環(huán)境有機污染物檢測技術(shù)及應(yīng)用研究

梁 梁，薛朝陽

（濟寧中山公用水務(wù)有限公司，山東 濟寧 272000）

二十世紀(jì)末，我國對有機污染物的研究和檢測還不足，但隨著技術(shù)的發(fā)展和資金的投入，中國在這一領(lǐng)域取得了前所未有的成就。為了加強對環(huán)境污染的有效控制，必須進行有機污染物檢測。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展而產(chǎn)生的持久性有機污染物檢測技術(shù)能夠為環(huán)境治理項目提供有效的數(shù)據(jù)，這對更好地進行環(huán)境治理工作至關(guān)重要。因此，隨著環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，有必要盡快對環(huán)境污染物的檢測方法進行深入研究，結(jié)合實際有機污染物，引進和掌握先進的設(shè)備和技術(shù)，采用目標(biāo)確定方法，從根本上控制與有機污染物有關(guān)的某些不利影響。

1 檢測的重要性

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重。目前，大多數(shù)國家越來越重視有機污染物對環(huán)境污染的研究，并不斷開發(fā)新的檢測技術(shù)。在我國，由于對有機污染物缺乏關(guān)注，有機污染物檢測技術(shù)發(fā)展緩慢。近年來，在經(jīng)濟快速發(fā)展的新形勢下，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，我國也開始意識到有機污染物檢測技術(shù)的重要性，并開始積極引進先進設(shè)備，從成功的檢測中汲取經(jīng)驗。我國目前正在擴大其對持久性有機污染物探測技術(shù)研究的貢獻，但關(guān)于持久性有機污染物檢測技術(shù)的研究基礎(chǔ)很薄弱，工作進展較慢。此外，由于有機物分析程序相對復(fù)雜，我國的有機污染物檢測技術(shù)以及檢測系統(tǒng)與先進國家相比，還有一定的距離。

有機污染物對環(huán)境的污染是持久性的。有機污染物很容易與環(huán)境中的其他物質(zhì)相互作用，其成分很復(fù)雜，通常以混合物的形式存在，很難辨認(rèn)。持久性有機污染物的檢測和應(yīng)用方法能夠準(zhǔn)確地確定目標(biāo)地區(qū)物質(zhì)的組成和含量，并能快速有效地確定其是否受到污染。制定和執(zhí)行有針對性的環(huán)境保護方案是很重要的，例如在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進行監(jiān)測，對改善環(huán)境和公共衛(wèi)生的貢獻微乎其微[1]。

2 檢測樣品的選擇與處理

有機污染物的環(huán)境狀況主要由氣體、液體和固體組成，對于大氣中的有機污染物和廢氣，采用了集中取樣和直接采集兩種方法。濃度較低的樣品在氣態(tài)條件下的比例很小，并且在直接抽取全部氣體時，樣品中有機污染物含量太低無法進行后續(xù)檢測。因此，溶劑和填料通常用于吸附，使樣品濃度增高，需要采用注射器、罐體和保護瓶對濃度較高的樣品進行篩選。

處理有機樣品不能直接提取檢測，必須進行處理。要從溶液中分離其他物質(zhì)并用漏斗將其提取。液體樣品也可能受到固相吸附劑的選擇性吸附，然后用選擇性溶劑沖洗得到各種組分，這樣可以獲得更成熟的加工工藝，以及高分散、高純度的精煉材料。較常見的固體有機污染物樣品處理方法是索比特萃取法，將固體有機污染物樣品長時間浸泡在萃取液中。當(dāng)然，此方法加工工藝步驟多、操作復(fù)雜，很容易將雜質(zhì)輸入到最終樣品中進行分離。為了避免這些誤差導(dǎo)致檢測結(jié)果失真，高空自動進入技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，此技術(shù)不夠靈活，因為操作步驟相對來說比較復(fù)雜，需要進一步對自動采樣方法進行補充，加入二次吸附和解吸，提高了相應(yīng)的靈敏度[2-3]。

3 有機污染物的種類及成因

空氣污染可直接導(dǎo)致人們感染呼吸道疾病，影響我們的正常生活和工作。當(dāng)廢水中的有機物被微生物分解時，水中的氧氣就會耗盡，這對水生生物的生存有很大影響。例如，含有有機氯仿和有機磷的農(nóng)藥通過噴灑經(jīng)地表徑流排入水中。許多地方政府過分關(guān)注經(jīng)濟效益，只注重經(jīng)濟發(fā)展而忽視了環(huán)境保護問題。從地方政府的思想出發(fā)，并不會對這類違法企業(yè)采取嚴(yán)厲措施，即使他們的活動已對環(huán)境構(gòu)成威脅。有機污染物造成的污染狀況比以往任何時候都更令人擔(dān)憂。隨著工業(yè)發(fā)展水平和經(jīng)濟發(fā)展水平的提高，合成有機化合物的數(shù)量以及有毒有機污染物的數(shù)量不斷增加。有毒有機污染物被列為對地球生態(tài)和人類健康最嚴(yán)重的威脅之一，由于有毒有機污染物的危害性極大，對有毒有機污染物的治理已成為當(dāng)務(wù)之急[4]。

二十世紀(jì)初，隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，許多國家已經(jīng)開始研究有機污染物對環(huán)境的污染，有機污染物檢測技術(shù)發(fā)展迅速。但我國卻尚未開始關(guān)注有機污染物，因此檢測有機污染物的技術(shù)發(fā)展相對緩慢。隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展和可持續(xù)政策的深入，我國引進了國外先進的有機污染物分析方法，借鑒國外先進的檢測經(jīng)驗，在很大程度上彌補了我國有機污染物檢測技術(shù)的空白，并開始重視對持久性有機污染物檢測方法的研究，但由于技術(shù)研究起步較晚，關(guān)于持久性有機污染物檢測方法的研究基礎(chǔ)仍然不足。此外，由于有機物分析過程的復(fù)雜性，我國改進了有機污染物檢測方法，但與其他發(fā)達國家相比大規(guī)模調(diào)查能力差距仍然很大，在有機污染物的檢測技術(shù)方面仍有相當(dāng)大的空白，無法為有機污染物檢測方法提供可靠的檢測系統(tǒng)。

4 有機污染物檢測技術(shù)的通用方法分析

4.1 有機質(zhì)譜法

有機質(zhì)譜法主要是基于樣品分解成離子狀態(tài)，例如通過電子撞擊，并對不同離子間不同質(zhì)點的特性進行測定。利用電磁原理，可以通過比較靶體材料的質(zhì)量來分離出靶體不同部位的離子狀態(tài)，然后測量另一部位的離子狀態(tài)，得到離子強度，最后得到具體結(jié)構(gòu)，并對樣品的分子含量進行檢測。最常見的儀器是有機質(zhì)譜儀，它測試材料的結(jié)構(gòu)、分子質(zhì)量、有機材料靶樣的功能結(jié)構(gòu)和元素類型，準(zhǔn)確地獲得被測有機材料的質(zhì)量和含量。一般按工作原理可分為磁質(zhì)譜儀、飛行時間質(zhì)譜儀和離子阱質(zhì)譜儀。不同分辨率下，儀器檢測精度不同，最大精度可達小數(shù)點后4位。有機質(zhì)譜儀的組成部分主要由采樣系統(tǒng)、離子源、離子探測器和質(zhì)譜儀組成。采用有機質(zhì)譜法進行檢測，可將檢測水平降低到物質(zhì)分子水平，目標(biāo)樣品的分子組成和分子比非常準(zhǔn)確，其他方法無法比擬。而且有機質(zhì)譜檢測進行得非常快，可以在幾分鐘或幾秒鐘內(nèi)得到結(jié)果。此外，通用性特別高，可以用各種方法檢測所有的物質(zhì)。

4.2 色譜法

色譜法也是檢測有機污染物比較常用的方法，主要是根據(jù)不同物質(zhì)的相變特性對其進行選擇性分布，并通過物質(zhì)色譜法對目標(biāo)混合物進行分離和單獨分析。通常，混合物在液相中被去除，混合物中的各種物質(zhì)以不同的速度在固定相中移動，最終分離出不同的物質(zhì)。色譜法對分離復(fù)雜混合物非常有效，通常需要幾分鐘甚至幾十分鐘，從數(shù)百個相關(guān)化合物中分離出幾十個。其他物質(zhì)的性質(zhì)和含量由其他物質(zhì)的不同色譜性質(zhì)決定，因此，可以概括化合物中所含物質(zhì)的種類和比例。此外，色譜在檢測精度方面有很大優(yōu)勢，即使在線外也能檢測到10 g左右。進行典型的測試只需要幾納米到幾微升，可能會發(fā)生樣本丟失，多探測器能夠在小樣本丟失的情況下快速同時完成分組分析和多單元檢測。由于在一定條件下固定相中各種物質(zhì)的運動速度是固定的，所以色譜檢查樣品組分的篩選性非常好，自動化操作很容易實現(xiàn)。但是，物質(zhì)樣品的質(zhì)量檢測結(jié)果具有一定的變異性和低精度，這需要與其他高質(zhì)量技術(shù)合作進行二次測試。一般的二次質(zhì)量檢查方法包括紫外、紅外和磁性。色譜法檢測的目的一般分為兩大類，它們是質(zhì)譜法的初級色譜檢測和分析。色譜分析的制備主要用于制備靶向測定和分離物質(zhì)的樣品。分離混合物用于產(chǎn)生一定數(shù)量的純成分，如制備去離子水、凈化和制備天然混合物以及清洗和制備混合物。質(zhì)譜測量分析是對目標(biāo)混合物中各種物質(zhì)的性質(zhì)、含量和比例進行定性或定量分析，檢測對象主要針對凈化后的每一種不同物質(zhì)進行檢測。

4.3 色譜-質(zhì)譜聯(lián)合用法

由于色譜法和質(zhì)譜法在檢測有機混合物方面具有不同的優(yōu)點，因此通常是結(jié)合使用的。其基本原理是用色譜法分離出目標(biāo)有機化合物，之后用質(zhì)譜法將分離物質(zhì)處理成離子態(tài)，然后用質(zhì)譜儀進行質(zhì)量分離。該方法主要應(yīng)用于靶向有機化合物的復(fù)合材料組分，這時簡單的色譜控制方法只能得到物質(zhì)的近似成分，分離后對單一物質(zhì)的分析有較大的偏差，特別是目標(biāo)檢測仍處于分子水平，非常容易出錯。然而，當(dāng)測試僅通過質(zhì)譜方法進行時，復(fù)雜的有機混合物會直接分解成離子狀態(tài)，而原有機材料中所含的許多其他物質(zhì)有許多重疊的離子，并處于離子狀態(tài)，很難將這些離子與任何物質(zhì)區(qū)分開來。在確定離子反轉(zhuǎn)物質(zhì)的組成時容易出錯。因此，可以先通過色譜法分離材料，獲得材料成分和組成的準(zhǔn)確信息，然后通過質(zhì)譜方法對單材料離子進行分離分析[5]。

5 持久性有機污染物檢測技術(shù)的應(yīng)用分析

5.1 空氣中揮發(fā)性有機物的檢測

持久性有機污染物檢測技術(shù)可用于檢測空氣中的揮發(fā)性有機物，在檢測到揮發(fā)性有機物之前，工作人員將適用氣體進行濃縮，最大限度地降低檢測極限，確保檢測靈敏度。在大氣中對揮發(fā)性有機物進行物理檢測時，工作人員可以采用光離子化或比色檢測方法。應(yīng)用光離子化控制方法時，工作人員應(yīng)將要測量的樣品輸入離子室，待測樣品在紫外線能量下被激活，收集電極以額外的離子。在提高離子收集過程中電流值、混合物濃度的基礎(chǔ)上，工作人員可以進一步測定有機污染物濃度電流值匹配。此外，室內(nèi)空氣中持久性有機污染物的含量也不容忽視，為了證實檢測的有效性，在進行檢測前工作人員必須把精力集中在氣體上，使其濃度低于檢測水平。常用的氣態(tài)有機污染物檢測方法可分為色譜法和光電離法。使用光電測試方法時，人們必須將要測量的樣品放入離子室暴露在紫外線下，離子被電極吸附[6]。

5.2 水中有機污染物濃度的檢測

水體中有機污染物的濃度可以用紫外光譜法檢測，因為其具有很高的吸收紫外線的能力。紫外光譜傳感過程的特殊用途在數(shù)據(jù)處理和回歸模擬方面都有很好的安排。此外，紫外光譜的結(jié)果通常取決于一系列因素，如背景、狀態(tài)、散射等，大大影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。該模型有兩種主要類型：主分量回歸和向量支持。為了降低光譜中的維數(shù)，排除冗余信息，需要將其轉(zhuǎn)換成矩形光譜進行多維線性回歸，通過選擇有用的組件避免錯誤模型。當(dāng)使用支持向量時，它們的主要功能是找到最優(yōu)超曲面，通過數(shù)據(jù)集的高維空間映射，利用C類樣本的最優(yōu)超曲面求解一組線性方程組。在特定的數(shù)據(jù)處理過程中，應(yīng)根據(jù)相關(guān)衍生數(shù)據(jù)計算衍生光譜。通過解決測試過程中的基本位移和光譜背景干擾問題，可以提高總光譜分辨率。為了有效地減少整個推導(dǎo)過程中由頻譜引起的聲學(xué)干擾，可以將導(dǎo)數(shù)分為一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)。在平滑過程中，必須將原始光譜劃分為大小相對應(yīng)的多個點，對這些點進行調(diào)解并整合到平滑框架中，以保證平滑效果。

5.3 土壤中持久性有機污染物的檢測

在測試過程中，工作人員必須確保等待分離的物質(zhì)分子在位移相和固定相之間處于平衡狀態(tài)。選擇針對具體檢測物質(zhì)的色譜法，具體檢測操作可根據(jù)被檢測物質(zhì)的狀態(tài)確定收集方法。例如，當(dāng)測試溶液報告大量有機物且液體顏色較深時，固體土壤廢物可以通過倒置和水平攪拌的形式獲得滿足此要求的樣品。然后將加熱樣品加入白煙杯（整個過程必須加熱），如果白煙杯中含有氯酸可以判斷有機物對氮和氫化合物的降解，那么可以觀察到杯內(nèi)樣品的結(jié)晶、蒸餾水的溶解、凈化以及溶液中有機污染物的過濾和異型化。

5.4 土壤固體廢物中有機污染物的檢測

將持久性有機污染物檢測方法應(yīng)用于土壤中的固體有機廢物檢測中，可使工作人員正確理解毒性和污染程度。在檢測有色液體有機污染物時，工作人員可以采用水平振動和旋轉(zhuǎn)方法收集土壤固體廢物。收集到的土壤固體廢物用作控制溶液，將其放入玻璃杯中，對溶液中的有機物進行熱分解，得到氮和氫的化合物。然后，加熱器冷卻，在加熱杯中加入HCLO4。在加熱過程中，HCLO4轉(zhuǎn)化為鉛白色，從而在杯內(nèi)液體含量不高的情況下判斷有機物的降解完成，冷卻后液體形成晶體。然后溶解、加熱不溶于紙張的過濾器，并通過持久性有機污染物檢測方法檢測過濾器中的有機污染物。

6 持久性有機污染物檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

6.1 自動檢測儀器的應(yīng)用

在目前有機污染物排放量大的情況下，人工測量的方法需要大量的人力物力，效率較低，因此自動檢測方法是檢測發(fā)展的必然趨勢。目前微波萃取、超聲波萃取、溶劑加速萃取等方法廣泛應(yīng)用于環(huán)境固體樣品檢測工作中，大大提高了檢測效率。同時，在實際檢測工作中，通過硫酸與柱的濃縮層壓，有效提高了檢測效率，提高了凝膠柱的凈化層壓和滲透性。自動測試儀器廣泛應(yīng)用于液體介質(zhì)中的樣品測試。在實際試驗中，液體中的有機物可以在試驗設(shè)備中完全蒸發(fā)，樣品始終處于封閉的環(huán)境中，不會造成二次污染。此外，一些濃縮裝置還用于檢測液態(tài)有機物，如固相萃取、固相微萃取、半透膜等，這有效地降低了測試成本，大大提高了測試效率[7]。

6.2 檢測設(shè)備組合應(yīng)用

檢測儀器組合是指將色譜儀與特定接口技術(shù)相結(jié)合，能夠提高檢測儀器的精度，降低誤差。多組設(shè)備的組合可以有效地填補單個設(shè)備的空白，在進行緊急的有機污染物含量測試時，使用復(fù)雜的設(shè)備可以在最短的時間內(nèi)獲得結(jié)果，大大提高了檢測效率。此外，這套儀器可用于自動檢測有機污染物，并將結(jié)果實時傳輸?shù)綑z測設(shè)備。

7 結(jié)語

現(xiàn)階段，我國持久性有機污染物檢測技術(shù)取得了一定的研究成果，在實際應(yīng)用中發(fā)揮了一定的作用，但總體上還不發(fā)達，還有一定的改進空間。改善環(huán)境污染現(xiàn)狀，必須向西方發(fā)達國家學(xué)習(xí)并掌握相關(guān)技術(shù)，促進有機污染物檢測技術(shù)研究的經(jīng)驗擴展。POP檢測技術(shù)是我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的一個組成部分，為了提高我國有機污染物檢測技術(shù)水平，有必要引進國外先進的科研成果和檢測設(shè)備，才能進行科技攻關(guān)，確保效率高、污染低。基于持久性有機污染物科學(xué)技術(shù)試驗的有機污染物分析方法的開發(fā)、更新和改進，進一步確定持久性有機污染物檢測技術(shù)對加強環(huán)境保護具有重要意義。在環(huán)境問題日益嚴(yán)重的情況下，我國相關(guān)主管部門應(yīng)加強對持久性有機污染物檢測技術(shù)的深入研究，進一步提高測試水平，保證其結(jié)果的準(zhǔn)確性。