環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測分析方法現(xiàn)狀及發(fā)展芻議

邵逸舟，楊鵬程

（1.無錫河湖科技咨詢有限公司，江蘇 無錫 214000；2.江蘇省水文水資源勘測局無錫分局，江蘇 無錫 214000）

由于水環(huán)境監(jiān)測分析法對水污染防治工作具有非常重要的作用，使其備受社會(huì)各界的關(guān)注。目前常見的水環(huán)境監(jiān)測分析方法有重量分析法、滴定分析法、和儀器分析法等。由于我國水環(huán)境監(jiān)測分析方法已經(jīng)趨向痕量分析法發(fā)展，而這種方法在使用時(shí)需要依賴各種設(shè)備進(jìn)行分析，因此，利用儀器分析法對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測和分析將成為我國未來水環(huán)境監(jiān)測的主要方法。

1 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測概況

環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測主要指定期或不定期地對水環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)、懸浮液、底泥以及整個(gè)水質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行綜合監(jiān)測，同時(shí)通過對水質(zhì)中存在的化學(xué)物質(zhì)數(shù)量、含量和變化趨勢等加以觀察與監(jiān)測，對水質(zhì)情況進(jìn)行合理的判斷。通過水質(zhì)監(jiān)測能夠完整、正確地反映出水質(zhì)的基本狀況，為水質(zhì)治理工作提供重要依據(jù)[1]。

監(jiān)測水質(zhì)指標(biāo)是否達(dá)到了水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測的重要問題。我們所說的水質(zhì)指標(biāo)是一種描述水質(zhì)品質(zhì)的參數(shù)，通常用水質(zhì)污染物的類型、成分和總量來描述水質(zhì)指標(biāo)的項(xiàng)目。同時(shí)水質(zhì)指標(biāo)的作用也有所不同，在名稱中我們能夠發(fā)現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)所含有的污染物成分，如鎘、氟、硝酸根、氰化物、六六六等[2]。有的水質(zhì)指標(biāo)則充分反映出一些污染物成分的共同影響結(jié)果，如堿性、酸性等。通常，可把水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)指標(biāo)分成如下兩種：第一類是反應(yīng)水質(zhì)類別綜合技術(shù)指標(biāo)，包括水溫、色度、濁度、電導(dǎo)率、pH值、溶解性氧、生化需氧量和生物學(xué)需氧量等；另一類則是指某些具有毒性的化學(xué)物質(zhì)，如酚、氰、砷、鉛、汞等[3]。

環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測分析方法目前主要包括化學(xué)法、電化學(xué)法、原子吸收分光光度法、離子色譜法、氣相色譜法，其中化學(xué)法在國內(nèi)環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測中應(yīng)用比較普遍。

2 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測意義

水質(zhì)監(jiān)測是保障飲用水安全潔凈的最基本技術(shù)手段之一，水質(zhì)監(jiān)測的成果通常用數(shù)字形式來描述，而水質(zhì)監(jiān)測也是開展飲用水環(huán)境保護(hù)科研工作的重要基石，不間斷地獲取豐富的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，將有助于對環(huán)境污染物質(zhì)的起源、分布、移動(dòng)與變化規(guī)律展開研究，對環(huán)境水質(zhì)污染變化趨勢進(jìn)行預(yù)報(bào)。

另外，水質(zhì)監(jiān)測對科學(xué)研究也有所貢獻(xiàn)。對自然資源的科學(xué)開采和使用以及對其進(jìn)行合理維護(hù)與管理，都是在科學(xué)成果的引導(dǎo)下逐漸實(shí)現(xiàn)的。人類社會(huì)依靠科學(xué)技術(shù)對自然資源進(jìn)行合理使用，但由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短，所以某種程度上會(huì)受到水類科學(xué)技術(shù)的約束，具有一定的局限性。所以，對于水類科學(xué)的發(fā)展與研究必須不斷深入。水類科學(xué)技術(shù)的研究和發(fā)展也離不開對現(xiàn)實(shí)問題的跟蹤調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，而只有對大量科學(xué)、客觀的水資源監(jiān)測成果進(jìn)行研究分析，才能更有效地為水資源科學(xué)的研究與發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

3 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測分析方法的現(xiàn)狀

3.1 水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)針對性不強(qiáng)

對環(huán)境水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測的一般內(nèi)容可以分為兩個(gè)方面，分別是飲用水水質(zhì)監(jiān)測和地表斷面水質(zhì)監(jiān)測，但這兩方面的常規(guī)監(jiān)測指標(biāo)數(shù)量不同。針對環(huán)境污染相關(guān)項(xiàng)目重點(diǎn)監(jiān)測氨氮及高錳酸鹽等指標(biāo)，物理化學(xué)技術(shù)指標(biāo)通常包含pH值、鋅、銅、鐵等，而毒理技術(shù)指標(biāo)則通常包含氰化物、氟化物、鉛、汞等，針對這一類監(jiān)測指標(biāo)，大多以綜合性技術(shù)指標(biāo)、重金屬技術(shù)指標(biāo)為準(zhǔn)。但由于目前對水質(zhì)污染物的監(jiān)測大多體現(xiàn)為有毒生物的環(huán)境污染，因此水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)缺乏針對性[5]。

3.2 水質(zhì)監(jiān)測缺乏統(tǒng)一管理

我國環(huán)境監(jiān)測制度由電源監(jiān)控發(fā)展到地域環(huán)境監(jiān)測管理，再從地域環(huán)境監(jiān)測發(fā)展為全流域監(jiān)控管理。我國目前已對海河流域、淮河流域、太河流域等進(jìn)行了較為統(tǒng)一的全流域內(nèi)水環(huán)境監(jiān)測，對全國水質(zhì)狀況分析和環(huán)境污染防控工作具有很大的促進(jìn)意義。但目前全國流域內(nèi)水環(huán)境監(jiān)測工作出現(xiàn)的問題較多，其突出表現(xiàn)在省界截面問題上，在開展全國流域內(nèi)水環(huán)境監(jiān)測工作時(shí)必須跨省監(jiān)測，導(dǎo)致省界截面問題的擴(kuò)大化。

3.3 水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)落后

中國水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展相對滯后，監(jiān)測手段主要以化學(xué)監(jiān)測為主，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測和生態(tài)監(jiān)測仍處在初級(jí)階段，與全球監(jiān)測技術(shù)水平相差甚遠(yuǎn)。我國必須進(jìn)一步提升水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)能力和水平。水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)主要來源于國家水質(zhì)監(jiān)測公報(bào)，但由于我國目前還未建立較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)沫h(huán)境水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，導(dǎo)致相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)效率比較低。

4 環(huán)境水質(zhì)污染的種類

4.1 顆粒狀懸浮污染物

砂粒和礦砂等無機(jī)粒子污染和有機(jī)粒子 物來自水土流失、生活工業(yè)污水、大氣減塵等。這些污染物透過 大氣和水質(zhì)的接觸進(jìn)行傳播，并逐漸在水質(zhì)中和有害物質(zhì)融合，并隨河流遷徙而構(gòu)成了廣泛的污染源。在懸浮粒子污染較為嚴(yán)重的狀況下能夠削弱水質(zhì)的光線透過能力，從而影響綠色植物在水質(zhì)中進(jìn)行光合作用，并造成各類養(yǎng)殖水產(chǎn)品的死亡，甚至造成更加嚴(yán)重水質(zhì)的污染[6]。

4.2 氨氮污染物

污水中的氨氮廢水污染對水質(zhì)也會(huì)形成很大的危害，氨氮廢水污染濃度超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致各種藻類大量繁衍使水質(zhì)富營養(yǎng)化，而大量藻類死亡時(shí)會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)缺氧，影響其他水中動(dòng)植物的生長和生存[7]。

4.3 重金屬污染

自然資源中的重金屬污染源大多來自煤礦開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)等，而水質(zhì)重金屬污染包括銅、鐵、鋅等多種重金屬物質(zhì)。這些有機(jī)重金屬化合物被直接釋放在水域中而不能被完全降解，且隨著時(shí)間繼續(xù)累積，這種有機(jī)重金屬化合物會(huì)導(dǎo)致水域有機(jī)重金屬超標(biāo)并影響水域中其他動(dòng)植物的生長，這些動(dòng)植物被人食用后也會(huì)對人造成各類健康影響。

司馬遷，《史記·太史公自序》：“……探禹穴”正義：《括地志》云：“石匱山一名玉笥山，又名宛委山，即會(huì)稽山一峰也?！绷砜蓞⒁姟秴窃酱呵铩ぴ酵鯚o余外傳第六》。

5 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測分析方法

5.1 重量分析法

重量分析法是傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測分析法之一，該方法在使用時(shí)是將樣本中的待測成分進(jìn)行直接分離或通過某種手段轉(zhuǎn)化成方便監(jiān)測分析的其他物質(zhì)后再對其進(jìn)行分離，然后利用分析天平對分離物質(zhì)的重量進(jìn)行測量，根據(jù)最后所得的測量結(jié)果就能得知待測成分的含量在樣本總含量中的具體占比。重量分析法包含氣化法和直接分離法，該方法在實(shí)際測量過程中對所使用的儀器沒有太高的要求。目前我國大部分具備分析天平的實(shí)驗(yàn)室都可以進(jìn)行操作，但是重量分析法在使用過程中還存在一些弊端，例如在操作上過于繁瑣，而且分析天平的精確度會(huì)對測量結(jié)果造成一定的影響。因此，出于這方面的考慮，對于水環(huán)境中微量元素的測量不應(yīng)使用重量分析法，該方法更適用于中或高濃度樣本的測量[8]。

5.2 滴定分析法

滴定分析方法是將濃度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的試劑滴加在被測樣品溶液中，二者在完全反應(yīng)時(shí)觀察被測樣品溶液消耗了多少標(biāo)準(zhǔn)試劑，通過觀察結(jié)果計(jì)算樣品中被測物質(zhì)的真實(shí)含量。目前來講，一般常見的滴定分析方法包括沉淀滴定法、氧化還原滴定法、絡(luò)合滴定法、酸堿滴定法四種，具體解釋如下：

5.2.1 沉淀滴定法

沉淀反應(yīng)是沉淀滴定法使用的基本前提。沉淀滴定法要求樣本在測試反應(yīng)過程中必須能夠生成較小的溶度積，同時(shí)能夠以較快的反應(yīng)速度和定量能力確定滴定終點(diǎn)。因此，沉淀滴定法的應(yīng)用范圍十分局限，除在限定條件下一般不會(huì)采取該方法進(jìn)行試驗(yàn)。

5.2.2 氧化還原滴定法

氧化還原滴定法的試驗(yàn)原理究其根本就是氧化還原反應(yīng)，通過該方法可以對某些具有氧化性和還原性的物質(zhì)進(jìn)行測量，盡管氧化還原反應(yīng)所涉及的化學(xué)原理較多，應(yīng)在試驗(yàn)前對試驗(yàn)過程中可能影響試驗(yàn)結(jié)果的因素和副反應(yīng)進(jìn)行綜合考慮，將試驗(yàn)誤差降到最低。

5.2.3 絡(luò)和滴定法

絡(luò)合滴定法其實(shí)就是通過與樣本溶液所產(chǎn)生的固定液晶聚合物形成反應(yīng)條件所建立的化學(xué)分析方法。在試驗(yàn)過程中，一般要先依據(jù)溶液所產(chǎn)生的液晶聚合物的化學(xué)穩(wěn)定常數(shù)的多少來確定絡(luò)合反應(yīng)的完成狀況，然后再利用金屬指示器檢查液晶聚合物的顯色程度，從而判斷滴定終點(diǎn)。不過，金屬顯示物在實(shí)際應(yīng)用時(shí)不僅會(huì)對絡(luò)合物產(chǎn)生演色性反應(yīng)，而且可能還會(huì)與其他金屬產(chǎn)生演色性反應(yīng)，這會(huì)導(dǎo)致該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果存在一定誤差。所以，絡(luò)合滴定法的應(yīng)用更多的是為了增加在絡(luò)合滴定反應(yīng)中的效果。

5.2.4 酸堿滴定法

酸堿化學(xué)反應(yīng)是酸堿滴定法的理論依據(jù)，酸堿反應(yīng)包含強(qiáng)堿和弱酸的反應(yīng)、弱堿和強(qiáng)酸的反應(yīng)以及強(qiáng)堿和強(qiáng)酸的反應(yīng)，這些酸堿反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)過程中將酸堿指示劑作為實(shí)驗(yàn)的主要測試工具從而確定滴定的反應(yīng)終點(diǎn)。

6 我國環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測方法的發(fā)展趨勢

由于水質(zhì)監(jiān)測工作的發(fā)展方向逐步轉(zhuǎn)向痕量分析，而且儀器分析法具有實(shí)驗(yàn)過程更加簡潔、影響因素較少等優(yōu)勢，因此使用儀器分析法進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測在未來將是一種發(fā)展趨勢。儀器分析法是通過對樣本中物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析的一種實(shí)驗(yàn)方法，目前我國儀器分析方法包含四種，分別是電化學(xué)分析法、色譜分析法、光化學(xué)分析法以及放射分析法[9]。

6.1 色譜分析法

色譜分析法按照運(yùn)行相的不同分成氣相色譜與液相色譜。流動(dòng)相為氣體則是氣體色譜分析法，而流動(dòng)相為液體則是液相色譜分析法，因此色譜分析法對于環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測分析工作來說有著至關(guān)重要的意義。若被測樣本具備低沸點(diǎn)和高揮發(fā)性的特點(diǎn)，那么在分析過程中更適合用氣相色譜法，而對于具備高沸點(diǎn)和低揮發(fā)性的樣本，就需要利用液相色譜對其進(jìn)行監(jiān)測和分析。液相色譜法在實(shí)驗(yàn)過程中可以有效地利用質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，這使得液相色譜法成了目前國內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測分析方法的重點(diǎn)研究方向。色譜分析法中常見的實(shí)驗(yàn)儀器有氣相色譜儀、液相色譜儀和液質(zhì)聯(lián)用儀等，這些儀器在大部分情況下都可以對水質(zhì)中的污染物進(jìn)行分析。

6.2 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法的工作原理是使用探測器對元素躍遷特征譜線加以監(jiān)測，并測量其強(qiáng)度，進(jìn)而對樣本中的其他元素加以定性解析，并且需要估算元素的濃度。目前最常用的發(fā)射光譜分析法是ICP-AES法，其能夠?qū)Ω鞣N微量元素加以測定，同時(shí)還能對各類氣體和液體進(jìn)行直接監(jiān)測，這為水環(huán)境分析工作帶來了極大的便捷。

6.3 原子分光光度法

原子分光光度法在使用過程中的理論依據(jù)是郎伯比爾定律，而且還需要原子吸收分光光度計(jì)作為監(jiān)測儀器才能對樣本進(jìn)行有效的分析。該方法可以有效地對水環(huán)境中的大部分金屬進(jìn)行測定，因此被廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已成為實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行重金屬監(jiān)測和分析的主要方法之一。

7 加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測水質(zhì)分析發(fā)展趨勢的建議

7.1 提高環(huán)境監(jiān)測水質(zhì)分析過程規(guī)范性

在開展環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測工作的過程中，為在一定程度上防止由于人為因素影響環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，在樣本收集過程中，相應(yīng)的測試技術(shù)人員一定要遵守《水質(zhì)采樣技術(shù)規(guī)范》以及《環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》等有關(guān)規(guī)定，以保證所收集樣本使用功能的完整性。在進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測過程中，各監(jiān)測機(jī)構(gòu)一定要嚴(yán)格遵守相應(yīng)的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)監(jiān)測技術(shù)人員也要提高自身的專業(yè)知識(shí)，避免監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失問題的發(fā)生[10]。

7.2 加強(qiáng)對監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的保持

為了在一定程度上避免環(huán)境因素對環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)真實(shí)性造成的影響，水質(zhì)監(jiān)測相關(guān)工作人員必須保證試驗(yàn)室內(nèi)的空氣、溫度、濕度均達(dá)到監(jiān)測取樣標(biāo)準(zhǔn)的條件，對試驗(yàn)室內(nèi)的靜電驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行有效去除，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)有效性。對于其他可能影響實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度的影響因素應(yīng)進(jìn)行長期分析，杜絕各種對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大影響的因素出現(xiàn)。

7.3 確保水質(zhì)監(jiān)測儀器的靈敏度

在開展環(huán)境污染監(jiān)測的過程中，為了在一定程度上保證監(jiān)測結(jié)論的正確性，有關(guān)人員應(yīng)定期對相應(yīng)的監(jiān)測裝置進(jìn)行更換和維修。同時(shí)，政府有關(guān)行政監(jiān)督管理部門也要強(qiáng)化對試驗(yàn)設(shè)備監(jiān)督管理，對比中較關(guān)鍵的試驗(yàn)設(shè)施必須實(shí)施強(qiáng)制監(jiān)管，而缺乏質(zhì)量監(jiān)測合格標(biāo)志的試驗(yàn)設(shè)施不得在水質(zhì)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)流程中使用，以保證水質(zhì)整體試驗(yàn)監(jiān)測結(jié)論的正確性。

7.4 實(shí)驗(yàn)過程的控制

當(dāng)對水質(zhì)進(jìn)行分析的時(shí)候，質(zhì)量監(jiān)督員一定要對整個(gè)流程進(jìn)行有效的監(jiān)管和把控。水質(zhì)分析工作人員要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行作業(yè)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致分類，保證質(zhì)控管理措施滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。實(shí)驗(yàn)過程中，必須要采用合理的手段仔細(xì)地對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，與此同時(shí)，還必須要將整個(gè)統(tǒng)計(jì)分析的過程記錄好，以保證所有數(shù)據(jù)信息的真實(shí)可靠。結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)的，則必須要根據(jù)相關(guān)規(guī)定不斷地對數(shù)據(jù)結(jié)論加以檢驗(yàn)。

8 結(jié)語

綜上所述，我國目前的水環(huán)境監(jiān)測分析工作主要以儀器分析方法為主，其在使用過程中限定標(biāo)準(zhǔn)較低，操作較為簡單，監(jiān)測結(jié)果穩(wěn)定，這些優(yōu)點(diǎn)都將在一定程度上提高水環(huán)境監(jiān)測分析工作的整體效率，為我國水污染防治工作能夠盡快地全面展開并取得較為滿意的成果奠定了基礎(chǔ)。