒁粋€(gè)樣品中多種組份進(jìn)行測(cè)定，而且在實(shí)際測(cè)定過程中的選擇性以及靈敏度都非常高。電導(dǎo)檢測(cè)器以及陰離子分離柱完全能夠針對(duì)F-、NO2-、SO32-等離子來(lái)進(jìn)行精確測(cè)定；而其陽(yáng)離子分離柱則可以針對(duì)K+、Na+、Mg2+等離子進(jìn)行測(cè)定。

2.5 分光光度和流動(dòng)注射的分析技術(shù)

通常情況下顯色反應(yīng)靈敏度和選擇性都比較高，因此在未來(lái)的研究過程中，應(yīng)該將其作為研究重點(diǎn)，但是目前階段分光光度法的應(yīng)用最為廣泛，通常情況下是應(yīng)用在金屬或者非金屬離子的測(cè)定過程中。另外，如果在實(shí)際進(jìn)行測(cè)定的時(shí)候?qū)⒎止夤舛扔?jì)法與流動(dòng)注射技術(shù)進(jìn)行結(jié)合使用，在進(jìn)行蒸餾或者萃取的過程中獲取的溶液中加入適量的藥品后，后續(xù)再通過定容顯色的方法就可以將化學(xué)操作以及徹底進(jìn)行有效融合，目前在實(shí)驗(yàn)室中這種方法是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)分析技術(shù)，在當(dāng)今的水質(zhì)檢測(cè)過程中的應(yīng)用比較多，可以將水溶液中的NO3-、NO2、Cu2+等元素精確的檢測(cè)出來(lái)。該方法在實(shí)際應(yīng)用過程中具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：實(shí)際檢測(cè)過程僅僅需要少量樣品，檢測(cè)精確度相對(duì)比較高，樣品檢測(cè)消耗時(shí)間非常短。這種檢測(cè)方法在具體應(yīng)用過程中分光光度計(jì)、原子吸收法、等離子體發(fā)射光譜等都可以作為其檢測(cè)儀器，由此可見，其具有良好的儀器選擇性。

3 化學(xué)分析與儀器分析的區(qū)別

化學(xué)分析和儀器分析方法之間的差別非常明顯，化學(xué)分析方法通常情況下是應(yīng)用在常量、半微量、高含量等成分的分析過程中，該方法具有較高的測(cè)量精確度，而且在實(shí)際應(yīng)用過程中，通常情況下測(cè)量誤差不會(huì)超過0.1%。

儀器分析通常情況下是用在微量以及痕微量的分析過程中，這種分析方法只有靈敏度高、檢出限低、選擇性好、操作便捷等一些特征，而且樣品分析速度非?？欤軌?qū)崿F(xiàn)對(duì)樣品分析的自動(dòng)化，最終測(cè)定結(jié)果也能夠達(dá)到誤差的標(biāo)準(zhǔn)范圍要求，但是情況下儀器分析的誤差相對(duì)比較大，一般情況下能夠達(dá)到5%，準(zhǔn)確度以及精確度相對(duì)較好。

4 儀器分析技術(shù)在環(huán)境無(wú)機(jī)分析化學(xué)中的應(yīng)用和展望

4.1 元素的定量定性分析

在環(huán)境無(wú)機(jī)分析化學(xué)領(lǐng)域中，多數(shù)情況下對(duì)元素進(jìn)行定性定量分析時(shí)都是利用無(wú)機(jī)質(zhì)譜的方法來(lái)測(cè)定微量元素的實(shí)際含量，而通過應(yīng)用同位素值譜能夠讓最終檢測(cè)結(jié)果更加精確。在實(shí)際進(jìn)行元素解釋過程中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是離子探針解析設(shè)備，在實(shí)際針對(duì)固體中的微量元素含量或者是痕量元素含量進(jìn)行檢測(cè)的過程中使用這種設(shè)備，最終的檢測(cè)準(zhǔn)確度非常高。另外，在元素質(zhì)譜分析方法中離子探測(cè)分析儀器的應(yīng)用非常廣泛，這種儀器實(shí)際的分析精度非常高，能夠?qū)⒐腆w材料中微量元素或者是痕量元素類型進(jìn)行良好的反應(yīng)，在該領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景，而且在進(jìn)行元素定性分析的過程中，還可以利用峰位方法，在結(jié)合峰強(qiáng)的實(shí)際特征就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微量元素以及痕量元素的定量分析；由于這種儀器設(shè)備在分析精度相對(duì)比較高，而且具有定量定性分析的作用，因此在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，不僅能夠在無(wú)機(jī)化學(xué)材料方面得到應(yīng)用，而且在地學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也比較多，主要是辨別礦區(qū)的化學(xué)組成等。

4.2 監(jiān)測(cè)能力連續(xù)自動(dòng)化

目前，在環(huán)境無(wú)機(jī)分析化學(xué)中一切具備持續(xù)自動(dòng)化能力的分析儀器應(yīng)用更加廣泛，在環(huán)境分析領(lǐng)域中這種設(shè)備在檢測(cè)中戰(zhàn)略的地位越來(lái)越重要。這種設(shè)備能夠在全世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效追蹤，與此同時(shí)，還能夠真的相關(guān)的信息進(jìn)行快速完善和高效的識(shí)別。對(duì)于環(huán)境無(wú)機(jī)分析化學(xué)領(lǐng)域中的儀器設(shè)備來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化能夠讓檢測(cè)效益得到全面提升，最大程度減少樣品檢測(cè)消耗的時(shí)間，也能夠最大程度節(jié)約樣品檢驗(yàn)的人力、物力資源。而且實(shí)際的檢測(cè)精確度也能夠得到進(jìn)一步提升。從當(dāng)前的技術(shù)水平來(lái)看，通過利用現(xiàn)代化技術(shù)，分析儀器完全能夠?qū)崿F(xiàn)定點(diǎn)和流動(dòng)性的連續(xù)檢測(cè)，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)全球性的跟蹤檢測(cè)，在此基礎(chǔ)上，相關(guān)研究人員就能夠?qū)τ诃h(huán)境污染物的轉(zhuǎn)移、傳遞的過程進(jìn)行深入細(xì)致的研究，全面提升儀器設(shè)備的分析能力。

4.3 (超)痕量污染分析

由于目前全世界范圍內(nèi)面臨的環(huán)境污染問題越來(lái)越嚴(yán)重，痕量元素以及超痕量元素對(duì)環(huán)境的威脅也越來(lái)越受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。面對(duì)這種形式，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)(超)痕量元素影響環(huán)境的有效控制，在制定出相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，在環(huán)境無(wú)機(jī)分析化學(xué)領(lǐng)域中現(xiàn)代儀器但應(yīng)用前景也得到了進(jìn)一步拓展。對(duì)于(超)痕量元素來(lái)說(shuō)，其載體范圍非常廣泛，在現(xiàn)在的環(huán)境無(wú)極分析化學(xué)中應(yīng)用的檢測(cè)儀器，必須要能夠同時(shí)是用在大氣、水體、土壤、食品等幾個(gè)方面。因此從檢測(cè)儀器的角度來(lái)看，為了能夠達(dá)到相關(guān)的檢驗(yàn)要求，就必須要在靈敏度方面進(jìn)一步提升，要能夠針對(duì)(超)痕量元素進(jìn)行快速檢驗(yàn)，而且重點(diǎn)要針對(duì)“三致”物質(zhì)進(jìn)行的精確檢驗(yàn)。

4.4 環(huán)境檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化

對(duì)于當(dāng)前的環(huán)保形勢(shì)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化是當(dāng)前環(huán)保事業(yè)發(fā)展的必然需求，實(shí)現(xiàn)環(huán)境檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化主要的目的是為了精確的把握環(huán)境的變化規(guī)律。目前來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代儀器已經(jīng)逐漸成為了環(huán)境檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化的主要潮流，最近幾年，現(xiàn)代儀器主要是針對(duì)所采集的(超)痕量元素?cái)?shù)據(jù)來(lái)對(duì)環(huán)境的整體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。從總體來(lái)看，分析儀器要具備更高的靈敏性，同時(shí)還能夠?qū)h(huán)境中存在的危害嚴(yán)重精確的檢測(cè)出來(lái)，為相關(guān)部門治理環(huán)境提供可靠依據(jù)，在此基礎(chǔ)上來(lái)促進(jìn)環(huán)境向著良性循環(huán)的角度發(fā)展。另外，通過利用靈敏度更高的分析方法，能夠進(jìn)一步推動(dòng)環(huán)境物質(zhì)含量真正實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，這樣才能在有效控制環(huán)境污染的前提下，全面推動(dòng)環(huán)境治理的實(shí)地發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，人們的生活與化學(xué)息息相關(guān)，在無(wú)機(jī)環(huán)境化合物的研究過程中通過利用現(xiàn)代化化學(xué)儀器能夠讓過去數(shù)據(jù)信息更加精確。目前，全球正面臨著最嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，而要想實(shí)現(xiàn)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和有效治理就必須要進(jìn)行環(huán)境的科學(xué)分析。環(huán)境無(wú)機(jī)化學(xué)分析過程中，通過充分利用現(xiàn)代儀器能夠讓最終的研究結(jié)果得到進(jìn)一步優(yōu)化，這對(duì)于當(dāng)前我國(guó)環(huán)境無(wú)機(jī)分析化學(xué)研究水平的提升有極大的促進(jìn)作用。