分析化學法用于環境監測的實踐探索

錢小潔

（常州市生態環境監控中心武進分中心，江蘇 常州 213161）

隨著對環境損害的日益加劇，為了有效地控制環境污染，必須對污染的情況進行實時的檢測，并對其進行分析、監控，從而達到防治污染的目的。因此，利用現代分析化學的新技術，對環境進行新的監測，由此形成了一種新的環境分析化學法。分析化學在環境監測中的應用，是指利用現代化學技術和各種分析手段，對環境中的某些污染物進行定量測定，確定其成分和含量。

1 分析化學法的現狀

在環境污染方面，許多樣品的污染程度都比較低，但其中的污染物種類繁多，涉及的領域也比較廣泛，所以對環境的探測手段必須要敏感，而且要簡單而實用。為了更好地開展環境監測，必須在分析化學方面進行深入的研究和開發[1]。首先，必須開發一種高效的樣品處理技術，將它與分析化學相結合，以達到最佳的效果；二是要開發出更多的分析化學手段，將它們用于環境監測，以確定某些難以檢測的污染物；因此，在環境監測方面，需要對分析化學方法進行深入的探索。分析化學又稱環境分析，是一種重要的環境監控方法，在環境監控技術中占有重要的位置。分析化學技術在環境監測中的具體應用，主要是指運用先進的化學技術、監測儀器和理論知識等手段，對環境中的污染進行檢測，并對其進行分析和處理，得出相應的數據，制定相應的防治措施，達到有針對性、有成效的目的。可以說，分析化學技術為當今的環保和發展作出了巨大的貢獻。

2 在環境監測中運用分析化學法的優勢

2.1 具有較高的兼容性

分析化學法可以監測各種環境，包括山川、平原、盆地等陸地環境，也可以監測河流、湖泊等水體的污染，同時也可以監測大氣中的污染，所以分析化學技術的應用范圍很廣，幾乎囊括了整個星球的所有生態環境，所以在環境監測中使用分析化學技術，其靈活性和便利性是其他監測手段無法比擬的。

2.2 監測結構具有可靠性

由于地球上的生態環境復雜，物種眾多，各種植物的結構也各不相同，因此，環境監測和分析工作也就變得復雜起來。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控手段是非常困難的，而且由于監測手段的不合理，會造成監控結構的不準確和不夠專業。

2.3 監測內容存在多樣性

隨著地球環境的不斷變動，環境的監控和分析手段也必須不斷地更新和創新，這幾年來，分析化學技術的進步越來越大，讓分析化學的數據變得越來越準確，越來越可靠[2]。

3 環境監測中分析化學的特點

分析化學方法在環境監測中起著舉足輕重的作用，是環境科學研究的主要方法。只有創新和完善分析化學方法，推動它在環境監測領域的廣泛應用，才能推動環境科學的可持續發展。分析化學方法具有普遍性、變異性、研究對象的復雜性和研究領域的廣泛性等四個主要特征。首先，是普遍性。分析化學的應用范圍很廣，隨著科學技術的發展和普及，分析化學的研究方法和技術也得到了極大的發展。其次，是不確定因素。由于地球每時每刻都在運動，事物的發展是動態的，變化的，所以，在不同的環境體系中，存在著不同的化學種類。其次，是研究對象的復雜性。光是環境體系中的化學物質，就有近十萬種之多。化學品種的結構特征也不盡相同，要對其進行全面的研究，就需要對其結構進行詳細研究，并對其結構狀態進行正確的把握。第三，研究領域的廣泛性。分析化學方法適用于海洋、陸地、空氣等多種環境[3]。離子色譜法是一種高精度的分析儀器，它的主要目標是離子類化合物和離子，在生態、土壤、大氣、水質等領域有著廣泛的應用。水質監控是環境監控的重要內容。采用離子色譜法，能準確地檢測出不同的水質，如工業廢水、生活污水、飲用水、地下水等。為了確保測試結果的準確性，必須對樣品進行過濾、稀釋等預處理。采用離子色譜法能同時檢測多種成分，且所用的試劑無毒性，對環保工作無障礙。

4 在環境監測分析化學中的主要方法

4.1 離子色譜法

離子色譜法被廣泛應用于大氣環境監測，比如二甲胺、甲醛、乙胺、甲胺等，但是在檢測的時候，必須先將這些物質進行堿溶解，再進行檢測。利用離子色譜法對土壤中的生物進行分析，可以對各種不同的陰陽離子進行測定。離子色譜法可以有效地解決傳統方法中存在的問題，但是，在對樣品進行預處理時，往往會使分析結果產生較大的負面影響，使實驗數據失去準確性。水質監控是指在水質評估中，對水體的類型、濃度和各類污染物進行監控與測量。監測的范圍很廣，包括自然水源（江河、湖、海、地下水）以及各類工業廢水。主要監測項目包括：溫度、色、濁度、pH、導電、懸浮物、溶解氧、生化需氧量、VOCs等；在水質條件下，除以上監測項目外，還需對流量和水流狀況進行客觀評估。在大氣環境監測中，地下水的檢測是一項非常重要的工作。采用離子色譜法進行降水監控，可以縮短檢測時間，提高檢測的精確度。離子色譜法用于大氣環境監測中，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，長期處于這樣的環境中，會對人和其他動物的生命健康產生很大的負面影響。常規的空氣質量監測方法很難對其進行有效的檢測，而采用離子色譜技術能夠精確地測量空氣中的 HCG。在大氣降水中，無機和有機陰離子如K+，Na+，Ca2+，Mg2+，NH4+，H+等，F-，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、農作物造成了很大的傷害，而且對文物和歷史遺跡的保護有很大的影響。該方法簡便、快捷、靈敏、選擇性好，并能對多個離子進行測定，并能作為一種高效的分離技術，并與其他用于環境分析的方法相結合。

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，它能對環境污染物進行定性和定量的分析，因而被廣泛應用于環境監測領域，成為主要的環境監測手段。它的應用領域包括水環境、土壤環境和空氣環境三個方面。一是對大氣環境，采用高效液相色譜法，可以實現對大氣中各種復雜組分的分析，并保證了其精確度。另外，采用本方法對廢品中的整酮進行分析，結果表明，該方法的回收率很高，可以精確地確定出有機物的最低檢測限和線性工作范圍，操作時不會被干擾，而且測量結果可重復性好。此外，高效液相色譜法還可以對各種經絡物質進行精確的檢測。二是水質，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、多環芳烴、硝基苯等。三是土壤環境，高效液相色譜法能在土壤環境中起到很大的作用。通過這種方法，可以對重金屬、無機、有機污染物等各種污染物進行及時、精確的監測[4]。采用固相萃取技術，例如：清洗、分離、濃縮、超聲波等，將多環芳烴分離，再用RP-高效液相色譜法分離，再精確地檢測出多環芳烴的含量。高效液相色譜法技術是一種特異性強、重復性好、分辨率高、靈敏度高的儀器，它在今后的發展中會得到廣泛的應用，但是它的耗資巨大，需要進行持續改進。

4.3 原子吸收和原子熒光法

隨著原子吸收技術的飛速發展，人們可以利用原子吸收法，精確地檢測出水中含有的雜質。我們研制的原子熒光計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轉變為激發態。因為不同原子的電子具有不同的能量水平，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后所發出的光譜的波長相等，從而可以用來對元素進行定性，同時也可以用來量化。AAS是目前最常用的無機元素定量測定方法。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（即干擾較小）、分析快速、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，氫化物產生法可以測定11種元素）。在固定的溫度吸收光程和進樣方法等實驗條件下，試樣中的被測元素相的基態原子對由所述元素的中空陰極燈發射的單色光進行吸收，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是一個常量。在此基礎上，測定了標準溶液和未知溶液的吸光度，并已知了標準溶液的濃度。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下發出的熒光強度。在紫外和可見光區，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或低能量態向高能態轉變，大約10～8秒后，再向基態或低能量態轉變，并發出熒光。當吸收線的波長與吸收線的波長一致時，就叫作諧振熒光，如果存在差異，就叫無諧振熒光。其熒光強度高，是目前常用的分析方法。在特定的環境下，樣品中的共振熒光強度與某些元素的濃度呈正相關。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，標定曲線的線性范圍可達到3～5個量級，尤其是使用激光作為激勵光源時。它廣泛應用于環境科學、高純度物質、礦物、水質監測、生物制品、醫藥分析等領域。

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、反應堆中子、加速器中子等中子源。近年來，隨著科學技術的進步，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。中子活化技術的應用非常的廣泛，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。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2 200米/秒。在大部分核反應堆輻射點，90～95%的中子都是熱中子。通常，1兆瓦的核反應堆的熱中子通量是1E 13個/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。在一個典型的不受保護的核反應堆輻射點，中子通量大約為2%。無論是熱還是超熱的中子，都能使靶核發生（n，γ）反應。NAA技術利用超高溫中子，將被分析的試樣置于鎘或硼的掩蔽中，以誘導（n，γ）反應，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成的，在裂變后，其大多數的原始能量快中子對（n，γ）的反應只有很少的作用，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的。在通常的反應堆輻射點，約5%的能量流是由快速的中子構成的。NAA技術是一種應用于快速中子激發核反應的方法。

5 分析化學法在環境監測中的具體應用

5.1 分析化學法在環境監測中的應用

分析化學法的規范化是環境分析化學研究的重要內容，是評價環境質量的重要基礎，為制定相應的環保政策提供了科學的基礎。所以，必須要有一種非常可靠、準確的分析手段，才能保證數據的準確性。環境標準物質是一種可以用來描述其特性的均勻物質，用化學方法可以準確地測量其物理和化學特性。采用環境標準物質，可以保證環境監控的精度，不會產生偏差，為環境污染的防治提供非常準確的數據，有利于采取相應的措施。現在的環境監控，一般都是用儀器來監控。

5.2 在方法標準化方面的應用

隨著對環境的研究不斷深入，對環境的分析也有了更深層次的需求，比如分析化學，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一種能夠檢測環境污染中微量和超微量污染物的化學分析技術。目前，人們已經通過微量和超微量分析技術，獲得了大量的數據。因此，在現代環境科學的發展中，要更加深入地研究微量、超微量的檢測技術，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。技術研究結束后，必須將其應用于實際環境監測，為監測人類生活環境作出應有的貢獻。

5.3 在痕量與超痕量級污染物質分析方面的應用

用無機質譜法對樣品進行元素分析，用同位素質譜法對樣品進行分析，在元素分析中，最常見的一種就是離子探測器，可以對固體物質中的微量元素進行分析，通過測量峰位的變化，對元素進行定性分析，利用元素的峰強度變化對元素進行定量分析[5]。X-射線能譜儀可以對試樣中的某些元素進行測定，并對其成分進行進一步的分析。利用核磁共振技術，可以對物質進行表面化學分析，確定其分子結構。

5.4 在污染元素分析中的應用

環境污染物質中的微量元素的檢測和分析，一般都是采用分析化學法中的無機質譜法進行的。在實際的分析中，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，然后根據圖形的變化和峰位的發展趨勢，來精確地確定固體污染物中的元素的含量，而定位的內容則是元素的屬性和體積。

6 結語

隨著環境問題的日益嚴峻，環境監控技術的發展必然要比環境污染的發展更快，而在實際的環境監測中，由于所需的環境條件復雜，以及各種類型的環境監測，要求采用靈活而有效的方法，分析化學技術是一項重要的環境監控技術，它的覆蓋面很廣，可以監控的類型也很多，而且所得到的數據也非常準確，所以在環境監測中得到了廣泛的應用。