环境监测技术及其体系的现状及发展趋势

王磊，秦宏伟，陈璐，刘俊华，王剑，王玉涛，高磊

(山东省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，济南 250100)

环境监测技术及其体系的现状及发展趋势

王磊，秦宏伟，陈璐，刘俊华，王剑，王玉涛，高磊

(山东省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，济南 250100)

环境监测是我国环境保护中的一项基础工作，从环境检测技术、环境检测能力、环境检测结果等方面，对我国环境监测体系的现状进行了分析。对我国环境监测技术如化学监测技术、物理监测技术、生物监测技术等进行了综述。展望了环境监测技术的发展趋势。

环境监测；技术体制；环境污染

从20世纪50年代开始，环境问题日渐突出，各国对于环境污染的研究也加快了步伐。人们发现，随着工业化进程的加快，影响环境的因素在不断增加，无论是化学、物理还是生物方面，都对环境产生了难以避免的影响。环境监测是随着环境污染问题的产生而发展起来的，在对污染源进行分析之后，环境监测逐步完善，已经实现了监测中的实时性、连续性、完整性，但想要更深层次地对环境监测进行发展，就需要从根本上分析现有阶段监测体系以及技术现状，了解其发展趋势以及发展目标。环境监测是有效监察环境问题的“眼睛”，它可以发现环境中存在的问题以及隐患，及时进行反馈，为环境治理及改善提供技术依据，是研究和治理环境污染的重要手段，是环境保护的基础之一［1］。应用高端仪器以及化学检测技术，保证环境监测过程中对监测对象的有效判断，不仅能够保证数据的准确性，还能使环境整体不会受到破坏［2］。

1 我国环境监测体系现状

在我国环境监测体系中，目前已经形成了4级环境监测网络，在各个省、市、县都有监测网点对环境进行分析评估。在国家监测的网站中，不仅有空气、酸雨、水质这些极易出现环境污染方面的监测，还有噪音、辐射等区域网点的监测管理［3］。这样的环境监测体系正在不断完善，相关部门也希望能够从各个角度最大限度地对环境问题进行监督。但我国环境监测起步较晚，早期的发展没能有效地发展和完善，导致我国现有环境监测体系与发达国家还存在一定差距［4］。

1.1 环境监测技术人员缺乏

随着环境监测体系的发展，对于环境监测人员的需求不断上升。但目前因为人们对于这项工作认识不够，导致了相关技术人才的稀缺。同时因为受到事业单位人员编制的限制，在环境监测方面，无论是人才的引进还是管理培养都受到了很大限制，缺乏合理的制度。近年来，虽然有不少大学毕业生加入到了环境监测的工作中来，但因为缺少实际经验，难以成为高端型技术人才。这种现状使环境监测岗位人员青黄不接，单位引进的人才结构不合理，不能很好提供技术人才，限制了环境监测技术的发展［5］。

1.2 环境监测能力不足

在质量监测过程中，对于监测仪器使用、技术方式都有很高的要求，想要更好地发展环境监测，就一定要在这些方面进行发展。目前我国对于高端仪器的使用比发达国家严重落后，在用的仪器精度低、老化等问题，影响了监测结果的准确性。而在专业人员的技术要求方面，因为技术人员对于高端监测技术没有进行系统的学习，所以在检测过程中，很容易出现监测结果的偏差，导致对环境的监管能力大大降低，出现监测体系漏洞［6］。

1.3 监测结果质量有待提高

在进行环境监测时发现，目前监测结果出现误差的概率很高，导致了在之后的数据分析中，不能对监测数据很好利用。各监测站实验室的检测质量参差不齐，实验结果可信度低，而监测站的自我约束及外界监管体系不足，导致了环境监测结果质量大大降低。

2 环境监测技术

近年来随着对监测技术的研究，各种监测技术水平得到了很大提升，各种监测手段为环境监测领域取得了良好成果。根据监测技术以及监测方式的不同，环境监测分为监视性监测、特定目的性监测和研究性监测［7］。一般监测流程：确定目的，现场调查取样，监测计划设计，样品采集，运送保存，分析处理，结果评价。想要成为一名合格的技术监测人员，除了需要对于技术监测的专业知识相当熟悉之外，还需要对于物理学、生态学、化学、工程学有着深刻的了解和认识［8-9］。

2.1 化学监测技术

在环境监测过程中，化学检测技术是现有阶段比较成熟的一种手段。一般导致环境污染的原因是化学因子在环境中的作用，而化学监测技术是对该化学因子的浓度进行测试，可以使化学污染成分有效地被识别出来，为环境的统计以及治理提供相应数据。

2.1.1 常规化学分析法

常规化学分析法包括重量分析法、容量分析法，这些基础的化学分析方法一般不需借助精密的仪器，便于操作。重量法一般先用适当的方法将被测组分与试样中的其它组分分离后，转化为一定的称量形式，然后称量，由称得的物质的质量计算该组分的含量［10］。在环境监测中，环境空气中PM2.5、PM10、TSP、水中悬浮物、水中石油类物质的检测、硫酸根等项目的测定仍使用重量法。容量法的实质上是滴定分析法，通常将被测溶液置于锥形瓶中，将已知浓度试剂溶液滴加到被测溶液中，直到所加的试剂与被测物质按化学计量定量反应为止，然后根据试剂溶液的浓度和用量，计算被测物质的含量［11］。在环境监测中，水中BOD、COD、酸碱度、总硬度等项目使用滴定法。

2.1.2 仪器分析法

环境监测分析种类繁多、组分复杂、被检测组分含量低［12］，常规化学分析法不能满足日益增加的检测项目，仪器分析法灵敏度高，选择性强，成为环境监测中重要的分析方法。目前仪器分析方法分为光化学分析、电化学分析、色谱分析［13］、质谱法及其联用技术等。

在光化学分析方法中，分光光度法是基于物质对光的选择性吸收来测定物质组分的分析方法［11］。在环境监测中，水中的总磷、总氮、游离氯等和大气及降雨中的硫酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、氯化物、铵盐、氮氧化物等均有使用分光光度法的国标方法［14］。原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、原子发射光谱法、X射线荧光光谱法等方法由于灵敏度高，干扰小，可以测定大多数元素，成为环境中有害元素分析的主要手段。在国家标准中，土壤和水中的元素分析大部分是以原子光谱法为基础建立的。冯素萍等［15］对济南市采暖期总悬浮颗粒物TSP样品进行分级提取，探讨了大气颗粒物中重金属Cu，Pb，Zn，Cr，Ni和Mn的存在形态。战雯静等［16］采集了大气颗粒物样品，测定了Zn，Pb，Cr，Cu 等重金属元素的浓度，并初步估算了大气气溶胶中这些重金属在长江口的干沉降通量。

电化学分析法包括离子选择电极、库仑分析、微库仑分析、极谱法和溶出伏安法［17］。大气及烟道废气中氟的测定、水体中氟的测定、空气中氰含量的测定等可以使用电化学分析法。

色谱分析法是一种快速分离分析技术，是利用混合物中待测组分在固定相和流动相中吸附能力分配系数或其它亲和作用的差异而建立的分离测定方法［18］。在环境监测中，气相色谱和液相色谱主要应用于土壤中残留农药和其它有机污染物的检测、大气及水体中有机污染物的检测。大气中的多环芳烃、甲醛等醛酮污染物，水环境中的酚类物质、除草剂、微囊藻毒素等都可以采用液相色谱法进行检测［19］。

离子色谱相对于常规化学分析，对于样本中阴离子和阳离子的测定更加快捷和高效，水环境中的氟化物、氯化物、亚硝酸盐、硫酸盐等指标的检测和大气中SO2，NOx，F-，Cl-等的检测都可以利用离子色谱实现［20-21］。质谱技术的出现大大提高了检测的特异性和灵敏度，在环境监测中常用的质谱法有气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)，适合于多混合物中未知组分的定性鉴定，液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)尤其适用于环境中农药残留的快速检测［12］。这两种方法分别分析不同种类的化合物，互为补充，在大气、土壤、水质监测中发挥着重要作用。在环境监测中，除了上述有机质谱外，还有无机质谱，如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)，无机元素微量分析和同位素分析等，ICP-MS分析精密度高，可进行多元素同时快速分析，可单独使用进行元素痕量分析，尤其在水质中低含量元素的检测中使用广泛，同时ICP-MS也可与离子色谱、液相色谱联用，做元素形态与价态分析，对研究环境元素的毒性及其对生态系统的影响极为重要［22］。

2.2 物理监测技术

在环境监测中，应用最广泛的是物理监测技术。物理监测技术主要是应用于热、光、电磁辐射、噪声等一系列环境污染因素的测定，通过对物理因子强度和能量的测定，了解环境污染中物理因素所占比例。无论是在土壤、水质、废物还是空气的监测中，都可以发现物理监测技术发挥了多功能作用，尤其大气污染方面，对于空气中气体浓度的测定，对于温室气体的鉴定，都少不了物理监测技术。

2.3 生物监测技术

生物监测是指利用生物个体种群或群落对环境污染或变化所产生的反应，从生物学角度对环境污染状况进行监测和评价的一门技术，包括生物群落监测法、微生物监测法、生物残毒测定法、生物测试法、生物传感器技术、分子生态毒理学和分子生物学技术、遗传毒理学技术、生物标志物法等［23-27］。我国对于生物监测技术的使用从近几年才开始，利用生物对于周围环境中出现的问题进行及时的反应，不仅可以快速有效地对环境中的变化做出处理，还能减少在检测过程中对于环境的损坏，而其测试结果以及信息都很准确，这项检测技术得到了检测人员的认可。

3 环境监测技术发展趋势

环境监测技术经历了几十年的发展，其现有检测手段很成熟，对于化学、生物、物理手段的应用已经逐渐和世界监测技术接轨，综合我国在环境监测技术方面的发展规律及特点，对于未来环境监测技术发展趋势进行分析。

3.1 监测信息化

未来环境监测发展方向主要在于对监测信息网的建设以及普及方面。如何提高技术监测效率，保障各个省市之间对于信息进行数据互通、实现数据共享是未来监测中重点研究和发展的方向。一旦建立起相应的监测信息平台，各个环境监测网点可以实现信息交流互换，对于环境监测发展非常有力，而数据库的统一管理是未来环境监测技术发展的大趋势。

3.2 生物监测手段发展

从现有环境监测技术方面看，目前化学及物理监测技术的利用非常广泛，虽然生物监测的优势已经很明显，但因为技术不到位，人员难以有效配置，导致生物监测技术不能在各个地区进行推广。因此需要大力发展生物监测技术，利用动植物对于环境的变化进行测量。以水质监测为例，浮游植物对于水质的监控作用远远超出了物理化学手段的监测范围，一些藻类不但可以作为模型生物应用在急性生物毒性测定及评价中，其生物量及种类变化、浮游藻类组成及优势种类变化、浮游植物种群变化、浮游植物种类演替还可以反映水体的变化，一旦水体进入富营养化，其浮游藻类植物种群就会倾向单一，这样快速有效且准确的生物预报手段对于水质的保护是化学物理检测手段所不能达到的。

3.3 现场监测的自动化

目前环境监测的过程中，还需要相关人员对于监测过程进行监督，大大占用了技术人员的时间和精力。在未来的环境监测中，大型仪器会向自动化、连续化方向发展，在污染源的监测中，进行全自动在线监控。这种技术手段能缩短监测时间，大大提高检测效率，有效缓解现有阶段技术人员缺少的问题［28］。

3.4 数据分析自动化

现在的数据分析技术还需要人为进行，这样不断耗时，还占用了大量技术人员。现在某些研究部门已经在引进外国的高端技术并且加以改造，使环境检测技术从手工、经典化学方法向仪器分析发展，实现数据处理自动化。

3.5 建立健全管理体系

无论是环境监测技术还是仪器使用，都需要一个健全的管理体系进行整体的监督管理。我国现有的环境监测管理体系难以快速有效地对监测流程以及数据结果进行管理分类，存在一些管理漏洞。如何建立健全管理体系，是发展监测技术的关键［29］。在管理体系的建设中，需要针对数据处理建立档案以及平台进行合理规划，以实现快速便捷、数据共享的目标［30］。

4 结论

环境监测对于我国的发展有着重要的作用，构建一个和谐、健康的发展型国家与环境监测管理有着密不可分的联系。通过环境监测可以及时发现环境中的弊端，切实有效地进行改正，防止因为科技的发展以及工业化进程的加快对人类的生存环境产生破坏。环境监测体系的完善和技术改进的路程还很长，需要依靠每一个研究工作者的共同努力。

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高校向企业开放实验室

西安市经济开发区与长安大学签订战略合作协议，双方将开展多形式、多层次的合作，促进产业转型升级。长安大学还将面向经济开发区的企业，开放学校的实验室、检测中心等研究设施，为企业研发创新、学术交流、公共活动提供便利。

长安大学将充分发挥国家级工程中心、国家级重点实验室、国家级检验检测中心、博士后工作站等科技资源优势，加强与经济开发区汽车制造、智能装备、物流运输、电子信息、高技术服务等产业领域的合作，促进产业发展水平。经济开发区也将作为长安大学科技成果转化和产业化基地，优先在经济开发区实施技术含量高、市场前景好的科技成果项目的产业化。经济开发区也将鼓励区内企业与长安大学合作研发新产品、联合攻关等，鼓励共建企业技术中心、人才培养基地。

（ 中国化工仪器网）

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《计测技术》2015年第35卷第3期目次

综合评述

欧洲动态计量技术发展

脉冲电流测量方法分析与比较

多分量力的测试与校准技术介绍

理论与实践

拉曼光频移对原子干涉测量中原子数的影响

基于LS-SVM的浮选药剂量优化设定

新技术新仪器

可调姿态一维运动平台

一种三段加热的立式高温均热炉的研制

碳纤维-铝多层结构胶接质量的超声检测

背压平衡式液体压力调节装置设计及测试方法

计量、测试与校准

高温环境激光测振实验研究

入腔法校准辐射热流计入腔位置的确定

电子连接器外观缺陷检测方法研究

定位定向接收机校准技术研究

300℃以上热电偶量传体系问题分析及对策

计量信息化与管理

计量信息系统在线原始记录编制及证书自动生成的功能实现

美国海军装备计量标识管理介绍

经验与体会

无线电领域测量标准的过程控制

灰熔融性测定仪计量校准方法探讨

Status and Development Trend of Environmental Monitoring Technology and Its System

Wang Lei， Qin Hongwei， Chen Lu， Liu Junhua， Wang Jian， Wang Yutao， Gao Lei
(Institute of Agricultural Quality Standards and Detecting Technology SAAS， Jinan 250100， China)

Environmental monitoring is basic work of environmental protection in our country. China’s environmental monitoring system was analyzed from the aspects of environmental testing technology, environmental monitoring capacity and environmental test results. The environmental testing technology such as chemical testing technology, the physical testing technology and biological monitoring technology were summarized. The development trend of the environmental testing technology was put forward.

environmental monitoring; technical system; environmental pollution

O661

：A

：1008-6145(2015)04-0103-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2015.04.031

联系人：秦宏伟；E-mail：qhw01@163.com

2015-04-25