分析化學(xué)法用于環(huán)境監(jiān)測的實(shí)踐探索

錢小潔

（常州市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心武進(jìn)分中心，江蘇 常州 213161）

隨著對環(huán)境損害的日益加劇，為了有效地控制環(huán)境污染，必須對污染的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，并對其進(jìn)行分析、監(jiān)控，從而達(dá)到防治污染的目的。因此，利用現(xiàn)代分析化學(xué)的新技術(shù)，對環(huán)境進(jìn)行新的監(jiān)測，由此形成了一種新的環(huán)境分析化學(xué)法。分析化學(xué)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用，是指利用現(xiàn)代化學(xué)技術(shù)和各種分析手段，對環(huán)境中的某些污染物進(jìn)行定量測定，確定其成分和含量。

1 分析化學(xué)法的現(xiàn)狀

在環(huán)境污染方面，許多樣品的污染程度都比較低，但其中的污染物種類繁多，涉及的領(lǐng)域也比較廣泛，所以對環(huán)境的探測手段必須要敏感，而且要簡單而實(shí)用。為了更好地開展環(huán)境監(jiān)測，必須在分析化學(xué)方面進(jìn)行深入的研究和開發(fā)[1]。首先，必須開發(fā)一種高效的樣品處理技術(shù)，將它與分析化學(xué)相結(jié)合，以達(dá)到最佳的效果；二是要開發(fā)出更多的分析化學(xué)手段，將它們用于環(huán)境監(jiān)測，以確定某些難以檢測的污染物；因此，在環(huán)境監(jiān)測方面，需要對分析化學(xué)方法進(jìn)行深入的探索。分析化學(xué)又稱環(huán)境分析，是一種重要的環(huán)境監(jiān)控方法，在環(huán)境監(jiān)控技術(shù)中占有重要的位置。分析化學(xué)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的具體應(yīng)用，主要是指運(yùn)用先進(jìn)的化學(xué)技術(shù)、監(jiān)測儀器和理論知識等手段，對環(huán)境中的污染進(jìn)行檢測，并對其進(jìn)行分析和處理，得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，制定相應(yīng)的防治措施，達(dá)到有針對性、有成效的目的?？梢哉f，分析化學(xué)技術(shù)為當(dāng)今的環(huán)保和發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。

2 在環(huán)境監(jiān)測中運(yùn)用分析化學(xué)法的優(yōu)勢

2.1 具有較高的兼容性

分析化學(xué)法可以監(jiān)測各種環(huán)境，包括山川、平原、盆地等陸地環(huán)境，也可以監(jiān)測河流、湖泊等水體的污染，同時(shí)也可以監(jiān)測大氣中的污染，所以分析化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，幾乎囊括了整個(gè)星球的所有生態(tài)環(huán)境，所以在環(huán)境監(jiān)測中使用分析化學(xué)技術(shù)，其靈活性和便利性是其他監(jiān)測手段無法比擬的。

2.2 監(jiān)測結(jié)構(gòu)具有可靠性

由于地球上的生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，物種眾多，各種植物的結(jié)構(gòu)也各不相同，因此，環(huán)境監(jiān)測和分析工作也就變得復(fù)雜起來。但由于各種客觀因素的制約，要做到對不同的生物采用不同的監(jiān)控手段是非常困難的，而且由于監(jiān)測手段的不合理，會造成監(jiān)控結(jié)構(gòu)的不準(zhǔn)確和不夠?qū)I(yè)。

2.3 監(jiān)測內(nèi)容存在多樣性

隨著地球環(huán)境的不斷變動，環(huán)境的監(jiān)控和分析手段也必須不斷地更新和創(chuàng)新，這幾年來，分析化學(xué)技術(shù)的進(jìn)步越來越大，讓分析化學(xué)的數(shù)據(jù)變得越來越準(zhǔn)確，越來越可靠[2]。

3 環(huán)境監(jiān)測中分析化學(xué)的特點(diǎn)

分析化學(xué)方法在環(huán)境監(jiān)測中起著舉足輕重的作用，是環(huán)境科學(xué)研究的主要方法。只有創(chuàng)新和完善分析化學(xué)方法，推動它在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，才能推動環(huán)境科學(xué)的可持續(xù)發(fā)展。分析化學(xué)方法具有普遍性、變異性、研究對象的復(fù)雜性和研究領(lǐng)域的廣泛性等四個(gè)主要特征。首先，是普遍性。分析化學(xué)的應(yīng)用范圍很廣，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及，分析化學(xué)的研究方法和技術(shù)也得到了極大的發(fā)展。其次，是不確定因素。由于地球每時(shí)每刻都在運(yùn)動，事物的發(fā)展是動態(tài)的，變化的，所以，在不同的環(huán)境體系中，存在著不同的化學(xué)種類。其次，是研究對象的復(fù)雜性。光是環(huán)境體系中的化學(xué)物質(zhì)，就有近十萬種之多?；瘜W(xué)品種的結(jié)構(gòu)特征也不盡相同，要對其進(jìn)行全面的研究，就需要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)研究，并對其結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行正確的把握。第三，研究領(lǐng)域的廣泛性。分析化學(xué)方法適用于海洋、陸地、空氣等多種環(huán)境[3]。離子色譜法是一種高精度的分析儀器，它的主要目標(biāo)是離子類化合物和離子，在生態(tài)、土壤、大氣、水質(zhì)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。水質(zhì)監(jiān)控是環(huán)境監(jiān)控的重要內(nèi)容。采用離子色譜法，能準(zhǔn)確地檢測出不同的水質(zhì)，如工業(yè)廢水、生活污水、飲用水、地下水等。為了確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須對樣品進(jìn)行過濾、稀釋等預(yù)處理。采用離子色譜法能同時(shí)檢測多種成分，且所用的試劑無毒性，對環(huán)保工作無障礙。

4 在環(huán)境監(jiān)測分析化學(xué)中的主要方法

4.1 離子色譜法

離子色譜法被廣泛應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測，比如二甲胺、甲醛、乙胺、甲胺等，但是在檢測的時(shí)候，必須先將這些物質(zhì)進(jìn)行堿溶解，再進(jìn)行檢測。利用離子色譜法對土壤中的生物進(jìn)行分析，可以對各種不同的陰陽離子進(jìn)行測定。離子色譜法可以有效地解決傳統(tǒng)方法中存在的問題，但是，在對樣品進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，往往會使分析結(jié)果產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)失去準(zhǔn)確性。水質(zhì)監(jiān)控是指在水質(zhì)評估中，對水體的類型、濃度和各類污染物進(jìn)行監(jiān)控與測量。監(jiān)測的范圍很廣，包括自然水源（江河、湖、海、地下水）以及各類工業(yè)廢水。主要監(jiān)測項(xiàng)目包括：溫度、色、濁度、pH、導(dǎo)電、懸浮物、溶解氧、生化需氧量、VOCs等；在水質(zhì)條件下，除以上監(jiān)測項(xiàng)目外，還需對流量和水流狀況進(jìn)行客觀評估。在大氣環(huán)境監(jiān)測中，地下水的檢測是一項(xiàng)非常重要的工作。采用離子色譜法進(jìn)行降水監(jiān)控，可以縮短檢測時(shí)間，提高檢測的精確度。離子色譜法用于大氣環(huán)境監(jiān)測中，盡管空氣中的氯化氫含量很低，但因垃圾焚燒引起的自燃現(xiàn)象，會造成氯氣濃度較高。如果氯化氫濃度太高，長期處于這樣的環(huán)境中，會對人和其他動物的生命健康產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。常規(guī)的空氣質(zhì)量監(jiān)測方法很難對其進(jìn)行有效的檢測，而采用離子色譜技術(shù)能夠精確地測量空氣中的 HCG。在大氣降水中，無機(jī)和有機(jī)陰離子如K+，Na+，Ca2+，Mg2+，NH4+，H+等，F(xiàn)-，CI-，S042-，NO3-，HCO3-，NO2-，醋酸和甲酸。在 pH值低于5.6的情況下，就叫做酸雨。酸雨不僅給建筑物、農(nóng)作物造成了很大的傷害，而且對文物和歷史遺跡的保護(hù)有很大的影響。該方法簡便、快捷、靈敏、選擇性好，并能對多個(gè)離子進(jìn)行測定，并能作為一種高效的分離技術(shù)，并與其他用于環(huán)境分析的方法相結(jié)合。

4.2 高效液相色譜法

高效液相色譜法是一種靈敏度和精確度較高的方法，它能對環(huán)境污染物進(jìn)行定性和定量的分析，因而被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，成為主要的環(huán)境監(jiān)測手段。它的應(yīng)用領(lǐng)域包括水環(huán)境、土壤環(huán)境和空氣環(huán)境三個(gè)方面。一是對大氣環(huán)境，采用高效液相色譜法，可以實(shí)現(xiàn)對大氣中各種復(fù)雜組分的分析，并保證了其精確度。另外，采用本方法對廢品中的整酮進(jìn)行分析，結(jié)果表明，該方法的回收率很高，可以精確地確定出有機(jī)物的最低檢測限和線性工作范圍，操作時(shí)不會被干擾，而且測量結(jié)果可重復(fù)性好。此外，高效液相色譜法還可以對各種經(jīng)絡(luò)物質(zhì)進(jìn)行精確的檢測。二是水質(zhì)，利用高效液相色譜法可以精確地檢測水體中的重金屬、苯胺、多環(huán)芳烴、硝基苯等。三是土壤環(huán)境，高效液相色譜法能在土壤環(huán)境中起到很大的作用。通過這種方法，可以對重金屬、無機(jī)、有機(jī)污染物等各種污染物進(jìn)行及時(shí)、精確的監(jiān)測[4]。采用固相萃取技術(shù)，例如：清洗、分離、濃縮、超聲波等，將多環(huán)芳烴分離，再用RP-高效液相色譜法分離，再精確地檢測出多環(huán)芳烴的含量。高效液相色譜法技術(shù)是一種特異性強(qiáng)、重復(fù)性好、分辨率高、靈敏度高的儀器，它在今后的發(fā)展中會得到廣泛的應(yīng)用，但是它的耗資巨大，需要進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

4.3 原子吸收和原子熒光法

隨著原子吸收技術(shù)的飛速發(fā)展，人們可以利用原子吸收法，精確地檢測出水中含有的雜質(zhì)。我們研制的原子熒光計(jì)可以檢測到水中的八種元素，如As、Bi、Se等，而且對各種元素的分析精度和敏感性都很高，而且不會受到任何影響。原子吸收光譜（AAS）是指氣體原子能吸收特定波長的光，從而將原子外層的電子由基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)。因?yàn)椴煌拥碾娮泳哂胁煌哪芰克?，所以它會有選擇地吸收特定波長的輻射，而這種吸收波長正好與原子被激發(fā)后所發(fā)出的光譜的波長相等，從而可以用來對元素進(jìn)行定性，同時(shí)也可以用來量化。AAS是目前最常用的無機(jī)元素定量測定方法。本方法的檢測限較低（火焰法測定的相對誤差在1%以下）、選擇性好（即干擾較?。⒎治隹焖?、適用范圍廣泛（火焰法可以分析70余種元素，石墨爐法可以分析70余種元素，氫化物產(chǎn)生法可以測定11種元素）。在固定的溫度吸收光程和進(jìn)樣方法等實(shí)驗(yàn)條件下，試樣中的被測元素相的基態(tài)原子對由所述元素的中空陰極燈發(fā)射的單色光進(jìn)行吸收，并且所述中空陰極燈的吸光率（A）比例于樣本中的元素濃度（C）。也就是，在方程式中，K是一個(gè)常量。在此基礎(chǔ)上，測定了標(biāo)準(zhǔn)溶液和未知溶液的吸光度，并已知了標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度。本方法主要用于測定樣品中的微量和微量成分。用來定量的測定被測元素的原子蒸汽在特定波長的輻射能激勵(lì)下發(fā)出的熒光強(qiáng)度。在紫外和可見光區(qū)，原子熒光波長為可見光。在吸收了特定波長輻射后，原子外層的電子從基態(tài)或低能量態(tài)向高能態(tài)轉(zhuǎn)變，大約10～8秒后，再向基態(tài)或低能量態(tài)轉(zhuǎn)變，并發(fā)出熒光。當(dāng)吸收線的波長與吸收線的波長一致時(shí)，就叫作諧振熒光，如果存在差異，就叫無諧振熒光。其熒光強(qiáng)度高，是目前常用的分析方法。在特定的環(huán)境下，樣品中的共振熒光強(qiáng)度與某些元素的濃度呈正相關(guān)。本方法具有較高的靈敏度，目前對20余種元素的檢測限比 AFS和 AFS方法都要好，譜線簡單，在低濃度時(shí)，標(biāo)定曲線的線性范圍可達(dá)到3～5個(gè)量級，尤其是使用激光作為激勵(lì)光源時(shí)。它廣泛應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、高純度物質(zhì)、礦物、水質(zhì)監(jiān)測、生物制品、醫(yī)藥分析等領(lǐng)域。

4.4 中子活化法

中子活化法的靈敏度很高，而且只需要很少的元素，不會破壞被檢測到的樣品。中子活化方法通常采用同位素、反應(yīng)堆中子、加速器中子等中子源。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們研制出了一種對低能光子更加敏感、分辨率極高的低能光子探測器。中子活化技術(shù)的應(yīng)用非常的廣泛，可以檢測到五六十種不同的元素，包括水、空氣、土壤，甚至是其他的物質(zhì)。熱中子成分是一種低能量的中子（能量小于0.5 eV），它與反應(yīng)堆緩化劑中的原子保持熱平衡。對于室溫下的熱中子，其能譜最佳地表示為麥克斯韋玻爾茲曼分布，其平均能量為0.025 eV，最大可達(dá)2 200米/秒。在大部分核反應(yīng)堆輻射點(diǎn)，90～95%的中子都是熱中子。通常，1兆瓦的核反應(yīng)堆的熱中子通量是1E 13個(gè)/秒/平方厘米。超熱的中子成分是由0.5～0.5電子伏特的中子構(gòu)成，只有部分地減慢。1 mm厚度的鎘箔可以吸收全部的熱中子，但是可以讓具有0.5 eV以上的超高溫中子和快速中子通過。在一個(gè)典型的不受保護(hù)的核反應(yīng)堆輻射點(diǎn)，中子通量大約為2%。無論是熱還是超熱的中子，都能使靶核發(fā)生（n，γ）反應(yīng)。NAA技術(shù)利用超高溫中子，將被分析的試樣置于鎘或硼的掩蔽中，以誘導(dǎo)（n，γ）反應(yīng)，即超熱中子激活（ENAA）。中子光譜中的快中子成分（能量大于0.5 MeV）是由主要的裂變中子構(gòu)成的，在裂變后，其大多數(shù)的原始能量快中子對（n，γ）的反應(yīng)只有很少的作用，但是如果核微粒-（n，p）、（n，n′）和（n，2 n）的輻射是可以引起核反應(yīng)的。在通常的反應(yīng)堆輻射點(diǎn)，約5%的能量流是由快速的中子構(gòu)成的。NAA技術(shù)是一種應(yīng)用于快速中子激發(fā)核反應(yīng)的方法。

5 分析化學(xué)法在環(huán)境監(jiān)測中的具體應(yīng)用

5.1 分析化學(xué)法在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

分析化學(xué)法的規(guī)范化是環(huán)境分析化學(xué)研究的重要內(nèi)容，是評價(jià)環(huán)境質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，為制定相應(yīng)的環(huán)保政策提供了科學(xué)的基礎(chǔ)。所以，必須要有一種非常可靠、準(zhǔn)確的分析手段，才能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是一種可以用來描述其特性的均勻物質(zhì)，用化學(xué)方法可以準(zhǔn)確地測量其物理和化學(xué)特性。采用環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，可以保證環(huán)境監(jiān)控的精度，不會產(chǎn)生偏差，為環(huán)境污染的防治提供非常準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，有利于采取相應(yīng)的措施?，F(xiàn)在的環(huán)境監(jiān)控，一般都是用儀器來監(jiān)控。

5.2 在方法標(biāo)準(zhǔn)化方面的應(yīng)用

隨著對環(huán)境的研究不斷深入，對環(huán)境的分析也有了更深層次的需求，比如分析化學(xué)，就必須要用到超微量的污染物。因此，許多科研工作者必須致力于開發(fā)一種能夠檢測環(huán)境污染中微量和超微量污染物的化學(xué)分析技術(shù)。目前，人們已經(jīng)通過微量和超微量分析技術(shù)，獲得了大量的數(shù)據(jù)。因此，在現(xiàn)代環(huán)境科學(xué)的發(fā)展中，要更加深入地研究微量、超微量的檢測技術(shù)，尤其是對微量、超微量的檢測，必須要有高的靈敏度和高的選擇性。技術(shù)研究結(jié)束后，必須將其應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境監(jiān)測，為監(jiān)測人類生活環(huán)境作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

5.3 在痕量與超痕量級污染物質(zhì)分析方面的應(yīng)用

用無機(jī)質(zhì)譜法對樣品進(jìn)行元素分析，用同位素質(zhì)譜法對樣品進(jìn)行分析，在元素分析中，最常見的一種就是離子探測器，可以對固體物質(zhì)中的微量元素進(jìn)行分析，通過測量峰位的變化，對元素進(jìn)行定性分析，利用元素的峰強(qiáng)度變化對元素進(jìn)行定量分析[5]。X-射線能譜儀可以對試樣中的某些元素進(jìn)行測定，并對其成分進(jìn)行進(jìn)一步的分析。利用核磁共振技術(shù)，可以對物質(zhì)進(jìn)行表面化學(xué)分析，確定其分子結(jié)構(gòu)。

5.4 在污染元素分析中的應(yīng)用

環(huán)境污染物質(zhì)中的微量元素的檢測和分析，一般都是采用分析化學(xué)法中的無機(jī)質(zhì)譜法進(jìn)行的。在實(shí)際的分析中，還需要用到一臺離子探針分析儀，通過專門的分析設(shè)備和方法，可以精確地檢測出被污染的固體污染物中的特殊元素，然后根據(jù)圖形的變化和峰位的發(fā)展趨勢，來精確地確定固體污染物中的元素的含量，而定位的內(nèi)容則是元素的屬性和體積。

6 結(jié)語

隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，環(huán)境監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展必然要比環(huán)境污染的發(fā)展更快，而在實(shí)際的環(huán)境監(jiān)測中，由于所需的環(huán)境條件復(fù)雜，以及各種類型的環(huán)境監(jiān)測，要求采用靈活而有效的方法，分析化學(xué)技術(shù)是一項(xiàng)重要的環(huán)境監(jiān)控技術(shù)，它的覆蓋面很廣，可以監(jiān)控的類型也很多，而且所得到的數(shù)據(jù)也非常準(zhǔn)確，所以在環(huán)境監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用。