环境监测进展.doc

环境监测技术的进展学 号： 092083002009姓 名： 李 建 璧学 院： 石油化工学院指导教师： 张 继 义摘要：本文对目前环境监测技术技术现状及发展进展进行了介绍。分类介绍了各种污染物的监测技术和进展，以及所遇到的困难。关键词：环境监测技术 进展 方法环境监测（environmental monitoring ），指通过对影响环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量（或污染程度）及其变化趋势。 环境检测的过程一般为接受任务，现场调查和收集资料，监测计划设计，优化布点，样品采集，样品运输和保存，样品的预处理，分析测试，数据处理，综合评价等。 环境监测的对象：自然因素，人为因素，污染组分。 环境监测包括：化学监测，物理监测，生物监测，生态监测。环境监测一般采用人工或半自动采样，用实验室化学分析方法进行定期、定点测定。随着环境监测工作的发展，建立了大气污染固定监测站、大气污染流动监测站、水污染固定监测站、水污染流动监测站等。在污染物排放量激增的情况下，间断性的监测已不能掌握污染源和环境污染状况的变化。60年代末70年代初，大气污染连续自动监测系统和水污染连续自动监测系统也相继建立起来。 影响环境的污染物种类繁多，可根据下列原则确定优先监测的污染物：对环境影响大的污染物。已有可靠的监测方法并能获得准确的数据。已定有环境标准或其他规定。在环境中的含量已接近或超过规定的标准浓度，其污染趋势还在上升。样品有广泛的代表性，如采集河流底泥作为监测水体在一段时间内的重金属含量样品，比经常监测个别水样更为经济有效；又如监测树干上的地衣群落的组成和数量来了解某一地区硫氧化物和光化学烟雾的情况，比监测个别大气样品更具有代表性。存在于环境中的污染物,大多含量很低,属于微量和痕量范围，一般采用化学法和物理法进行监测分析。用于大气污染自动连续监测的方法，早期采用比色、电导等化学方法，现已发展到用化学发光法、脉冲紫外荧光光谱法、色谱法等物理方法。用于水体污染自动连续监测的方法有紫外吸收分光光度法、离子选择性电极法、电导法等（见环境分析方法）。1、有机污染物监测目前我国部分江河除常规污染项目NH3-N、T-N、TP超标外，其实有机污染更为严重，随着江河沿岸有机化工的建设，污染不断加重。2005 年11 月13 日吉林双苯厂的爆炸事故很值得我们反思。有机污染物监测的仪器有：气相色谱仪、高效液相色谱仪、薄层扫描色谱仪、气相色谱-质谱联机、液相色谱-质谱联机、富立叶红外光谱等等。这些仪器在我国发达地区的省或直辖市监测站均有购置，受到标准监测方法和标准物质不全的限制，大多数使用率不是很高。就GC 而言，目前仍以ECD、FID 应用最为广泛，最近推出的微氩离子化检测器的使用前景应引起关注。此外，PID 检定器已实现国产化，尤其在便携式仪器的应用，使其具有良好的竞争力。FTIR 是气态污染物定性、定量检测的重要手段，在我国六十年代已有应用，目前在有机和无机气态污染的监控、泄漏事故的判断、污染物扩散范围的跟踪等方面应用十分广泛。自东京地铁沙林事件后，日本许多要害部门都安装了FTIR 报警探头。国外大气污染物的自动监测中，FTIR 使用也较为广泛。HPLC 除紫外、荧光检测器外，二极管阵列检测器的问世给HPLC 技术注入了新的活力。就仪器分析而言，环境样品，水、气、土壤、固废、底泥试样中的有机污染物往往都需进行前处理。目前试样前处理设备和使用技术比较欠缺。例如：旋转蒸发、索氏提取、超声提取、液- 液连续萃取、微固相柱萃取等。2005 年松花江污染事故监测中，由于硝基苯沸点大于200，不能使用常规的顶空技术，只能用液相或固相萃取，且底泥目前我国尚无成熟的前处理技术，为此水和废水监测分析方法（第四版增补版）中增加了相关内容。农牧产品及各类食品中农药残留量的分析是关系食品安全的重要任务之一。由于农药类的挥发性强，所以通常使用GC包括电子捕获检测器（ECD）、火焰光度检测器（FPD）和氮磷检测器（NPD）法。对检测出的农药进行结构鉴定一般使用GC/MS 法，而有些热稳定性差的农药须用LC/MS 鉴定。2、无机污染物监测原子吸收光谱（包括火焰F L A A S 和石墨炉GFAAS）、离子色谱仪（LC）、紫外-可见分光光度计（UVVis）等。目前这类仪器的标准环境监测方法仍占主导地位。国产这类仪器的性能指标已达到或接近国际先进水平。ICP-AES 也已实现国产化。就性价比来看，国产仪器已经占据绝对优势。GFAAS 在国内生产技术也日趋成熟，产品已基本能满足我国环境监测的需要。我国发明的原子荧光光谱仪的技术居世界领先水平，国外尚无同类仪器，已批量向国外出口。原子荧光光谱仪对Hg、As、Sb、Bi 等环境污染元素和Se 的测定有很高的灵敏度，可以满足我国环境监测工作的需要。等离子体光谱- 质谱仪（ICP-MS 或MIP-MS）、等。离子体发射光谱仪（ICP-AES）、X- 射线荧光光谱仪（XRF）等大型仪器中，除ICP-AES 已在我国用于环境监测外，其它仪器还没有相应的标准或统一监测分析方法。ICP-MS 是以ICP 作为离子化源的质谱分析方法，该方法是80 年代开始应用于实际样品分析的高灵敏度方法。ICP-MS 比ICP-AES 灵敏度高23 个数量级，比AAS高12 个数量级，并可实现多元素同时分析。另外，质谱图比较简单，干扰峰少，可进行同位素比的测定，在金属元素的分析方面与AAS 并行。日本和美国都已把ICP-MS 分析水中Cr（）、Cu、Cd 和Pb 列为标准方法。用HPLC-ICP-MS 和IC-ICP-MS 进行尿液中各种形态As的分析，以及ICP-MS 在新型材料科学、医学和药学等分析领域的应用都有报道。用高分辨率ICP-MS 还可直接进行痕量稀土元素定量分析和放射性核素分析。3、自动监测系统目前常规监测项目COD、T-N、T-P、NH3-N、pH、DO 等已实现自动化。我国96 年颁布的污水综合排放标准中有TOC 项目，而目前TOC 自动监测仪必须将水样过滤除去悬浮物，这将难于把握污染排放实况，因此大口进样的TOC 自动监测仪是发展方向。此外，测定BOD 的生物膜法已实现快速化，其发展为自动在线监测有广阔的应用前景。关于BOD 测定用水的制备已有报道。作者建议使用ROEDI（反渗透膜+ 连续电除离子）方法制备实验用水。荧光法在手工和自动监测中应用日益广泛。早在“九五”攻关中，我们就使用了排水中油类的直接荧光法自动监测。水利部也正在制定用正己烷萃取荧光法测定水中油的标准方法。目前用荧光法测定水中溶解态有机污染物，用320nm 激发波长，在430nm 测定荧光强度可获得有机污染物的信息。与260nm 测定DOC 的UV 信息有良好的相关性，且灵敏度和精度都比UV 法好。这一方法在自动监测系统中应用前景很好。以生物学为原理的监测技术和仪器设备发展很快，在欧洲和北美已经使用了以生物传感器为核心的手工和自动监测技术。生物传感器测定法是利用生物分子优良的分子识别功能，结合转换功能进行测定的检测方法。利用与待测物质具有良好选择反应的生物分子进行测定。随着反应进行，生物分子及其反应生成物的浓度发生变化，通过转换器变为可测定的电信号，从而达到选择性的测定待测物质的目的。生物传感器测定法具有操作简单、快速、耗资少的特点，且在测定二恶英等剧毒物质时能够做到安全检测。常用的生物分子中以酶及抗体最为常用，即酶联免疫法（ELISA）、聚合酶链式反应（PCR）、表面胞质团共振检测（SPR）等。常用的转换器有电极、各种光学装置及石英振子等。大肠菌群是地表水和饮用水源地的必测指标，其自动监测的实现可大大减少监测人员的工作强度，在其自动监测系统中使用了与培养法完全不同的原理，而是使用了生物发光、化学发光法。4、空气和排气监测我国已实现了PM10、SO2、NO2 等项目的自动监测，但从监测项目种类看，与发达国家差距较大。日本列出了大气中包括多环芳烃、农药、除草剂、有机物、重金属等234种污染物名录都应进行常规监测，规定了22中优先监测的污染物，其中有挥发性有机化合物（VOCs）12 种，重金属等无机污染物7 种，又增加了苯、三氯乙烯、四氯乙烯三种新规定的项目。除我国目前大气环境质量常规监测项目外，大气中二恶英类、光化学氧化剂（OX）、VOCs、PM2.5 是发达国家监测的热点。1997 年美国已把PM2.5 列为环境质量标准。N2O 对温室效应的贡献比CO2 约大200 倍，目前用4.5 m 和7.8 m 红外吸收带进行自动监测，以干涉滤光片消除CO2、CO、NO2、SO2 的干扰。4.1 自动监测目前主要使用红外或紫外吸收法的原理，主要用于SO2、NO、NO2、N2O、CO2、CO、甲烷、HCl 等多种气态成分的自动监测系统。美国使用的开放式有机污染物自动监测系统主要有红外吸收法和紫外吸收法两种，其光路长100m 以上，紫外波长用200500nm，光栅分光。半导体、激光式测定仪使用13001700nm 近红外区域的吸收，必须用0.3nm分辨的分光仪消除干扰成分。红外线测定仪使用波长为12003000nm，该类仪器用途甚广，可测定乙烯等250种有机污染物。4.2 室内空气监测随着人们环保意识的增强，室内空气监测的任务日益繁重。从常规的采样GC、GC-MS 测定方法以外，甲醛的简易测定已被采用。然而，目前关于室内空气污染物问题尚需进行以下研究。（1）确定合理的采样及分析方法，除目前的甲醛、苯、甲苯、二甲苯等外，还应对致癌性的防腐剂、除虫剂、衣物染料及多环芳烃类检测技术进行研究；（2）尚未做出全面的污染状况调查，尤其是致癌、致畸、致突变的化学品和内分泌干扰物，以及难降解性有机污染物（POPS）为政策法规的制定提供依据；（3）开发简易测定方法和设备；（4）建立室内环境综合评价的模式。4.3 关于大气颗粒物监测大气颗粒物对人体健康及环境的影响微小粒子的贡献比粗大粒子更大。从健康角度考虑，世界各国都制定了PM10 的环境质量标准。自从1997 年美国颁布PM2.5 的新标准以来，日本等许多国家都在研究制定PM2.5 环境质量标准的问题。制定PM2.5 环境质量标准的意义如下：（1）PM2.5 是以有害化学物质为主体的微小粒子，因此制定PM2.5 的环境质量标准对保护人体健康有重要的意义；（2）PM2.5 对全球变暖及视程的影响远远大于粗大粒子；（3）在世界范围内各国都颁布了PM2.5 的环境质量标准后，可在全球范围内系统的收集、积累PM2.5 等微小粒子的空间分布及时间变化数据，把握PM2.5 全球规模的现状及地域分布特征，进而研究各种大气现象及影响；（4）世界各国都对PM2.5 进行监测，可使采样方法测量方法统一化，并推进采样方法及测定技术的发展，使PM2.5 监测数据的准确性增加。但由于PM2.5 本身的问题制定PM2.5 的环境质量标准尚存在以下难点：（1）2.5m 粒子属于微小粒子，和粗大粒子如何分级更为合适？如果以PM2.5 作为监测重点，那么以后改变粒子分级比较困难。一般微小粒子和粗大粒子的分级粒径是12m，PM2.5 并不是合适的分级粒径；（2）测定PM2.5 时使监测的粒子粒径范围变窄，对于同一采样条件而言粒子的捕集量减少。必须提高测定灵敏度和降低检测限，特别应提高微小粒子的化学分析灵敏度及时间分辨率；（3）为了推进全球规模的PM2.5 测量方法统一化，必须提高测量精度，改善分级特性、仪器及操作条件标准化。要求在PM2.5 随后有良好分级特性的采样器是比较困难的。美国规定的PM2.5 是指对2.5m 粒子有50% 的切割率，1m 达到95% 以上，而5m 切割率必须小于5%。（4）为了达到PM2.5 的准确监测，分级切割采样装置及测量方法的开发研究十分重要。但目前除美国加利福尼亚州、纽约州等使用Super Site装置外，其他各国尚未统一。（5）关于四种PM10 和PM2.5 监测方法比较及相关技术规定，日本和美国做了许多研究工作。（6）此外还需解决与大气颗粒物及相关监测项目的连续且高时间分辨的测定问题。如 ：1）大气颗粒物PM2.5、PM10 及粗大粒子的质量浓度；2）PM2.5 中的硫酸盐、硝酸盐、含碳粒子的浓度及光的吸收系数、衰减系数等；3）粒径在0.0110m 区间粒子的个数浓度；4）用标准化且先进的方法分析研究粒子的化学成分和形态特征；5）形成粒子的前驱体气态物质及相关的污染物；6）气象条件及自然状况等。5、 MS 的类型及应用MS 是痕量、超痕量有机和无机物检测的重要手段，从检测能力来看，TOFMS 远比目前通用四极杆质量更强。以二恶英类为例，在分析时要求质谱分辨率在10000以上，2,3,7,8-T4CDD的检测限必须在0.1pg以下。GC-MS 在世界各国的环境监测中已得到广泛应用，也已颁布了一系列标准方法，然而难挥发的、热不稳定的和强极性污染物只能使用LC-MS。例如食品中农药残留量的测定项目达250260个，这些农药类同时测定的最佳方法是LC-MS-MS 法和GC-MS-MS 法。此外，APCIMS已用于爆炸品的探查和化学恐怖药品如芥子气的探查。由TOF-MS 分辨率高，测定精度和选择性均优良。GC-TOF-MS 已用于68 种农药类的同时测定。在日本自来水规定了101 种农药类的限值，其中有30 种必须使用LC-MS 测定，如果使用LC-TOF-