環境有機污染物檢測技術及應用研究

梁 梁，薛朝陽

（濟寧中山公用水務有限公司，山東 濟寧 272000）

二十世紀末，我國對有機污染物的研究和檢測還不足，但隨著技術的發展和資金的投入，中國在這一領域取得了前所未有的成就。為了加強對環境污染的有效控制，必須進行有機污染物檢測。由于科學技術的飛速發展而產生的持久性有機污染物檢測技術能夠為環境治理項目提供有效的數據，這對更好地進行環境治理工作至關重要。因此，隨著環境污染越來越嚴重，有必要盡快對環境污染物的檢測方法進行深入研究，結合實際有機污染物，引進和掌握先進的設備和技術，采用目標確定方法，從根本上控制與有機污染物有關的某些不利影響。

1 檢測的重要性

隨著經濟的快速發展，環境污染問題也越來越嚴重。目前，大多數國家越來越重視有機污染物對環境污染的研究，并不斷開發新的檢測技術。在我國，由于對有機污染物缺乏關注，有機污染物檢測技術發展緩慢。近年來，在經濟快速發展的新形勢下，環境污染問題日益嚴重，我國也開始意識到有機污染物檢測技術的重要性，并開始積極引進先進設備，從成功的檢測中汲取經驗。我國目前正在擴大其對持久性有機污染物探測技術研究的貢獻，但關于持久性有機污染物檢測技術的研究基礎很薄弱，工作進展較慢。此外，由于有機物分析程序相對復雜，我國的有機污染物檢測技術以及檢測系統與先進國家相比，還有一定的距離。

有機污染物對環境的污染是持久性的。有機污染物很容易與環境中的其他物質相互作用，其成分很復雜，通常以混合物的形式存在，很難辨認。持久性有機污染物的檢測和應用方法能夠準確地確定目標地區物質的組成和含量，并能快速有效地確定其是否受到污染。制定和執行有針對性的環境保護方案是很重要的，例如在相當大的范圍內進行監測，對改善環境和公共衛生的貢獻微乎其微[1]。

2 檢測樣品的選擇與處理

有機污染物的環境狀況主要由氣體、液體和固體組成，對于大氣中的有機污染物和廢氣，采用了集中取樣和直接采集兩種方法。濃度較低的樣品在氣態條件下的比例很小，并且在直接抽取全部氣體時，樣品中有機污染物含量太低無法進行后續檢測。因此，溶劑和填料通常用于吸附，使樣品濃度增高，需要采用注射器、罐體和保護瓶對濃度較高的樣品進行篩選。

處理有機樣品不能直接提取檢測，必須進行處理。要從溶液中分離其他物質并用漏斗將其提取。液體樣品也可能受到固相吸附劑的選擇性吸附，然后用選擇性溶劑沖洗得到各種組分，這樣可以獲得更成熟的加工工藝，以及高分散、高純度的精煉材料。較常見的固體有機污染物樣品處理方法是索比特萃取法，將固體有機污染物樣品長時間浸泡在萃取液中。當然，此方法加工工藝步驟多、操作復雜，很容易將雜質輸入到最終樣品中進行分離。為了避免這些誤差導致檢測結果失真，高空自動進入技術得到了廣泛的應用。然而，此技術不夠靈活，因為操作步驟相對來說比較復雜，需要進一步對自動采樣方法進行補充，加入二次吸附和解吸，提高了相應的靈敏度[2-3]。

3 有機污染物的種類及成因

空氣污染可直接導致人們感染呼吸道疾病，影響我們的正常生活和工作。當廢水中的有機物被微生物分解時，水中的氧氣就會耗盡，這對水生生物的生存有很大影響。例如，含有有機氯仿和有機磷的農藥通過噴灑經地表徑流排入水中。許多地方政府過分關注經濟效益，只注重經濟發展而忽視了環境保護問題。從地方政府的思想出發，并不會對這類違法企業采取嚴厲措施，即使他們的活動已對環境構成威脅。有機污染物造成的污染狀況比以往任何時候都更令人擔憂。隨著工業發展水平和經濟發展水平的提高，合成有機化合物的數量以及有毒有機污染物的數量不斷增加。有毒有機污染物被列為對地球生態和人類健康最嚴重的威脅之一，由于有毒有機污染物的危害性極大，對有毒有機污染物的治理已成為當務之急[4]。

二十世紀初，隨著全球經濟的發展，環境污染問題日益嚴重，許多國家已經開始研究有機污染物對環境的污染，有機污染物檢測技術發展迅速。但我國卻尚未開始關注有機污染物，因此檢測有機污染物的技術發展相對緩慢。隨著經濟的迅速發展和可持續政策的深入，我國引進了國外先進的有機污染物分析方法，借鑒國外先進的檢測經驗，在很大程度上彌補了我國有機污染物檢測技術的空白，并開始重視對持久性有機污染物檢測方法的研究，但由于技術研究起步較晚，關于持久性有機污染物檢測方法的研究基礎仍然不足。此外，由于有機物分析過程的復雜性，我國改進了有機污染物檢測方法，但與其他發達國家相比大規模調查能力差距仍然很大，在有機污染物的檢測技術方面仍有相當大的空白，無法為有機污染物檢測方法提供可靠的檢測系統。

4 有機污染物檢測技術的通用方法分析

4.1 有機質譜法

有機質譜法主要是基于樣品分解成離子狀態，例如通過電子撞擊，并對不同離子間不同質點的特性進行測定。利用電磁原理，可以通過比較靶體材料的質量來分離出靶體不同部位的離子狀態，然后測量另一部位的離子狀態，得到離子強度，最后得到具體結構，并對樣品的分子含量進行檢測。最常見的儀器是有機質譜儀，它測試材料的結構、分子質量、有機材料靶樣的功能結構和元素類型，準確地獲得被測有機材料的質量和含量。一般按工作原理可分為磁質譜儀、飛行時間質譜儀和離子阱質譜儀。不同分辨率下，儀器檢測精度不同，最大精度可達小數點后4位。有機質譜儀的組成部分主要由采樣系統、離子源、離子探測器和質譜儀組成。采用有機質譜法進行檢測，可將檢測水平降低到物質分子水平，目標樣品的分子組成和分子比非常準確，其他方法無法比擬。而且有機質譜檢測進行得非常快，可以在幾分鐘或幾秒鐘內得到結果。此外，通用性特別高，可以用各種方法檢測所有的物質。

4.2 色譜法

色譜法也是檢測有機污染物比較常用的方法，主要是根據不同物質的相變特性對其進行選擇性分布，并通過物質色譜法對目標混合物進行分離和單獨分析。通常，混合物在液相中被去除，混合物中的各種物質以不同的速度在固定相中移動，最終分離出不同的物質。色譜法對分離復雜混合物非常有效，通常需要幾分鐘甚至幾十分鐘，從數百個相關化合物中分離出幾十個。其他物質的性質和含量由其他物質的不同色譜性質決定，因此，可以概括化合物中所含物質的種類和比例。此外，色譜在檢測精度方面有很大優勢，即使在線外也能檢測到10 g左右。進行典型的測試只需要幾納米到幾微升，可能會發生樣本丟失，多探測器能夠在小樣本丟失的情況下快速同時完成分組分析和多單元檢測。由于在一定條件下固定相中各種物質的運動速度是固定的，所以色譜檢查樣品組分的篩選性非常好，自動化操作很容易實現。但是，物質樣品的質量檢測結果具有一定的變異性和低精度，這需要與其他高質量技術合作進行二次測試。一般的二次質量檢查方法包括紫外、紅外和磁性。色譜法檢測的目的一般分為兩大類，它們是質譜法的初級色譜檢測和分析。色譜分析的制備主要用于制備靶向測定和分離物質的樣品。分離混合物用于產生一定數量的純成分，如制備去離子水、凈化和制備天然混合物以及清洗和制備混合物。質譜測量分析是對目標混合物中各種物質的性質、含量和比例進行定性或定量分析，檢測對象主要針對凈化后的每一種不同物質進行檢測。

4.3 色譜-質譜聯合用法

由于色譜法和質譜法在檢測有機混合物方面具有不同的優點，因此通常是結合使用的。其基本原理是用色譜法分離出目標有機化合物，之后用質譜法將分離物質處理成離子態，然后用質譜儀進行質量分離。該方法主要應用于靶向有機化合物的復合材料組分，這時簡單的色譜控制方法只能得到物質的近似成分，分離后對單一物質的分析有較大的偏差，特別是目標檢測仍處于分子水平，非常容易出錯。然而，當測試僅通過質譜方法進行時，復雜的有機混合物會直接分解成離子狀態，而原有機材料中所含的許多其他物質有許多重疊的離子，并處于離子狀態，很難將這些離子與任何物質區分開來。在確定離子反轉物質的組成時容易出錯。因此，可以先通過色譜法分離材料，獲得材料成分和組成的準確信息，然后通過質譜方法對單材料離子進行分離分析[5]。

5 持久性有機污染物檢測技術的應用分析

5.1 空氣中揮發性有機物的檢測

持久性有機污染物檢測技術可用于檢測空氣中的揮發性有機物，在檢測到揮發性有機物之前，工作人員將適用氣體進行濃縮，最大限度地降低檢測極限，確保檢測靈敏度。在大氣中對揮發性有機物進行物理檢測時，工作人員可以采用光離子化或比色檢測方法。應用光離子化控制方法時，工作人員應將要測量的樣品輸入離子室，待測樣品在紫外線能量下被激活，收集電極以額外的離子。在提高離子收集過程中電流值、混合物濃度的基礎上，工作人員可以進一步測定有機污染物濃度電流值匹配。此外，室內空氣中持久性有機污染物的含量也不容忽視，為了證實檢測的有效性，在進行檢測前工作人員必須把精力集中在氣體上，使其濃度低于檢測水平。常用的氣態有機污染物檢測方法可分為色譜法和光電離法。使用光電測試方法時，人們必須將要測量的樣品放入離子室暴露在紫外線下，離子被電極吸附[6]。

5.2 水中有機污染物濃度的檢測

水體中有機污染物的濃度可以用紫外光譜法檢測，因為其具有很高的吸收紫外線的能力。紫外光譜傳感過程的特殊用途在數據處理和回歸模擬方面都有很好的安排。此外，紫外光譜的結果通常取決于一系列因素，如背景、狀態、散射等，大大影響檢測結果的準確性。該模型有兩種主要類型：主分量回歸和向量支持。為了降低光譜中的維數，排除冗余信息，需要將其轉換成矩形光譜進行多維線性回歸，通過選擇有用的組件避免錯誤模型。當使用支持向量時，它們的主要功能是找到最優超曲面，通過數據集的高維空間映射，利用C類樣本的最優超曲面求解一組線性方程組。在特定的數據處理過程中，應根據相關衍生數據計算衍生光譜。通過解決測試過程中的基本位移和光譜背景干擾問題，可以提高總光譜分辨率。為了有效地減少整個推導過程中由頻譜引起的聲學干擾，可以將導數分為一階導數和二階導數。在平滑過程中，必須將原始光譜劃分為大小相對應的多個點，對這些點進行調解并整合到平滑框架中，以保證平滑效果。

5.3 土壤中持久性有機污染物的檢測

在測試過程中，工作人員必須確保等待分離的物質分子在位移相和固定相之間處于平衡狀態。選擇針對具體檢測物質的色譜法，具體檢測操作可根據被檢測物質的狀態確定收集方法。例如，當測試溶液報告大量有機物且液體顏色較深時，固體土壤廢物可以通過倒置和水平攪拌的形式獲得滿足此要求的樣品。然后將加熱樣品加入白煙杯（整個過程必須加熱），如果白煙杯中含有氯酸可以判斷有機物對氮和氫化合物的降解，那么可以觀察到杯內樣品的結晶、蒸餾水的溶解、凈化以及溶液中有機污染物的過濾和異型化。

5.4 土壤固體廢物中有機污染物的檢測

將持久性有機污染物檢測方法應用于土壤中的固體有機廢物檢測中，可使工作人員正確理解毒性和污染程度。在檢測有色液體有機污染物時，工作人員可以采用水平振動和旋轉方法收集土壤固體廢物。收集到的土壤固體廢物用作控制溶液，將其放入玻璃杯中，對溶液中的有機物進行熱分解，得到氮和氫的化合物。然后，加熱器冷卻，在加熱杯中加入HCLO4。在加熱過程中，HCLO4轉化為鉛白色，從而在杯內液體含量不高的情況下判斷有機物的降解完成，冷卻后液體形成晶體。然后溶解、加熱不溶于紙張的過濾器，并通過持久性有機污染物檢測方法檢測過濾器中的有機污染物。

6 持久性有機污染物檢測技術的發展趨勢

6.1 自動檢測儀器的應用

在目前有機污染物排放量大的情況下，人工測量的方法需要大量的人力物力，效率較低，因此自動檢測方法是檢測發展的必然趨勢。目前微波萃取、超聲波萃取、溶劑加速萃取等方法廣泛應用于環境固體樣品檢測工作中，大大提高了檢測效率。同時，在實際檢測工作中，通過硫酸與柱的濃縮層壓，有效提高了檢測效率，提高了凝膠柱的凈化層壓和滲透性。自動測試儀器廣泛應用于液體介質中的樣品測試。在實際試驗中，液體中的有機物可以在試驗設備中完全蒸發，樣品始終處于封閉的環境中，不會造成二次污染。此外，一些濃縮裝置還用于檢測液態有機物，如固相萃取、固相微萃取、半透膜等，這有效地降低了測試成本，大大提高了測試效率[7]。

6.2 檢測設備組合應用

檢測儀器組合是指將色譜儀與特定接口技術相結合，能夠提高檢測儀器的精度，降低誤差。多組設備的組合可以有效地填補單個設備的空白，在進行緊急的有機污染物含量測試時，使用復雜的設備可以在最短的時間內獲得結果，大大提高了檢測效率。此外，這套儀器可用于自動檢測有機污染物，并將結果實時傳輸到檢測設備。

7 結語

現階段，我國持久性有機污染物檢測技術取得了一定的研究成果，在實際應用中發揮了一定的作用，但總體上還不發達，還有一定的改進空間。改善環境污染現狀，必須向西方發達國家學習并掌握相關技術，促進有機污染物檢測技術研究的經驗擴展。POP檢測技術是我國經濟可持續發展的一個組成部分，為了提高我國有機污染物檢測技術水平，有必要引進國外先進的科研成果和檢測設備，才能進行科技攻關，確保效率高、污染低。基于持久性有機污染物科學技術試驗的有機污染物分析方法的開發、更新和改進，進一步確定持久性有機污染物檢測技術對加強環境保護具有重要意義。在環境問題日益嚴重的情況下，我國相關主管部門應加強對持久性有機污染物檢測技術的深入研究，進一步提高測試水平，保證其結果的準確性。