李宏亮　郝莉鵬　詹銘等

[摘 要] 加強突發(fā)水污染事故應急監(jiān)測，研究其檢測技術，是公共衛(wèi)生檢測領域中一項重要工作。本文綜述了突發(fā)水污染事故應急監(jiān)測主要檢測技術和儀器設備，包括化學比色、光譜、色譜、電化學、聯(lián)用技術、生物技術、便攜式儀器、流動性實驗室等，提出了我國應急監(jiān)測中存在技術問題，并指出研制開發(fā)適合我國國情應急檢測技術重要性。

[關鍵詞] 突發(fā)水污染事件；飲水安全；應急檢測技術；水環(huán)境

中圖分類號：R1 文獻標識碼： B 文章編號：2095-5200（2015）05-018-04

我國水體污染日趨嚴重，已從水量型危機轉為水質型危機，飲用水污染成為影響人群健康重要公共衛(wèi)生問題之一[1]。近幾年水化學污染事件頻發(fā)，由于水體質量下降和惡性水污染事故頻發(fā)， 飲水安全和由此引起公共衛(wèi)生問題引起全球關注[2-3]。

自然災害，意外事故及人為投毒[4] 均可導致突發(fā)飲用水化學污染事故。不同于一般化學危害，它沒有固定排放方式和排放途徑，都是突然發(fā)生、在短時間內有大量污染物質排放，對環(huán)境造成嚴重污染[5]。針對飲用水污染應急監(jiān)測就要求監(jiān)測人員在事故現(xiàn)場，用小型、便攜、簡易、快速檢測儀器或裝備，在盡可能短時間內判斷出污染物種類、濃度、污染范圍及可能污染程度，為及時、正確處理、處置有毒有害污染物事故和制定恢復措施提供科學決策依據[6]。本文就突發(fā)性水污染事件應急檢測技術做一綜述。

1 應急檢測技術與儀器設備

突發(fā)水污染事故危害程度和范圍具有很強時空性，所以對污染物檢測必須從靜態(tài)到動態(tài)、從地區(qū)性到區(qū)域性乃至更大范圍實時現(xiàn)場快速檢測，以解當時當地污染狀況與程度，并快速提供有關檢測報告。因此，這些檢測技術和檢測儀器應具備以下要求[7]：（1）分析方法簡單快速，短時間內給出檢測結果，并且檢測結果要直觀、易判斷。（2）檢測儀器最好具有快速掃描定性功能，能迅速判斷危害物種類、危害范圍等，并具有較好靈敏度、準確度和再現(xiàn)性。（3）應急檢測儀器具有良好環(huán)境適應性和抗干擾能力，以適應復雜現(xiàn)場環(huán)境。（4）應急檢測儀器要輕便、易于攜帶，以便適應空間較大變化。（5）操作簡單直觀。（6）試劑用量少，穩(wěn)定性好。（7）不需采用特殊取樣和復雜前處理，最好是電池供電。（8）輔助測量器具最好是一次性使用，避免用后進行涮洗、晾干、收存等處理工作。（9）常用耗材價格要低，否則檢測成本太高不利于推廣。（10）有時將檢測儀器裝載在機動車或船上，需要儀器能夠防較大震動和顛簸。

衛(wèi)生應急檢測儀器按原理可分為：化學比色方法，如農藥殘留檢測試紙；光譜儀器方法，如多功能水質分析儀等；色譜儀器方法，如便攜式GC、GC-MS等；電化學傳感器方法，如各類便攜式選擇離子分析儀等。

2.1 化學比色方法

2.1.1 試紙法 使用對污染物有選擇性反應分析試劑制成專用分析試紙，對污染物進行測試，通過試紙顏色變化可對污染物進行快速定性分析。將變色后試紙與標準色階比較可以得到半定量化測試結果。商品試紙本身已配有色階，有還會配備標準比色板。目前市場上常見有：pH試紙、砷試紙、鉻試紙、氟化物試紙、氰化物試紙、KI-淀粉試紙、銨離子試紙和鋅離子試紙等。

胡美珍等[8]利用中性條件時顯色劑與余氯顯色反應，將顯色劑、隱蔽劑及表面活性劑固定在層析紙上，研制余氯快速檢測試紙，并成功用于各種水樣快速檢測。Gomes和Sales[9]將3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）與葡萄糖基反應而固定在紙帶上，然后在有金屬離子條件下與土霉素反應形成有色化合物，從而檢測水中土霉素含量，檢出限為30 ng/mL。Amelin[10]利用重金屬離子和顯色劑顯色反應，研制測定Ti4+、Mo6+、W6+ 和V5+快速檢測試紙，其檢出范圍分別為0.01-10 mg/L Ti4+、0.05-20 mg/L Mo6+、0.1-20 mg/L W6+ 和V5+。

2.1.2 檢測管法 檢測管法原理是水中待測物與測試液快速定量反應，生成有色化合物。有色化合物顏色深淺與水樣中待測物含量成正比。通過電子比色計，直接讀出水樣中待測物含量，或者通過檢測管自帶標準色階比色測定[11]。

水污染檢測管法又分直接檢測試管法、色柱檢測法、氣提-氣體檢測管法。直接檢測試管法是將顯色試劑封入塑料試管里，測定時，將檢測管刺一小孔吸入待測水樣，變化顏色與標準色階比色，對比確定污染物和濃度。色柱檢測法是將一定量水樣通過檢測管內，水樣中待測離子與管內填裝顯色試劑反應，產生一定顏色色柱，色柱長度與被測離子濃度成比例。氣提-氣體檢測管法則是利用液體提取裝置與各類氣體檢測管進行組合，可以簡單、快捷測定水樣中易揮發(fā)性污染物（如氯代烴、氨、石油類、苯系物等）[12]。

楊新玲等[13]利用自制檢測管并與微型擴散器配合使用，測定廢水中氰化物總量，檢測范圍為50～2000mg/L。許麗麗等[14]結合莫爾法與國標方法，研制水中氯化物快速檢測管，應用于生活飲用水、自來水、工業(yè)廢水、海水、食品等中氯化物檢測。權瑞[15]運用比色分析朗伯-比爾定律和真空工藝設計，研制成水中揮發(fā)酚快速測試管，其測定范圍為0.1～10 mg/L。

2.2 生物技術方法

生物技術應用是國外應急監(jiān)測儀器發(fā)展一個熱點。Sadik和Wanekaya[16]報道使用生物傳感器可以對化學毒物與生物毒素做預警和快速篩選。Gabalon等[17]使用免疫試紙法對水中阿特拉津進行定性和半定量分析，其檢測限可達10μg/L。有學者應用抗呋喃丹單克隆抗體和抗三唑磷單克隆抗體分別標記膠體金結合檢測試劑，同時檢測呋喃丹和三唑磷，其檢測限分別為32μg/L和4μg/L[18]。Zacco等[19]報道一種新型電化學免疫傳感器檢測農藥殘留方法，使用過氧化物酶（HRP）作為示蹤酶，免疫化學反應后，一個由石墨-環(huán)氧樹脂復合材料磁敏元件用作電化學免疫傳感器，檢測樣品中農藥含量。浙江大學朱國念等[20]研究建立水樣中克百威殘留放射免疫分析方法，方法檢出限為0.175ng/mL。姚冰等[32]利用農藥對熒光素酶催化發(fā)光反應具有非常顯著抑制作用，對甲拌磷、樂果、毒死蜱、百草枯等4種農藥分別進行毒性測試，建立一種快速檢測飲用水中農藥生物學方法。

2.3 電化學方法

電化學傳感器是利用污染物同電解液反應產生電壓來識別有毒有害污染物一種監(jiān)測儀器。郝俊英等 [21] 采用微分脈沖伏安法，同時測定水樣中含間硝基酚和對硝基酚混合體系，間硝基酚和對硝基酚分別在4.0×10-7～8.0×10-5mol/L和2.0×10-7～4.0×10-5mol/L

濃度范圍內，與峰電流呈良好線性關系。謝振偉等[22]制備出析氧超電位很大鉑基α-PbO2和β-PbO2雙鍍層電極，并用以電解產生羥基自由基直接氧化廢水中有機物，一次測定僅需30 s。Ambrosi 等[23]研究運用電化學方法測定水中藥物方法，微分脈沖伏安法測定氧氟沙星、微分脈沖極譜法測定氯貝酸、常規(guī)脈沖伏安法測定雙氯芬酸和心得安。Yin H 等[24]制備石墨烯–殼聚糖復合膜修飾玻碳電極，其可用于測定水中兒茶酚，間苯二酚和對苯二酚。

2.4 便攜式儀器方法

2.4.1 光譜儀器方法 光學分析儀器是基于物質光學特性進行定性或者定量分析方法，包括便攜式紅外光譜儀、便攜式X熒光光譜儀、專用光譜/廣度分析儀、便攜式熒光光度計、便攜式濁度分析儀、便攜式反光光度計等光學分析儀器。可對多種環(huán)境污染物進行分析。

2.4.2 色譜與質譜儀器方法 對于未知污染物或種類繁多有機物應急監(jiān)測，常規(guī)方法已經不能滿足現(xiàn)場定性或定量監(jiān)測分析。使用便攜式色譜-質譜聯(lián)用儀，在現(xiàn)場可以給出未知揮發(fā)物或半揮發(fā)物定性和定量檢測結果，便于在現(xiàn)場進行災情判斷、確認、評估和啟動標準處理程序。便攜式離子色譜儀主要用于檢測和分析堿金屬離子、堿土金屬離子、多種陰離子。

2.4.3 多參數分析儀器 便攜式多參數水質檢測儀是目前比較常見水質應急監(jiān)測配置，它可以很大程度上節(jié)約時間，提供多項水質參數指標。表1是目前國內外已經商品化水質多參數分析儀器及其主要參數[25]。

2.5 其他

2.5.1 生物綜合毒性檢測技術 在發(fā)生突發(fā)水污染事故時，應急監(jiān)測首要任務是快速判斷飲水是否安全。由于已知合成化學品超過十萬種，每年又以上千種速度增加，可能出現(xiàn)各種污染物，傳統(tǒng)方法需要很長時間檢測，而且不可能檢測所有可能有毒物質[26]，即使已知水中所有成分及其水質基準，也無法預知這些混合物聯(lián)合毒性效應。因此僅使用理化指標排放限值，并不能充分保護水體生態(tài)系統(tǒng)。為識別水中所有有毒物質潛在綜合影響，一些國家和區(qū)域組織采用生物毒性指標評價水體綜合毒性，這是水污染應急監(jiān)測基礎技術?，F(xiàn)有生物檢測器所利用生物有水蚤、藻類、發(fā)光細菌、貽貝以及魚，其中水蚤檢測靈敏度最高；發(fā)光細菌反應面寬，檢測譜最寬。生物檢測缺點是不能確定是哪種毒性物，最低檢測限也不是很低[26]。

德國和加拿大綜合毒性測試標準多采用發(fā)光細菌，假單胞菌和活性污泥也是歐洲部分國家選擇受試生物[28，29]。但美國沒有采用微生物作為受試生物，美國環(huán)境保護署（EPA）采用大型紅藻、大型溞和虹鱒等動植物作為受試生物[30]。我國學者薛銀剛等[31]人綜合運用成組生物毒性測試方法（發(fā)光細菌急性毒性、大型溞急性毒性和葉綠素熒光急性毒性）來對某城市污水廠排水毒性進行評估。

2.5.2 流動實驗室檢測系統(tǒng) 應急監(jiān)測還有流動實驗室檢測系統(tǒng)，實際是應急檢測儀器組合，放在改裝車上，形成流動實驗室，行業(yè)內叫應急監(jiān)測車。比如美國環(huán)境保護署PHILIS（Portable High Throughput Integrated Laboratory Identification Systems）[33]，其在應急監(jiān)測車上配備GC/MS，LC/MS/MS，樣品前處理室、樣品及標準物質儲藏室及實驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS）。

2.5.3 實驗室內快速檢測技術 上述均為現(xiàn)場監(jiān)測技術及儀器，由于受到現(xiàn)場環(huán)境復雜性限制，其得到檢測結果容易有誤差。為進一步確認污染物種類及其濃度，往往還須將樣品盡快送至實驗室，快速分析。目前已有一些技術來實現(xiàn)水中污染物快速分析，這些技術一方面可以用于應急監(jiān)測，另一方面還可以用于日常檢測，從而節(jié)約測試時間。

電感耦合等離子體質譜（ICP/MS）是以獨特接口技術將ICP高溫（8 000K）電離特性與四極桿質譜儀靈敏快速掃描優(yōu)點相結合，而形成一種新型元素和同位素分析技術[34]。ICP-MS可以實現(xiàn)多種金屬元素同時測定，水樣只需過濾就可直接進樣測定，方法簡單、快速、靈敏、準確。劉麗萍等[35]采用ICP/MS法同時測定飲用水及水源水中31種元素，方法線性范圍寬，線性相關系數均>0.999。Warnken等[36]利用8 -羥基喹啉樹脂柱在線富集分離，用ICP/MS法測定天然水體中Mn、Ni、Cu、Zn和Pb含量。

測定水中揮發(fā)性有機污染物時，水樣不需復雜前處理技術，直接應用吹掃捕集進樣器或者頂空進樣器接GC、GC/MS或GC/MS/MS同時測定多種有機污染物；對半揮發(fā)性和不揮發(fā)性有機污染物來說，水樣可經固相萃取或者固相微萃取進行富集濃縮后色譜儀器測定，這類萃取技術可以實現(xiàn)自動化，耗時較短。羅添等[37]采用吹掃捕集富集水中揮發(fā)性有機物，解吸后用GC/MS測定，選用特征離子定量，在36min內實現(xiàn)對60種VOCs有效分離，方法檢測限范圍為0.021μg/L～0.70μg/L。Tong Li等[38]應用固相萃取聯(lián)用 LC/MS/MS測定水中磺胺、氟喹諾酮、四環(huán)素和氯霉素四類抗生素，檢測范圍分別是0.8～4.1， 1.4～5.5， 1.8～11.5 和 6.4～104.4 ng /L。鄭能雄等[39]采用C18固相萃取柱富集吸附水樣中目標組分，采用GC-MS聯(lián)用全掃描模式進行分析，能簡便、快速、有效地分離檢測水中116種半揮發(fā)性有機物。

3 結語

近幾年以來水污染事件頻發(fā)，特別飲用水、地下水污染等問題，在突發(fā)飲用水污染事件處置過程中，暴露出相關應急檢測儀器設備落后、應急處置經驗不足、應急監(jiān)測技術相對滯后、突發(fā)污染物擴散處理不及時等諸多問題[40]。因此，在總結國內外應急監(jiān)測經驗教訓基礎上，研制開發(fā)適合我國國情應急檢測技術與儀器設備，已成為我國應急檢測發(fā)展關鍵。

參 考 文 獻

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