环境监测常用仪器分析方法原理及其应用

环境监测常用仪器分析方法原理及其应用
摘要：通过对环境监测中常用的几种仪器分析方法的基本原理及特点进行阐述，分析了它们在环境监测工作中的不同应用。

关键词：环境监测；仪器分析；分析方法
发达国家一两百年出现的环境问题，在我国近30多年来的快速发展中集中显现，呈现明显的结构型、压缩型、复合型特点，随着环境保护形势、任务发展的新要求，环境监测工作的地位越来越突出、越来越重要，“环保要有位置，监测首先要有声音，环境监测跟不上，环保就没有话语权”。

环境监测包括空气、水、土壤、固体废弃物、噪声、放射性、电磁辐射等的监测，无论是对环境质量、生态环境现状及变化趋势进行实时、准确的环境监测，还是对污染源及其治理进行日常监督监测，都需要大量的环境监测仪器，随着科学技术的不断进步，环境监测分析技术发展突飞猛进。

1、环境监测分析方法的分类
环境监测分析方法根据测定原理和使用仪器不同包括化学分析法和仪器分析法两种。

化学分析法主要包括重量分析法、滴定分析法等，这种方法是以分析天平、滴定管、容量瓶、移液管等为分析工具，在常量分析中是广泛应用的方法。

仪器分析法是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。

仪器分析具有用样量少、测定快速、灵敏、准确和自动化程度高的显著特点，常用来测定相对含量较低的微量、痕量组分，随着新的仪器分析方法不断出现，其应用也日益广泛，已逐渐成为环境污染监测的重要手段。

2、环境监测中常用的仪器分析方法
环境监测中应用较多的仪器分析方法有：分光光度法、原子荧光分析法、气相色谱法、离子色谱法等。

（1）分光光度法在环境监测中的应用
由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，分光光度法就是基于物质对光的选择性吸收而建立的，它是一种通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸光度或发光强度，对该物质进行定性和定量分析的方法。

该法具有较高的精度，设备价廉轻便，操作简易，所以成为目前环境监测中较常用的方法。

常见的采用分光光度法分析的仪器主要有紫外分光光度计、可见分光光度计、红外分光光度计或原子吸收分光光度计等。

分光光度法灵敏度高，选择性好，可测元素多，目前广泛地应用于化工、冶
金、地质、医学、食品、制药等部门及环境监测系统。

在水质监测中，分光光度法可用来测定多种金属和非金属离子化合物，如汞、镉铜、锌、铬、砷、氨氮、总氮、总磷、挥发酚、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氟化物等等；在土壤监测中，可测定总铬，镍，总砷，苯并[a]芘等；在环境空气监测中，分光光度法可测定二氧化硫，氮氧化物、臭氧、氟化物、甲醛、总悬浮颗粒物中污染组分（某些金属元素和非金属化合物，有机物的测定）等等，下面主要介绍一下用分光光度法对氨氮、总氮的测定。

水中的氨氮可以在一定条件下转化成亚硝酸盐，如长期饮用，水中的亚硝酸盐将和蛋白质结合形成亚硝胺，这是一种强致癌物质，对人体健康极为不利，还会造成水体富营养化，对水生生物造成毒害。

城市生活污水、某些工业废水（如焦化废水、合成氨化肥厂废水）等均是氨氮的主要来源，对氨氮的测定，常用纳氏试剂分光光度法 ，以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成黄棕色络合物，该络合物颜色的深浅与氨氮的含量成正比，于波长420nm处测量吸光度，即可计算其含量。

总氮是水体中各种价态氮的化合物（包括包括NO3-、NO2-、NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸、有机胺等有机氮）中氮的总量，水中有机氮和各种无机氮化物含量增加，会使水中生物和微生物大量繁殖，消耗水中的溶解氧，使水体质量恶化。

若湖泊、水库中的氮含量超标，会造成浮游植物繁殖旺盛，出现水体富营养化状态，总氮含量是衡量水体受污染程度及富营养化下成都重要指标之一。

 对总氮的测定，常用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，在120～124℃下，碱性过硫酸钾溶液使样品中氮化合物的氨转化为硝酸盐，采用紫外分光光度法于波长220nm和275nm处，分别测定吸光度A220和A275, 然后计算出校准吸光度A  （A=A220-2A275）  ，总氮（以N计）含量与校准吸光度A成正比，通过标准曲线计算样品中总氮含量。

（2）原子荧光分析法在环境监测中的应用
原子荧光分析是利用硼氢化钾或硼氢化钠作为还原剂，将样品溶液中的待分析元素还原为挥发性共价气态氢化物，然后借助载气将其倒入原子化器，在氩-氢火焰中原子化而形成基态原子。

基态原子吸收光源的能量而变成激发态，激发态原子在去活化过程中将吸收的能量以荧光的形式释放出来，此荧光信号的强弱与样品中待测元素的含量成线性关系，因此通过测量荧光强度就可以确定样品中被测元素的含量。

原子荧光分析法主要分析仪器是原子荧光光度计。

原子荧光分析法具有设备简单、灵敏度高、光谱干扰少、工作曲线线性范围宽、可以进行多元素测定等优点，在地质、冶金、石油、生物医学、地球化学、材料和环境科学等各个得到了广泛应用。

在环境监测中，该法常用于地表水、地下水以及废水中砷、汞的测定。

汞和砷均是严重危害环境和人体健康的毒性物质，环境中的汞主要来源于以汞为原料工业生产过程中产生的含汞废水、废气、废渣以及煤、石油的燃烧、含汞农药的使用等，砷主要来源于开采、焙烧、冶炼含砷矿石及生产含砷产品过程中产生的废水、废气、废渣。

用原子荧光分析法测定砷、汞的方法为：酸化过的样品溶液中的被测元素与还原剂反应，在氢化物发生系统
中生成氢化物或原子态元素（氢化砷、原子态汞），过量的氢气和气态氢化物或原子态元素与载气混合，进入原子化器，氢气和氩气在特制点火装置的作用下形成火焰，使待测元素原子化，基态原子受特种阴极灯光源的激发，产生原子荧光，通过检测原子荧光的相对强度，利用荧光强度在一定范围内与溶液中砷、汞含量成正比的关系，从而得到样品溶液中被测物质的含量。

在测定中，共存离子与化合物对测定不存在干扰。

（3）气相色谱法在环境监测中的应用
色谱法是一种重要的分离方法，当流动相中所含混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于不同物质在两相中具有不同的分配系数(或吸附系数、渗透性)，当两相作相对运动时，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，这些物质在两相中进行多次反复分配，从几千次到数百万次，即使组分的分配系数只有微小的差异，随着流动相的移动也可以有明显的差距，最后使这些组分得以分离。

在色谱技术中，流动相为气体的叫气相色谱，流动相为液体的叫液相色谱。

常用的作为流动相的气体（载气）有氢气、氮气、氩气、氦气、二氧化碳气等，进行气相色谱分析的的仪器主要为气相色谱仪。

气相色谱法具有分离效率高、灵敏度高、分析速度快、分析需要样品量少、应用范围广等特点。

不仅可以分析气体样品，也可以分析在允许工作温度范围内汽化成气体的液体样品和固体样品，既可以分析有机物，也可以分析部分无机物，在化工、医药、食品、农药、环境监测、水质监测和自然科学研究等领域都有普遍的应用。

在环境监测中，气相色谱法主要应用于土壤残留农药的监测、生产车间及工作场所有害气体的监测、地表水及地下水中有毒物质的监测，可以用来分析常用监测方法不能检测出的多环芳烃、苯系物、PCB等强致癌物的状况。

 在环境监测领域中，习惯用“苯系物”一词代替单环芳烃，苯是毒性很高的致癌物质,而甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、异丙苯、苯乙烯对人体和水生物均有不同程度的毒性，苯及其同系物作为重要溶剂及生产原料有着广泛的应用,在石油化工、油漆、涂料、农药、医药、有机化工等行业的排放污水中也含有较多的苯系物。

随着有毒有害有机污染物对空气、水、土壤的污染日益严重, 气相色谱法作为有机污染物监测的常用方法，正发挥着越来越重要的作用。

它可以同时检测工业废水及地表水样品中苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、异丙苯、苯乙烯等8种苯系物，检测方法为：采用SE-30毛细管柱， 用二硫化碳萃取样品中的苯系物，用氢火焰离子化检测器检测，通过绘制浓度—峰高的校准曲线，由色谱峰量出各组分的峰高，然后在各自的校准曲线上查出相应的待测物浓度，测定范围为0.05-12mg/L。

3、结束语
以上是环境监测特别是基层环境监测工作中常用到的几种仪器分析方法，除此之外，还有电位分析法、电导分析法、库伦分析法、极谱法等分析方法，每种分析方法各有其特性，随着环境污染监测业务的不断扩展和深入，多中易于操作且分析速度快、精确度高的仪器将会不断涌现，仪器分析在环境监测中的应用必
将得到快速发展。

参考文献：
（1）《环境仪器分析》钱沙华，韦进宝，中国环境科学出版社2004.11
（2）仪器分析在环境监测中的应用研究杨宏奎等《科技创新与生产力》2012.3
（3）气相色谱法在环境监测中的应用刘欣《皮革与化工》2008.8。