環境分析化學的發展趨勢

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摘要：目前全球范圍的大氣、江河、海洋和土壤等環境的化學污染正在日益嚴重地破壞生態平衡并危及人類的生存與發展。在追蹤和調查污染源，弄清污染物種類、數量及其化學形態，研究其毒性、降解、遷移和轉化規律，預測預報其毒性危害程度以及資源環境的破壞、管理和修復等諸多方面，環境分析化學正起著日益重要的、不可替代的作用。

關鍵詞：環境分析；化學；發展趨勢

前言

人們為了認識、評價、改造和控制環境，必須了解引起環境質量變化的原因，這就要對環境（包括原生環境和次生環境）的各組成部分，特別是對某些危害大的污染物的性質、來源、含量及其分布狀態，進行細致的監測和分析。環境分析化學就是研究環境中污染物的種類、成分以及如何對環境中化學污染物進行定性分析和定量分析的一個學科。例如某一區域環境受到化學物質污染，首先要查明危害是由何種化學污染物引起的。為此就須要鑒別污染物，也就是進行定性分析。其次，為了說明污染的程度，還需要測定污染物的含量，即進行定量分析。

一、環境分析化學發展的顯著性標志有如下幾個方面：

一是檢測靈敏度越來越高。檢測靈敏度差不多每18 年提高3個數量級，痕量分析在20 世紀90年代達10-12g，超痕量分析達10-15；

二是發展速度快。目前環境分析化學已由當初分析簡單的元素和組分發展到復雜樣品的組成、價態、狀態和結構分析、形態分析、系統分析、微區和表面分析；

三是涉及領域廣和使用手段多。環境分析化學涉及研究對象廣，污染物含量低，介質復雜，形態各異，因此分析測定方法必須靈敏、準確，選擇性高，分析速度快，自動化程度高。環境分析化學幾乎涉及了所有現代分析測試的最新技術，如GC/MS，GC/FTIR，GC/AAS，GC/MIP/AED，HPLC（ESI）/MS，MS/MS，LC/APIMS等。

環境無機分析主要包括環境中金屬污染物的分析方法及其標準化研究、標準參考物質的研制、痕量和超痕量分析、形態分析、自動化分析和聯用技術等。環境中金屬有機化合物的形態分析是環境分析的重要內容。研究表明，元素的不同形態具有不同的毒性特點和化學特性，并且通過影響生物活性，進而影響環境與人類健康。同時，由于菌類和其他環境因素的影響，許多金屬元素具有甲基化現象，生成易揮發的有機代謝物，造成環境的嚴重污染。

二、基本任務

環境分析化學已滲透到整個環境科學的各個領域，起著偵察兵的作用。例如20世紀50年代日本發生的公害病———痛痛病和水俁病，曾驚動了全世界。為了尋找痛痛病的病因，經歷了11年之久。后來環境分析化學工作者用光譜檢查出病區的河水中含有鉛、鎘、砷等有害元素，繼而用元素追蹤的手段，分析病區的土壤和糧食，發現鉛、鎘等含量偏高，以后又進一步對痛痛病患者的尸骨進行光譜定量分析。骨灰中的鋅、鉛、鎘含量高得驚人。為了確定致病因子，又以鋅、鉛、鎘分別摻入飼料喂養動物，在動物身上進行元素追蹤分析，配合病理解剖，證實了鎘對骨質的嚴重危害性，揭開了痛痛病的病因之謎。與此類似，日本漁民的水俁病是汞污染引起的這一事實，也是通過對元素的追蹤分析確定的。如今，已知癌癥發病率同環境污染有關，但其病因有待環境分析工作者與其他科學工作者密切協作，共同解決。

環境分析化學的發展，不但要應用現代分析化學中的各項新成就（新理論、新方法、新技術），而且要引進近代化學、物理、數學、電子學、生物學和其他技術科學的最新成就來解決環境污染分析問題：主要是研究發展適用于環境污染分析的新型儀器，特別是自動化儀器；研究新型的分析方法，特別是發展準確、可靠、靈敏、選擇性強、快速、簡便的環境污染分析技術和新型污染物的分析測試方法；研究制訂環境污染的標準分析方法，特別是分析方法的標準化和研制環境標準物質。

三、發展趨勢

1、分析方法標準化

這是環境分析的基礎和中心環節。環境質量評價和環境保護規劃的制定和執行，都要以環境分析數據作為依據，因而須要研究制訂一整套的標準分析方法，以保證分析數據的可靠性和準確性。

2、分析技術連續自動化

環境分析化學逐漸由經典的化學分析過渡到儀器分析，由手工操作過渡到連續自動化的操作。70年代以來，已出現1h可連續測定數十個試樣的自動分析儀器，并已正式定為標準分析方法。目前已采用的有：比色分析、離子選擇性電極、X射線熒光光譜、原子吸收光譜、極譜、氣相色譜、液相色譜、流動注射分析等自動分析方法及相應的儀器。特別是流動注射分析法，分析速度可達1h200 多個試樣，試劑和試樣的消耗量少，儀器的結構簡單，比較容易普及，是近年來發展較快的方法之一。

3、電子計算機的應用

在環境分析化學中應用電子計算機，極大地提高了分析能力和研究水平。在現代化的分析實驗室中，很多分析儀器已采用電子計算機控制操作程序、處理數據和顯示分析結果，并對各種圖形進行解釋。應用電子計算機，可實現分析儀器自動化和樣品的連續測定。如配備有電子計算機的γ-能譜儀可同時測定幾百個樣品中多種元素，利用傅里葉變換在計算機上進行計算，既可提高分析的靈敏度和準確度，又可使核磁共振儀能測得13C訊號，使有機骨架結構的測定有了可能，為從分子水平研究環境污染物引起的生態學和生理機制的有關問題開拓了前景。

4、多種方法和儀器的聯合使用

這可以有效地發揮各種技術的特長，解決一些復雜的難題，再配用電子計算機，更可大大提高分析效果，并能及時給出分析結果。例如，色譜—質譜—計算機聯用，能快速測定各種揮發性有機物。這種方法已應用于廢水的分析，可檢測200種以上的污染物。在環境污染分析中還常采用火花源質譜—電子計算機聯用、氣相色譜—微波等離子體發射光譜聯用、色譜-紅外光譜聯用、色譜-原子吸收光譜聯用、發射光譜和等離子體源聯用，以及質譜—離子顯微鏡組合而成的直接成象離子分析儀。

5、激光技術的應用

利用激光作為分析化學的光源已發展了吸收光譜、拉曼光譜、原子和分子熒光光譜、激光光聲光譜、高分辨率光譜以及其他激光光譜技術和分析方法。激光分析的特點是高分辨率、高靈敏度、長距離、短時間。隨著激光基礎理論研究的進一步發展，激光技術必將進一步改變環境分析化學的面貌。

6、痕量和超痕量分析的研究

環境科學研究向縱深發展，對環境分析提出的新要求之一就是常須檢測含量低達10-6 ～ 10-9g（痕量級）和10-9～ 10-12g（超痕量級）的污染物，以及研究制訂出一套能適用于測定存在于大氣、水體、土壤、生物體和食品中痕量和超痕量污染物的分析方法。例如已測定太平洋中心上空空氣中鉛的含量為lppb，南北極則低于0.5ppb。南極洲冰塊中的DDT含量為0.04ppb；雨水中汞的平均含量為0.2ppb；人體中鈾的平均含量為lppb。這些成果是依靠痕量或超痕量分析技術取得的。加強對新的靈敏度高、選擇性好而又快速的痕量和超痕量分析方法的研究，成為今后環境分析化學的發展方向之一。

結束語

總之，環境分析化學幾乎涉及所有現代分析測試的最新技術。在追蹤和調查污染源，弄清污染物種類、數量及其化學形態，研究其毒性、降解、遷移和轉化規律，預測預報其毒性危害程度以及資源環境的破壞、管理和修復等諸多方面，環境分析化學正起著日益重要的、不可替代的作用。

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