朱艷華 陳永秀 王 珊

包頭市環(huán)境監(jiān)測站

簡述環(huán)境監(jiān)測分析中常用儀器設(shè)備

朱艷華 陳永秀 王 珊

包頭市環(huán)境監(jiān)測站

本文以采樣、前處理、分析這一過程為主線，介紹了環(huán)境監(jiān)測中常用的儀器設(shè)備，展望了儀器設(shè)備發(fā)展的趨勢。

環(huán)境監(jiān)測；監(jiān)測設(shè)備；分析儀器

1 引言

隨著我國監(jiān)測工作的不斷深入與拓展，監(jiān)測形式的多樣化，監(jiān)測中使用的采樣設(shè)備和分析中用的儀器也越來越多樣化。從傳統(tǒng)的化學(xué)分析中所使用的玻璃器皿到儀器分析中所使用的各類儀器，都得到了更新和發(fā)展。近年來儀器的聯(lián)用技術(shù)、遙感遙測技術(shù)等也在環(huán)境監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。便攜儀器的發(fā)展則為應(yīng)急監(jiān)測提供了有力手段。自動監(jiān)測設(shè)備的發(fā)展則滿足了對環(huán)境狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測[1-3]。本文以環(huán)境樣品從采樣到分析這一過程為主線，在整個(gè)過程中涉及的儀器設(shè)備分類介紹，以便能對其有一系統(tǒng)的了解。

2 采樣儀器設(shè)備

按環(huán)境要素分為采集固體、液體、氣體和噪聲四大類樣品。

固體樣品主要為土壤、底泥（或污泥）和固體廢棄物，可采用土壤采樣器、底泥采樣器，根據(jù)需要和樣品類型可配備鋼鏟、刮刀和不同鉆頭（如黏土鉆、壤土鉆、沙土鉆、筒型泥炭鉆等）。

水樣采樣器材主要是水質(zhì)采樣器、采樣桶、裝水樣的器皿，根據(jù)分析項(xiàng)目的不同可選用玻璃或聚四氟乙烯材質(zhì)器皿。

氣體樣品所用工具較多，主要有降塵缸、顆粒物采樣器、大氣采樣器、煙塵采樣器、煙塵煙氣采樣器。根據(jù)測定項(xiàng)目，選擇不同材質(zhì)的濾膜或?yàn)V筒測定大氣中的重金屬或有機(jī)污染物。

噪聲為現(xiàn)場測定，用噪聲儀測定。

除此以外，用于采樣現(xiàn)場的還有風(fēng)速儀、溫度計(jì)、氣壓表，以記錄采樣時(shí)的現(xiàn)場情況。

3 前處理儀器設(shè)備

樣品采集后，往往要經(jīng)過消解、浸提、純化、濃縮等過程，才能滿足樣品特定項(xiàng)目的分析。樣品中有機(jī)污染物和無機(jī)污染物提取過程不同，所用儀器設(shè)備不同，分類介紹如下：

3.1 無機(jī)污染物的前處理儀器設(shè)備

無機(jī)污染物主要是銅、鋅、鉛、鎘、鉻等重金屬。土壤樣品要經(jīng)過風(fēng)干、研磨、消解的提取過程；清潔水樣可不經(jīng)過消解直接分析，污水水樣要經(jīng)過消解；氣體中的重金屬污染物被富集在濾膜或?yàn)V筒上，需經(jīng)過消解后分析。在此過程中，用到的儀器有土壤干燥箱、球磨機(jī)、勻漿機(jī)、粉碎機(jī)、消解儀（可選電熱板、熱消解儀、自動消解儀、微波消解儀、石墨消解儀等）。

3.2 有機(jī)污染物的前處理儀器設(shè)備

有機(jī)污染物主要為農(nóng)藥類、苯系物類、硝基苯類、氯代苯類、多環(huán)芳烴類等污染物。環(huán)境樣品要經(jīng)過浸提、純化、富集濃縮過程。浸提儀器有射流萃取儀、索氏提取器、快速溶劑萃取、固相微萃取、固相萃取等；純化儀器有亞沸蒸餾器、離心機(jī)、冷凍干燥機(jī)、凝膠凈化儀等；富集濃縮的儀器有氮吹儀、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、定量濃縮儀等。

除此外，實(shí)驗(yàn)室常備的設(shè)備還有加熱設(shè)備：電熱干燥箱、馬弗爐、恒溫油浴、恒溫水浴、電爐、電熱套、攪拌器、超聲波清洗器、純水機(jī)、冰箱、高壓滅菌鍋等。

4 分析儀器設(shè)備

分析方法原理不同，所用儀器設(shè)備不同。以分析方法介紹相應(yīng)儀器設(shè)備。

4.1 化學(xué)分析法

是以特定的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法，分重量分析法和容量分析法兩類。所用儀器主要是天平和自動滴定儀。

4.2 電化學(xué)分析法

通常將被測物質(zhì)溶液構(gòu)成一個(gè)化學(xué)電池，然后通過測量電池的電動勢或測量通過電池的電流、電量等物理量的變化來確定被測物的組成和含量。所用儀器為pH計(jì)、電導(dǎo)率儀。

4.3 光學(xué)分析法

朗伯-比爾定律：即當(dāng)一束單色光通過含有吸光物質(zhì)的溶液后，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及吸收層厚度成正比。儀器主要為（紫外）分光光度計(jì)。

紅外吸收光譜法：當(dāng)紅外光照射到樣品時(shí)被樣品分子吸收，引起分子振動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷，產(chǎn)生的連續(xù)吸收光譜稱為紅外吸收光譜。根據(jù)每一種官能團(tuán)和化合物所具有的特異吸收光譜而對其定性。儀器主要是紅外分光測油儀，總氮測定儀等。

原子吸收光譜法：從儀器光源輻射出具有待測元素特征譜線的光，通過試樣蒸氣時(shí)被蒸氣中待測元素基態(tài)原子所吸收，通過輻射特征譜線光被減弱的程度來測定試樣中待測元素的含量。儀器為原子吸收分光光度儀。

冷原子吸收測汞儀是由低壓汞燈發(fā)出波長為253.7nm特征譜線照射在吸收池內(nèi)的汞蒸氣上，被汞原子吸收后譜線強(qiáng)度減弱，根據(jù)減弱的強(qiáng)度計(jì)算汞的濃度。

原子熒光光譜法是通過測量待測元素的原子蒸氣在特定頻率輻射能激發(fā)下所產(chǎn)生的熒光發(fā)射強(qiáng)度，來測定待測元素含量的方法。原子熒光光度計(jì)是測定砷、汞、硒等元素的穩(wěn)定儀器。

發(fā)射光譜法：每一種元素的原子在火焰、電弧放電等激發(fā)光源下受激發(fā)時(shí)，便發(fā)出特有的原子光譜，檢查試樣光譜中是否出現(xiàn)該元素的特征譜線，便可以確定該元素的存在，這就是發(fā)射光譜的定性。定量分析基礎(chǔ)是沙義伯-洛馬金公式：I=aCb。電感耦合等離子發(fā)射光譜是目前測定金屬元素的重要儀器。

4.4 色譜分析法

其原理是使混合物中各組分在兩相（固定相和流動相）間進(jìn)行分配，當(dāng)流動相中所含混合物經(jīng)過固定相時(shí)，就會與固定相發(fā)生相互作用，由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，不同組分在固定相中滯留時(shí)間有長有短，從而按先后不同的次序從固定相中流出。

按兩相狀態(tài)可非為氣相色譜和液相色譜。

按固定相性質(zhì)和操作方式分柱色譜、紙色譜、薄層色譜。

按分離過程的物理化學(xué)原理分吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜，凝膠色譜。

4.5 質(zhì)譜分析法

質(zhì)譜是按照原子（分子）質(zhì)量的順序排列的圖譜。質(zhì)譜儀是基于電磁學(xué)原理設(shè)計(jì)而成的儀器。儀器中質(zhì)量分析器只能對帶電粒子起分離作用，因此要求將被研究的原子（分子）轉(zhuǎn)變成離子，儀器獲取的信息是離子的質(zhì)量m與電荷e之比即m/e，荷質(zhì)比用于定性，其強(qiáng)度用于定量。質(zhì)譜與氣相色譜、液相色譜、ICP等儀器聯(lián)用，應(yīng)用越來越廣泛。

5 結(jié)語

除上述方法外，還有氣質(zhì)、液質(zhì)、ICP-MS等聯(lián)用設(shè)備，在環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用的越來越廣泛。分析儀器也向多功能、自動化、智能化、專用型、小型化以及多維分離和聯(lián)用分析方向發(fā)展。在具體選擇環(huán)境污染分析方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)被測物的含量和存在形式、需要與可能、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備條件等因素綜合考慮，并盡可能選用實(shí)用的儀器設(shè)備。

[1]齊文啟,孫宗光,邊歸國.環(huán)境監(jiān)測新技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[2]中國環(huán)境監(jiān)測總站.環(huán)境監(jiān)測方法標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2013.

[3]朱良漪,孫亦粱,陳耕燕.分析儀器手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997.

朱艷華（1982-）女，工程師，畢業(yè)于內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)，主要從事環(huán)境保護(hù)及環(huán)境監(jiān)測工作。