APP下载

分析化学法用于环境监测的实践探索

2022-11-23钱小洁

皮革制作与环保科技 2022年13期
关键词:中子色谱法分析化学

钱小洁

(常州市生态环境监控中心武进分中心,江苏 常州 213161)

随着对环境损害的日益加剧,为了有效地控制环境污染,必须对污染的情况进行实时的检测,并对其进行分析、监控,从而达到防治污染的目的。因此,利用现代分析化学的新技术,对环境进行新的监测,由此形成了一种新的环境分析化学法。分析化学在环境监测中的应用,是指利用现代化学技术和各种分析手段,对环境中的某些污染物进行定量测定,确定其成分和含量。

1 分析化学法的现状

在环境污染方面,许多样品的污染程度都比较低,但其中的污染物种类繁多,涉及的领域也比较广泛,所以对环境的探测手段必须要敏感,而且要简单而实用。为了更好地开展环境监测,必须在分析化学方面进行深入的研究和开发[1]。首先,必须开发一种高效的样品处理技术,将它与分析化学相结合,以达到最佳的效果;二是要开发出更多的分析化学手段,将它们用于环境监测,以确定某些难以检测的污染物;因此,在环境监测方面,需要对分析化学方法进行深入的探索。分析化学又称环境分析,是一种重要的环境监控方法,在环境监控技术中占有重要的位置。分析化学技术在环境监测中的具体应用,主要是指运用先进的化学技术、监测仪器和理论知识等手段,对环境中的污染进行检测,并对其进行分析和处理,得出相应的数据,制定相应的防治措施,达到有针对性、有成效的目的。可以说,分析化学技术为当今的环保和发展作出了巨大的贡献。

2 在环境监测中运用分析化学法的优势

2.1 具有较高的兼容性

分析化学法可以监测各种环境,包括山川、平原、盆地等陆地环境,也可以监测河流、湖泊等水体的污染,同时也可以监测大气中的污染,所以分析化学技术的应用范围很广,几乎囊括了整个星球的所有生态环境,所以在环境监测中使用分析化学技术,其灵活性和便利性是其他监测手段无法比拟的。

2.2 监测结构具有可靠性

由于地球上的生态环境复杂,物种众多,各种植物的结构也各不相同,因此,环境监测和分析工作也就变得复杂起来。但由于各种客观因素的制约,要做到对不同的生物采用不同的监控手段是非常困难的,而且由于监测手段的不合理,会造成监控结构的不准确和不够专业。

2.3 监测内容存在多样性

随着地球环境的不断变动,环境的监控和分析手段也必须不断地更新和创新,这几年来,分析化学技术的进步越来越大,让分析化学的数据变得越来越准确,越来越可靠[2]。

3 环境监测中分析化学的特点

分析化学方法在环境监测中起着举足轻重的作用,是环境科学研究的主要方法。只有创新和完善分析化学方法,推动它在环境监测领域的广泛应用,才能推动环境科学的可持续发展。分析化学方法具有普遍性、变异性、研究对象的复杂性和研究领域的广泛性等四个主要特征。首先,是普遍性。分析化学的应用范围很广,随着科学技术的发展和普及,分析化学的研究方法和技术也得到了极大的发展。其次,是不确定因素。由于地球每时每刻都在运动,事物的发展是动态的,变化的,所以,在不同的环境体系中,存在着不同的化学种类。其次,是研究对象的复杂性。光是环境体系中的化学物质,就有近十万种之多。化学品种的结构特征也不尽相同,要对其进行全面的研究,就需要对其结构进行详细研究,并对其结构状态进行正确的把握。第三,研究领域的广泛性。分析化学方法适用于海洋、陆地、空气等多种环境[3]。离子色谱法是一种高精度的分析仪器,它的主要目标是离子类化合物和离子,在生态、土壤、大气、水质等领域有着广泛的应用。水质监控是环境监控的重要内容。采用离子色谱法,能准确地检测出不同的水质,如工业废水、生活污水、饮用水、地下水等。为了确保测试结果的准确性,必须对样品进行过滤、稀释等预处理。采用离子色谱法能同时检测多种成分,且所用的试剂无毒性,对环保工作无障碍。

4 在环境监测分析化学中的主要方法

4.1 离子色谱法

离子色谱法被广泛应用于大气环境监测,比如二甲胺、甲醛、乙胺、甲胺等,但是在检测的时候,必须先将这些物质进行碱溶解,再进行检测。利用离子色谱法对土壤中的生物进行分析,可以对各种不同的阴阳离子进行测定。离子色谱法可以有效地解决传统方法中存在的问题,但是,在对样品进行预处理时,往往会使分析结果产生较大的负面影响,使实验数据失去准确性。水质监控是指在水质评估中,对水体的类型、浓度和各类污染物进行监控与测量。监测的范围很广,包括自然水源(江河、湖、海、地下水)以及各类工业废水。主要监测项目包括:温度、色、浊度、pH、导电、悬浮物、溶解氧、生化需氧量、VOCs等;在水质条件下,除以上监测项目外,还需对流量和水流状况进行客观评估。在大气环境监测中,地下水的检测是一项非常重要的工作。采用离子色谱法进行降水监控,可以缩短检测时间,提高检测的精确度。离子色谱法用于大气环境监测中,尽管空气中的氯化氢含量很低,但因垃圾焚烧引起的自燃现象,会造成氯气浓度较高。如果氯化氢浓度太高,长期处于这样的环境中,会对人和其他动物的生命健康产生很大的负面影响。常规的空气质量监测方法很难对其进行有效的检测,而采用离子色谱技术能够精确地测量空气中的 HCG。在大气降水中,无机和有机阴离子如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的情况下,就叫做酸雨。酸雨不仅给建筑物、农作物造成了很大的伤害,而且对文物和历史遗迹的保护有很大的影响。该方法简便、快捷、灵敏、选择性好,并能对多个离子进行测定,并能作为一种高效的分离技术,并与其他用于环境分析的方法相结合。

4.2 高效液相色谱法

高效液相色谱法是一种灵敏度和精确度较高的方法,它能对环境污染物进行定性和定量的分析,因而被广泛应用于环境监测领域,成为主要的环境监测手段。它的应用领域包括水环境、土壤环境和空气环境三个方面。一是对大气环境,采用高效液相色谱法,可以实现对大气中各种复杂组分的分析,并保证了其精确度。另外,采用本方法对废品中的整酮进行分析,结果表明,该方法的回收率很高,可以精确地确定出有机物的最低检测限和线性工作范围,操作时不会被干扰,而且测量结果可重复性好。此外,高效液相色谱法还可以对各种经络物质进行精确的检测。二是水质,利用高效液相色谱法可以精确地检测水体中的重金属、苯胺、多环芳烃、硝基苯等。三是土壤环境,高效液相色谱法能在土壤环境中起到很大的作用。通过这种方法,可以对重金属、无机、有机污染物等各种污染物进行及时、精确的监测[4]。采用固相萃取技术,例如:清洗、分离、浓缩、超声波等,将多环芳烃分离,再用RP-高效液相色谱法分离,再精确地检测出多环芳烃的含量。高效液相色谱法技术是一种特异性强、重复性好、分辨率高、灵敏度高的仪器,它在今后的发展中会得到广泛的应用,但是它的耗资巨大,需要进行持续改进。

4.3 原子吸收和原子荧光法

随着原子吸收技术的飞速发展,人们可以利用原子吸收法,精确地检测出水中含有的杂质。我们研制的原子荧光计可以检测到水中的八种元素,如As、Bi、Se等,而且对各种元素的分析精度和敏感性都很高,而且不会受到任何影响。原子吸收光谱(AAS)是指气体原子能吸收特定波长的光,从而将原子外层的电子由基态转变为激发态。因为不同原子的电子具有不同的能量水平,所以它会有选择地吸收特定波长的辐射,而这种吸收波长正好与原子被激发后所发出的光谱的波长相等,从而可以用来对元素进行定性,同时也可以用来量化。AAS是目前最常用的无机元素定量测定方法。本方法的检测限较低(火焰法测定的相对误差在1%以下)、选择性好(即干扰较小)、分析快速、适用范围广泛(火焰法可以分析70余种元素,石墨炉法可以分析70余种元素,氢化物产生法可以测定11种元素)。在固定的温度吸收光程和进样方法等实验条件下,试样中的被测元素相的基态原子对由所述元素的中空阴极灯发射的单色光进行吸收,并且所述中空阴极灯的吸光率(A)比例于样本中的元素浓度(C)。也就是,在方程式中,K是一个常量。在此基础上,测定了标准溶液和未知溶液的吸光度,并已知了标准溶液的浓度。本方法主要用于测定样品中的微量和微量成分。用来定量的测定被测元素的原子蒸汽在特定波长的辐射能激励下发出的荧光强度。在紫外和可见光区,原子荧光波长为可见光。在吸收了特定波长辐射后,原子外层的电子从基态或低能量态向高能态转变,大约10~8秒后,再向基态或低能量态转变,并发出荧光。当吸收线的波长与吸收线的波长一致时,就叫作谐振荧光,如果存在差异,就叫无谐振荧光。其荧光强度高,是目前常用的分析方法。在特定的环境下,样品中的共振荧光强度与某些元素的浓度呈正相关。本方法具有较高的灵敏度,目前对20余种元素的检测限比 AFS和 AFS方法都要好,谱线简单,在低浓度时,标定曲线的线性范围可达到3~5个量级,尤其是使用激光作为激励光源时。它广泛应用于环境科学、高纯度物质、矿物、水质监测、生物制品、医药分析等领域。

4.4 中子活化法

中子活化法的灵敏度很高,而且只需要很少的元素,不会破坏被检测到的样品。中子活化方法通常采用同位素、反应堆中子、加速器中子等中子源。近年来,随着科学技术的进步,人们研制出了一种对低能光子更加敏感、分辨率极高的低能光子探测器。中子活化技术的应用非常的广泛,可以检测到五六十种不同的元素,包括水、空气、土壤,甚至是其他的物质。热中子成分是一种低能量的中子(能量小于0.5 eV),它与反应堆缓化剂中的原子保持热平衡。对于室温下的热中子,其能谱最佳地表示为麦克斯韦玻尔兹曼分布,其平均能量为0.025 eV,最大可达2 200米/秒。在大部分核反应堆辐射点,90~95%的中子都是热中子。通常,1兆瓦的核反应堆的热中子通量是1E 13个/秒/平方厘米。超热的中子成分是由0.5~0.5电子伏特的中子构成,只有部分地减慢。1 mm厚度的镉箔可以吸收全部的热中子,但是可以让具有0.5 eV以上的超高温中子和快速中子通过。在一个典型的不受保护的核反应堆辐射点,中子通量大约为2%。无论是热还是超热的中子,都能使靶核发生(n,γ)反应。NAA技术利用超高温中子,将被分析的试样置于镉或硼的掩蔽中,以诱导(n,γ)反应,即超热中子激活(ENAA)。中子光谱中的快中子成分(能量大于0.5 MeV)是由主要的裂变中子构成的,在裂变后,其大多数的原始能量快中子对(n,γ)的反应只有很少的作用,但是如果核微粒-(n,p)、(n,n′)和(n,2 n)的辐射是可以引起核反应的。在通常的反应堆辐射点,约5%的能量流是由快速的中子构成的。NAA技术是一种应用于快速中子激发核反应的方法。

5 分析化学法在环境监测中的具体应用

5.1 分析化学法在环境监测中的应用

分析化学法的规范化是环境分析化学研究的重要内容,是评价环境质量的重要基础,为制定相应的环保政策提供了科学的基础。所以,必须要有一种非常可靠、准确的分析手段,才能保证数据的准确性。环境标准物质是一种可以用来描述其特性的均匀物质,用化学方法可以准确地测量其物理和化学特性。采用环境标准物质,可以保证环境监控的精度,不会产生偏差,为环境污染的防治提供非常准确的数据,有利于采取相应的措施。现在的环境监控,一般都是用仪器来监控。

5.2 在方法标准化方面的应用

随着对环境的研究不断深入,对环境的分析也有了更深层次的需求,比如分析化学,就必须要用到超微量的污染物。因此,许多科研工作者必须致力于开发一种能够检测环境污染中微量和超微量污染物的化学分析技术。目前,人们已经通过微量和超微量分析技术,获得了大量的数据。因此,在现代环境科学的发展中,要更加深入地研究微量、超微量的检测技术,尤其是对微量、超微量的检测,必须要有高的灵敏度和高的选择性。技术研究结束后,必须将其应用于实际环境监测,为监测人类生活环境作出应有的贡献。

5.3 在痕量与超痕量级污染物质分析方面的应用

用无机质谱法对样品进行元素分析,用同位素质谱法对样品进行分析,在元素分析中,最常见的一种就是离子探测器,可以对固体物质中的微量元素进行分析,通过测量峰位的变化,对元素进行定性分析,利用元素的峰强度变化对元素进行定量分析[5]。X-射线能谱仪可以对试样中的某些元素进行测定,并对其成分进行进一步的分析。利用核磁共振技术,可以对物质进行表面化学分析,确定其分子结构。

5.4 在污染元素分析中的应用

环境污染物质中的微量元素的检测和分析,一般都是采用分析化学法中的无机质谱法进行的。在实际的分析中,还需要用到一台离子探针分析仪,通过专门的分析设备和方法,可以精确地检测出被污染的固体污染物中的特殊元素,然后根据图形的变化和峰位的发展趋势,来精确地确定固体污染物中的元素的含量,而定位的内容则是元素的属性和体积。

6 结语

随着环境问题的日益严峻,环境监控技术的发展必然要比环境污染的发展更快,而在实际的环境监测中,由于所需的环境条件复杂,以及各种类型的环境监测,要求采用灵活而有效的方法,分析化学技术是一项重要的环境监控技术,它的覆盖面很广,可以监控的类型也很多,而且所得到的数据也非常准确,所以在环境监测中得到了广泛的应用。

猜你喜欢

中子色谱法分析化学
高效液相色谱法测定纺织品中的羟脯氨酸含量
固相萃取-高效液相色谱法测定水产品中四环素类的含量
散裂中子源大气中子辐照谱仪研制成功
高效液相色谱法测定吉非替尼的含量
《分析化学》公布2019-2020年度优秀编委
物质构成中的“一定”与“不一定”
液相色谱法测定糕点中脱氢乙酸不确定度评定
基于Mezei算法的FeCoSi中子多层膜极化镜优化设计
第一届中国青年分析化学家奖
中国化学会分析化学委员会关于申请“分析化学基础研究梁树权奖”的通知