谷東杰,張琳琳,劉倩*
(1.華北地質(zhì)勘查局核工業(yè)二四七大隊(duì)檢測(cè)公司,天津 300270;2.中礦(天津)巖礦檢測(cè)有限公司,天津 300270)
通過(guò)化學(xué)分析手段來(lái)分析生態(tài)環(huán)境狀況,檢測(cè)和精準(zhǔn)識(shí)別環(huán)境中存在的有毒有害物質(zhì),據(jù)此制定出更具有可行性的環(huán)境優(yōu)化和保護(hù)方案,為人類的正常生活和生產(chǎn)創(chuàng)設(shè)優(yōu)良的外部環(huán)境,在這一系列工作流程推進(jìn)過(guò)程中,所需要使用到的方法就是化學(xué)分析法?;瘜W(xué)分析法在使用時(shí),能夠精準(zhǔn)的識(shí)別周遭環(huán)境中的有毒有害物質(zhì)及其含量,并且在環(huán)境檢測(cè)過(guò)程中所呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)程度是其他檢測(cè)方式所不具備的,這是化學(xué)分析方式的使用優(yōu)勢(shì)。正因如此,環(huán)境檢測(cè)工作人員希望通過(guò)化學(xué)分析法的不斷優(yōu)化和運(yùn)用,進(jìn)一步提升環(huán)境檢測(cè)工作的質(zhì)量。
生態(tài)環(huán)境檢測(cè)/監(jiān)測(cè)是人類社會(huì)發(fā)展建設(shè)中不可或缺的重要工作。環(huán)境檢測(cè)所需要使用到的數(shù)據(jù)資料較為繁瑣,因此經(jīng)常需要通過(guò)不同的數(shù)據(jù)分析方式和檢驗(yàn)檢測(cè)方式的綜合運(yùn)用,才能達(dá)到較為精準(zhǔn)的生態(tài)環(huán)境檢測(cè)/監(jiān)測(cè)的效果。化學(xué)分析法的使用范圍較為廣泛,所以即便在不同類別的數(shù)據(jù)分析和檢測(cè)過(guò)程中,也能為環(huán)境大數(shù)據(jù)提供龐大的數(shù)據(jù)支撐?;瘜W(xué)分析法在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、土壤污染狀況調(diào)查、水質(zhì)清潔/污染程度及樣本溯源中都發(fā)揮至關(guān)重要的作用。相比較其他的檢測(cè)方式來(lái)說(shuō),化學(xué)分析法的應(yīng)用范圍更為寬泛,尤其是在環(huán)境綜合檢測(cè)/監(jiān)測(cè)分析中起到的作用是無(wú)可替代的。因此,檢測(cè)人員應(yīng)該更加重視化學(xué)分析法在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用范圍,更加合理的利用化學(xué)分析法做好生態(tài)環(huán)境檢測(cè)/監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)工作,成為以后的生態(tài)環(huán)境治理的基石。
隨著工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化快速推進(jìn),化學(xué)物品的使用已經(jīng)是隨處可見(jiàn)、無(wú)處不在?,F(xiàn)階段人類在生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中所使用到的化學(xué)物品,在種類上已超出了2 000萬(wàn)。而這2 000萬(wàn)的化學(xué)物品中,有5%左右的物品可能在使用過(guò)程中會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的負(fù)面影響,從而使得生態(tài)環(huán)境檢測(cè)的復(fù)雜程度大幅度提升。由于這些可能對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響的無(wú)機(jī)物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)其本身的性質(zhì)存在差異,化學(xué)結(jié)構(gòu)也有明顯的差別,因此其對(duì)環(huán)境造成的影響可能是多方面的、多發(fā)性的且不可預(yù)計(jì)的。為了讓生態(tài)環(huán)境檢測(cè)/監(jiān)測(cè)工作順利推進(jìn),為了讓環(huán)境中的有毒有害物質(zhì)能夠被精準(zhǔn)且快速的檢測(cè)出來(lái),檢測(cè)人員需要使用更為科學(xué)合理且盡量不造成二次污染的化學(xué)分析法,來(lái)完成周遭環(huán)境的數(shù)據(jù)采集和樣本分析工作。這就意味著化學(xué)分析法在具體使用過(guò)程中,其所需要分析的目標(biāo)呈現(xiàn)出了較為繁瑣的特征。因此,檢測(cè)人員更應(yīng)該重視各種化學(xué)分析法的聯(lián)合使用技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用,在檢測(cè)過(guò)程中將目標(biāo)物質(zhì)分類,通過(guò)聯(lián)合各類化學(xué)分析技術(shù)進(jìn)一步簡(jiǎn)化環(huán)境檢測(cè)/檢測(cè)方法,用來(lái)完成快速且精準(zhǔn)的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的檢測(cè)工作[1]。
隨著時(shí)代的發(fā)展和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的不斷進(jìn)化,不同物質(zhì)在呈現(xiàn)特性方面會(huì)產(chǎn)生一定的變化,這種變化是時(shí)代發(fā)展的必然趨向,不會(huì)由于受到外界因素的干擾而中斷。這也會(huì)在一定程度上提升了生態(tài)環(huán)境檢測(cè)的難度,導(dǎo)致環(huán)境檢測(cè)過(guò)程中對(duì)有害物質(zhì)分析的精準(zhǔn)度下降。為了解決這一棘手問(wèn)題,工作人員需要使用化學(xué)分析法來(lái)完成生態(tài)環(huán)境檢測(cè)/檢測(cè)工作。正確的使用化學(xué)分析法,可以進(jìn)一步分析出檢測(cè)到目標(biāo)物質(zhì)內(nèi)部的化學(xué)成分變化情況,并且能夠讓環(huán)境內(nèi)的各類物質(zhì)得到精準(zhǔn)的分析定量。因此在具體的化學(xué)分析過(guò)程中,其檢測(cè)目標(biāo)存在的變化差異也是工作人員無(wú)法忽視的。所以大部分研究人員會(huì)通過(guò)更具有智能化特征的檢測(cè)/監(jiān)測(cè)設(shè)備,來(lái)降低由于物質(zhì)變異性而帶來(lái)的檢測(cè)問(wèn)題和對(duì)環(huán)境檢測(cè)最終結(jié)果的負(fù)面影響。因此,檢測(cè)人員應(yīng)該通過(guò)多種的化學(xué)分析手段來(lái)敏銳的檢測(cè)出目標(biāo)物質(zhì)的變化,這樣才能不斷的實(shí)時(shí)更新生態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù),更好的發(fā)揮長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境變化的作用。
生態(tài)環(huán)境一旦出現(xiàn)失衡現(xiàn)象,那就意味著目標(biāo)環(huán)境范圍內(nèi)出現(xiàn)了疑似污染物。因此化學(xué)分析法的使用目的,是為了精準(zhǔn)檢測(cè)出某一環(huán)境范圍內(nèi)存在的目標(biāo)污染物質(zhì),并且應(yīng)該通過(guò)化學(xué)分析對(duì)某些類目標(biāo)污染物質(zhì)的組成和對(duì)環(huán)境的影響程度進(jìn)行數(shù)據(jù)方面的分析。故而化學(xué)分析法的使用并不是盲目的,檢測(cè)人員需要遵循結(jié)合分析實(shí)際目標(biāo)的檢測(cè)原則,來(lái)進(jìn)行化學(xué)分析法的合理運(yùn)用,結(jié)合目標(biāo)環(huán)境的實(shí)際情況,選擇最佳的化學(xué)檢測(cè)/監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備,對(duì)目標(biāo)環(huán)境中的空氣質(zhì)量、水質(zhì)和土壤污染狀況進(jìn)行檢測(cè)分析。尤其要針對(duì)環(huán)境中可能出現(xiàn)的有毒有害物質(zhì),進(jìn)行具體含量方面的數(shù)據(jù)計(jì)算和對(duì)整體環(huán)境破壞程度的數(shù)據(jù)分析。這樣操作,可以十分有效地完成化學(xué)檢測(cè)工作。
實(shí)際上在環(huán)境檢測(cè)的過(guò)程中,化學(xué)分析方式不可避免的會(huì)使用到化學(xué)分析試劑。而化學(xué)分析試劑的使用又有可能造成環(huán)境的二次污染。例如大部分金屬元素的消解過(guò)程會(huì)用到硫酸、硝酸、鹽酸、高氯酸、氫氟酸等強(qiáng)酸,部分無(wú)機(jī)非金屬元素會(huì)用到過(guò)氧化鈉、氫氧化鈉等強(qiáng)堿性物質(zhì),而有機(jī)污染物的提取會(huì)用到正己烷、二氯甲烷、丙酮等有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行萃取。因此,在環(huán)境檢測(cè)過(guò)程中,既要保證化學(xué)試劑的使用可以達(dá)到預(yù)期的分析效果,又要保證化學(xué)試劑的處置不能造成二次污染,所以,檢測(cè)人員在環(huán)境檢測(cè)過(guò)程中,對(duì)待化學(xué)試劑的使用要慎之又慎,在配置試劑時(shí)應(yīng)該提前計(jì)算使用量,做到用多少配多少,盡量不造成浪費(fèi),實(shí)驗(yàn)過(guò)后,應(yīng)該注意化學(xué)試劑及廢液的回收和保存工作。
在論述前面已經(jīng)提及,不同化學(xué)分析法的使用存在明顯的差異化特征。因此在具體的樣品成分分析檢測(cè)過(guò)程中,工作人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同化學(xué)分析法的使用特征和優(yōu)勢(shì)來(lái)進(jìn)行合理的選擇,只有如此,才能使得待測(cè)樣品的成分含量檢測(cè)精準(zhǔn)程度達(dá)到理想狀態(tài)。有些化學(xué)分析法在某一類目標(biāo)物質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中,其成分含量檢測(cè)的精準(zhǔn)度處于該類分析法檢測(cè)的數(shù)據(jù)范圍區(qū)間內(nèi),那么這類化學(xué)分析法便可以在該目標(biāo)物質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中進(jìn)行運(yùn)用。但倘若某一確定的化學(xué)分析法在目標(biāo)物質(zhì)檢測(cè)的過(guò)程中,出現(xiàn)了樣品含量超出分析法檢測(cè)的數(shù)據(jù)范圍區(qū)間的狀況,那么該類檢測(cè)方式就是不適用的,這時(shí)就應(yīng)該重新選擇其他的化學(xué)分析方法對(duì)目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行分析檢測(cè)[2]。因此確定分析精準(zhǔn)度檢測(cè)原則,也是化學(xué)分析法使用過(guò)程中應(yīng)當(dāng)遵循的原則。
環(huán)境檢測(cè)過(guò)程所需要完成的流程較為繁復(fù),因?yàn)橥ǔD繕?biāo)環(huán)境中存在的有害物質(zhì)不止一種,工作人員需要對(duì)目標(biāo)環(huán)境中的各類有害物質(zhì)進(jìn)行全面的分析和檢測(cè),并精準(zhǔn)判定不同有害物質(zhì)在環(huán)境建設(shè)過(guò)程中可能產(chǎn)生的負(fù)面影響。但在有害物質(zhì)檢測(cè)的過(guò)程中,其理化性能存在的差異較為明顯,因此不存在可通過(guò)單一檢測(cè)方式完成整體檢測(cè)流程的可能性,通常情況下,整套環(huán)境檢測(cè)工作需要通過(guò)不同檢測(cè)分析方式的組合使用來(lái)完成。因此不同檢測(cè)方式的合理配比和運(yùn)用,也成為了工作人員關(guān)注的重點(diǎn)。通過(guò)更為科學(xué)合理的分析方式使用原則,來(lái)進(jìn)行不同分析方法的配比和聯(lián)合,能夠確保最終的分析效果達(dá)到理想狀態(tài)。
原子吸收分光光度法是一種較為常見(jiàn)的環(huán)境檢測(cè)方式,也是化學(xué)分析法中不可或缺的重要組成部分。相比較其他化學(xué)分析法而言,原子吸收分光光度法在水質(zhì)和土壤污染檢測(cè)中的使用較為常見(jiàn)。該檢測(cè)方式的使用原理并不復(fù)雜,只要待測(cè)元素的空心陰極燈發(fā)射出既定波長(zhǎng)的特征譜線,通過(guò)經(jīng)過(guò)前處理加工過(guò)的樣品經(jīng)原子化產(chǎn)生的原子蒸汽時(shí),被蒸氣中待測(cè)元素的基態(tài)原子所吸收,通過(guò)檢測(cè)器測(cè)定輻射光強(qiáng)度減弱的程度,即可經(jīng)過(guò)計(jì)算求出實(shí)際樣品中待測(cè)元素的含量。而且在實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中,許多國(guó)標(biāo)/地標(biāo)土壤環(huán)境質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)中原子吸收分光光度法都是土壤重金屬檢測(cè)的指定或推薦方法;在海水的檢測(cè)過(guò)程中,也是利用濃縮和富集金屬元素后再利用原子吸收分光光度法進(jìn)行檢測(cè)。由此可見(jiàn),在土壤和水污染重金屬元素檢測(cè)過(guò)程中原子吸收分光光度法所能夠發(fā)揮的作用是無(wú)可比擬的[3]。
分光光度法也是化學(xué)分析法中不可或缺的組成部分,在環(huán)境檢測(cè)的過(guò)程中較為常見(jiàn)。相比較原子熒光法而言,分光光度法的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)則在于操作更為簡(jiǎn)單和快速。分光光度法通過(guò)測(cè)定待測(cè)物質(zhì)在特定波長(zhǎng)處或一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)光的吸收度,對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析,這是在環(huán)境檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室中最常用的檢測(cè)手段。利用波長(zhǎng)λ為橫坐標(biāo),吸收強(qiáng)度A為縱坐標(biāo)繪制出某待測(cè)物質(zhì)的吸收光譜曲線,通過(guò)Lambert-Beer law來(lái)進(jìn)行待測(cè)物質(zhì)的定性或者定量分析。近年來(lái),連續(xù)流動(dòng)和流動(dòng)注射作為分光光度計(jì)的前處理模塊漸漸地進(jìn)入檢測(cè)人員的視野,國(guó)家環(huán)保部也制定了相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),這使得分光光度法的操作更加的便捷。但值得檢測(cè)人員注意的是,一次性的檢測(cè)所能夠得到的結(jié)果并不一定完全精準(zhǔn),想要讓檢測(cè)結(jié)果變得更為精準(zhǔn),檢測(cè)人員需要對(duì)同一樣品成分進(jìn)行重復(fù)2~3次的檢測(cè),通過(guò)求取平均值的方式得到最終的檢測(cè)結(jié)果,雖然如此,分光光度法在環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域也是無(wú)可或缺的。
原子發(fā)射光譜法的普及雖不如光度法,但在實(shí)際使用過(guò)程中原子發(fā)射光譜法具有同時(shí)測(cè)定多種元素和更低檢出限的能力卻是檢測(cè)人員不能忽視的優(yōu)點(diǎn)。原子發(fā)射光譜法是利用被激發(fā)原子發(fā)出的輻射線形成的光譜與標(biāo)準(zhǔn)光譜比較,識(shí)別物質(zhì)中含有何種物質(zhì)的分析方法。特定元素原子只能產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的譜線,根據(jù)光譜圖中是否出現(xiàn)這些特征譜線,可判斷是否存在特定元素。根據(jù)特征譜線的強(qiáng)度,可測(cè)定特定元素的含量[4]。以前,電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP)和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-Ms)在巖石礦物微量元素的測(cè)定中有著無(wú)可替代的地位,幾十種元素可以一次性的進(jìn)行定量分析,儀器的靈敏度非常高,ICP的檢出限可以達(dá)到μg/L,而ICP-Ms則可以達(dá)到ng/L。而且標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性十分的寬泛,可以同時(shí)測(cè)定高、中、低不同含量段不同物質(zhì),極大地節(jié)約了檢測(cè)人員的時(shí)間成本,更值得注意的是,發(fā)射光譜法的穩(wěn)定性極好,也能夠設(shè)定讀取幾十次的檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值,在精準(zhǔn)度上提供了更為可靠的保障。近年來(lái),環(huán)境檢測(cè)也是利用原子發(fā)射光譜法的優(yōu)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行分析,所以說(shuō),原子發(fā)射光譜法也逐漸會(huì)在環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域有更大的發(fā)揮空間。
前面提及,隨著工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化推進(jìn),有機(jī)材料的興起在一定程度上對(duì)環(huán)境有著一定的影響,而氣相色譜/液相色譜的誕生則解決了這一檢測(cè)難題。氣相色譜/液相色譜都是由流動(dòng)相和固定相組成的一類分離與分析技術(shù),但因?yàn)闅庀嗌V的流動(dòng)相為氣體,而液相色譜的流動(dòng)相為液態(tài),又因?yàn)闅怏w和液體的性質(zhì)不同,使得兩種檢測(cè)方法有著一定的差別。在實(shí)際應(yīng)用中,氣相色譜適用于中低沸點(diǎn)分子結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的有機(jī)物質(zhì)的檢測(cè),據(jù)文獻(xiàn)顯示,在已知的有機(jī)物中大約有20%的物質(zhì)是能夠用氣相色譜儀來(lái)分析檢測(cè)的。而液相色譜卻十分適合大分子量、高沸點(diǎn)不易揮發(fā)等有機(jī)高聚物的分析和分析,而這部分有機(jī)物則占到總有機(jī)物的80%左右,而且隨著色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的逐漸成熟,檢出限也在逐步下降,這就為在環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域檢測(cè)有機(jī)物質(zhì)提供了更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)[5]。
在正常的生產(chǎn)生活中,重金屬的使用隨處可見(jiàn)。但是在我們賴以生存的環(huán)境中,如果重金屬超標(biāo)就會(huì)造成嚴(yán)重的后果。1956年在日本爆發(fā)的“水俁病”就是因?yàn)樗械募谆瑯?biāo)而引起疾病,雖然已經(jīng)過(guò)去了60多年,但是通過(guò)的歷史資料記載,水俁病不是天災(zāi)而是人為,在這場(chǎng)災(zāi)難中因?yàn)榧谆瑯?biāo)死亡的人數(shù)也十分的觸目驚心。而且由于甲基汞在人體的存儲(chǔ)和循環(huán)能力十分的可怕,如果有孕婦中毒,甲基汞帶來(lái)的可怕后果還會(huì)影響到下一代,會(huì)直接影響胎兒的發(fā)育。在我國(guó),也曾經(jīng)發(fā)生過(guò)多起重金屬超標(biāo)的事件,也引起了相關(guān)環(huán)境部門的重視。因此,重金屬檢測(cè)在環(huán)境監(jiān)測(cè)和污染狀況調(diào)查中是不可或缺的一部分。而大部分的重金屬檢測(cè)的方法就是利用儀器分析進(jìn)行的化學(xué)檢測(cè)技術(shù)。一般情況下,在環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí),都會(huì)使用快檢儀器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行初篩,但是因?yàn)榭鞕z儀器的靈敏度和準(zhǔn)確度都不高,所以只能是最初步的進(jìn)行基本判斷,只有金屬含量和揮發(fā)性有機(jī)物含量較高時(shí),才能顯示初篩結(jié)果。因此想要得到準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)值,還是需要將環(huán)境樣品送至檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室利用化學(xué)分析的方法進(jìn)行進(jìn)一步的分析和篩查。
前面提及,有機(jī)物在日常生活中的廣泛應(yīng)用的同時(shí)有一部分會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的危害,而揮發(fā)性有機(jī)物和半揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)更是要利用化學(xué)分析才能進(jìn)行檢測(cè)。在實(shí)際環(huán)境檢測(cè)過(guò)程中,檢測(cè)人員會(huì)利用不同規(guī)格的毛細(xì)管柱對(duì)待測(cè)樣進(jìn)行分離,搭配使用不同的檢測(cè)器(例如:PID檢測(cè)器、FID檢測(cè)器、ECD檢測(cè)器等),可以有效的對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行定性和定量分析。在實(shí)際應(yīng)用中,能夠?qū)ξ⒘可踔梁哿康挠袡C(jī)污染物進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,空氣、土壤、水環(huán)境樣品中的有機(jī)污染物都可以通過(guò)化學(xué)檢測(cè)手段進(jìn)行分析,這些都為治理環(huán)境提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐[6]。
由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步,檢測(cè)領(lǐng)域?yàn)榱烁涌焖俸途珳?zhǔn)對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè),逐步地對(duì)檢測(cè)儀器和前處理儀器進(jìn)行聯(lián)用。例如前文提到的連讀流動(dòng)/流動(dòng)注射就是非常典型的聯(lián)用技術(shù)。將液態(tài)樣品的蒸餾和添加試劑的前處理過(guò)程與樣品比色和數(shù)據(jù)處理過(guò)程有效的結(jié)合到一起。既能夠提高檢測(cè)的效率和精準(zhǔn)度,又節(jié)約了人員成本,還能夠及時(shí)回收廢液。這種將檢測(cè)儀器和樣品處理儀器的聯(lián)合應(yīng)用會(huì)是以后儀器發(fā)展的必然趨勢(shì)。如圖1所示。
圖1 流動(dòng)注射-分光光度法測(cè)定氰化物參考工作流程圖
總而言之,化學(xué)分析法在環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有十分重要的意義,它不僅能夠針對(duì)性的檢測(cè)出污染物質(zhì),還能夠?yàn)槿祟惿鐣?huì)的生產(chǎn)和建設(shè)創(chuàng)造更為良好的外部條件,使得水污染、大氣污染和土壤污染等問(wèn)題的分析具有更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參考,這對(duì)可持續(xù)發(fā)展理念的全面落實(shí)和貫徹能夠起到一定的推動(dòng)作用,讓人與自然的和諧發(fā)展呈現(xiàn)新風(fēng)貌。