環境檢測中化學分析方法的應用研究

谷東杰，張琳琳，劉倩*

(1.華北地質勘查局核工業二四七大隊檢測公司，天津 300270；2.中礦(天津)巖礦檢測有限公司，天津 300270)

0 引言

通過化學分析手段來分析生態環境狀況，檢測和精準識別環境中存在的有毒有害物質，據此制定出更具有可行性的環境優化和保護方案，為人類的正常生活和生產創設優良的外部環境，在這一系列工作流程推進過程中，所需要使用到的方法就是化學分析法。化學分析法在使用時，能夠精準的識別周遭環境中的有毒有害物質及其含量，并且在環境檢測過程中所呈現出的數據精準程度是其他檢測方式所不具備的，這是化學分析方式的使用優勢。正因如此，環境檢測工作人員希望通過化學分析法的不斷優化和運用，進一步提升環境檢測工作的質量。

1 環境檢測中化學分析法的使用特征分析

1.1 應用范圍較為廣泛

生態環境檢測/監測是人類社會發展建設中不可或缺的重要工作。環境檢測所需要使用到的數據資料較為繁瑣，因此經常需要通過不同的數據分析方式和檢驗檢測方式的綜合運用，才能達到較為精準的生態環境檢測/監測的效果。化學分析法的使用范圍較為廣泛，所以即便在不同類別的數據分析和檢測過程中，也能為環境大數據提供龐大的數據支撐。化學分析法在空氣質量監測、土壤污染狀況調查、水質清潔/污染程度及樣本溯源中都發揮至關重要的作用。相比較其他的檢測方式來說，化學分析法的應用范圍更為寬泛，尤其是在環境綜合檢測/監測分析中起到的作用是無可替代的。因此，檢測人員應該更加重視化學分析法在生態環境監測領域的實際應用范圍，更加合理的利用化學分析法做好生態環境檢測/監測的基礎數據庫工作，成為以后的生態環境治理的基石。

1.2 分析目標較為繁瑣

隨著工業生產的現代化快速推進，化學物品的使用已經是隨處可見、無處不在。現階段人類在生產建設過程中所使用到的化學物品，在種類上已超出了2 000萬。而這2 000萬的化學物品中，有5%左右的物品可能在使用過程中會對生態環境造成一定的負面影響，從而使得生態環境檢測的復雜程度大幅度提升。由于這些可能對環境造成負面影響的無機物質、有機物質其本身的性質存在差異，化學結構也有明顯的差別，因此其對環境造成的影響可能是多方面的、多發性的且不可預計的。為了讓生態環境檢測/監測工作順利推進，為了讓環境中的有毒有害物質能夠被精準且快速的檢測出來，檢測人員需要使用更為科學合理且盡量不造成二次污染的化學分析法，來完成周遭環境的數據采集和樣本分析工作。這就意味著化學分析法在具體使用過程中，其所需要分析的目標呈現出了較為繁瑣的特征。因此，檢測人員更應該重視各種化學分析法的聯合使用技術在實際中的應用，在檢測過程中將目標物質分類，通過聯合各類化學分析技術進一步簡化環境檢測/檢測方法，用來完成快速且精準的生態環境數據的檢測工作[1]。

1.3 檢測目標存在差異

隨著時代的發展和物質結構的不斷進化，不同物質在呈現特性方面會產生一定的變化，這種變化是時代發展的必然趨向，不會由于受到外界因素的干擾而中斷。這也會在一定程度上提升了生態環境檢測的難度，導致環境檢測過程中對有害物質分析的精準度下降。為了解決這一棘手問題，工作人員需要使用化學分析法來完成生態環境檢測/檢測工作。正確的使用化學分析法，可以進一步分析出檢測到目標物質內部的化學成分變化情況，并且能夠讓環境內的各類物質得到精準的分析定量。因此在具體的化學分析過程中，其檢測目標存在的變化差異也是工作人員無法忽視的。所以大部分研究人員會通過更具有智能化特征的檢測/監測設備，來降低由于物質變異性而帶來的檢測問題和對環境檢測最終結果的負面影響。因此，檢測人員應該通過多種的化學分析手段來敏銳的檢測出目標物質的變化，這樣才能不斷的實時更新生態數據庫，更好的發揮長期監測生態環境變化的作用。

2 環境檢測中化學分析法的使用原則分析

2.1 貼合分析目的的檢測原則

生態環境一旦出現失衡現象，那就意味著目標環境范圍內出現了疑似污染物。因此化學分析法的使用目的，是為了精準檢測出某一環境范圍內存在的目標污染物質，并且應該通過化學分析對某些類目標污染物質的組成和對環境的影響程度進行數據方面的分析。故而化學分析法的使用并不是盲目的，檢測人員需要遵循結合分析實際目標的檢測原則，來進行化學分析法的合理運用，結合目標環境的實際情況，選擇最佳的化學檢測/監測儀器設備，對目標環境中的空氣質量、水質和土壤污染狀況進行檢測分析。尤其要針對環境中可能出現的有毒有害物質，進行具體含量方面的數據計算和對整體環境破壞程度的數據分析。這樣操作，可以十分有效地完成化學檢測工作。

2.2 減少化學試劑的使用對環境造成二次污染的檢測原則

實際上在環境檢測的過程中，化學分析方式不可避免的會使用到化學分析試劑。而化學分析試劑的使用又有可能造成環境的二次污染。例如大部分金屬元素的消解過程會用到硫酸、硝酸、鹽酸、高氯酸、氫氟酸等強酸，部分無機非金屬元素會用到過氧化鈉、氫氧化鈉等強堿性物質，而有機污染物的提取會用到正己烷、二氯甲烷、丙酮等有機物質進行萃取。因此，在環境檢測過程中，既要保證化學試劑的使用可以達到預期的分析效果，又要保證化學試劑的處置不能造成二次污染，所以，檢測人員在環境檢測過程中，對待化學試劑的使用要慎之又慎，在配置試劑時應該提前計算使用量，做到用多少配多少，盡量不造成浪費，實驗過后，應該注意化學試劑及廢液的回收和保存工作。

2.3 確定分析精準度檢測原則

在論述前面已經提及，不同化學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過程中，工作人員應當根據不同化學分析法的使用特征和優勢來進行合理的選擇，只有如此，才能使得待測樣品的成分含量檢測精準程度達到理想狀態。有些化學分析法在某一類目標物質檢測過程中，其成分含量檢測的精準度處于該類分析法檢測的數據范圍區間內，那么這類化學分析法便可以在該目標物質檢測過程中進行運用。但倘若某一確定的化學分析法在目標物質檢測的過程中，出現了樣品含量超出分析法檢測的數據范圍區間的狀況，那么該類檢測方式就是不適用的，這時就應該重新選擇其他的化學分析方法對目標物質進行分析檢測[2]。因此確定分析精準度檢測原則，也是化學分析法使用過程中應當遵循的原則。

2.4 合理使用分析方式的原則

環境檢測過程所需要完成的流程較為繁復，因為通常目標環境中存在的有害物質不止一種，工作人員需要對目標環境中的各類有害物質進行全面的分析和檢測，并精準判定不同有害物質在環境建設過程中可能產生的負面影響。但在有害物質檢測的過程中，其理化性能存在的差異較為明顯，因此不存在可通過單一檢測方式完成整體檢測流程的可能性，通常情況下，整套環境檢測工作需要通過不同檢測分析方式的組合使用來完成。因此不同檢測方式的合理配比和運用，也成為了工作人員關注的重點。通過更為科學合理的分析方式使用原則，來進行不同分析方法的配比和聯合，能夠確保最終的分析效果達到理想狀態。

3 環境檢測中常見化學分析法的使用措施

3.1 原子吸收分光光度法的使用分析

原子吸收分光光度法是一種較為常見的環境檢測方式，也是化學分析法中不可或缺的重要組成部分。相比較其他化學分析法而言，原子吸收分光光度法在水質和土壤污染檢測中的使用較為常見。該檢測方式的使用原理并不復雜，只要待測元素的空心陰極燈發射出既定波長的特征譜線，通過經過前處理加工過的樣品經原子化產生的原子蒸汽時，被蒸氣中待測元素的基態原子所吸收，通過檢測器測定輻射光強度減弱的程度，即可經過計算求出實際樣品中待測元素的含量。而且在實際檢測應用中，許多國標/地標土壤環境質量管控標準中原子吸收分光光度法都是土壤重金屬檢測的指定或推薦方法；在海水的檢測過程中，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行檢測。由此可見，在土壤和水污染重金屬元素檢測過程中原子吸收分光光度法所能夠發揮的作用是無可比擬的[3]。

3.2 分光光度法的使用分析

分光光度法也是化學分析法中不可或缺的組成部分，在環境檢測的過程中較為常見。相比較原子熒光法而言，分光光度法的檢測優勢則在于操作更為簡單和快速。分光光度法通過測定待測物質在特定波長處或一定波長范圍內光的吸收度，對該物質進行定性和定量分析，這是在環境檢測實驗室中最常用的檢測手段。利用波長λ為橫坐標，吸收強度A為縱坐標繪制出某待測物質的吸收光譜曲線，通過Lambert-Beer law來進行待測物質的定性或者定量分析。近年來，連續流動和流動注射作為分光光度計的前處理模塊漸漸地進入檢測人員的視野，國家環保部也制定了相應的檢測標準，這使得分光光度法的操作更加的便捷。但值得檢測人員注意的是，一次性的檢測所能夠得到的結果并不一定完全精準，想要讓檢測結果變得更為精準，檢測人員需要對同一樣品成分進行重復2～3次的檢測，通過求取平均值的方式得到最終的檢測結果，雖然如此，分光光度法在環境檢測領域也是無可或缺的。

3.3 原子發射光譜法的使用

原子發射光譜法的普及雖不如光度法，但在實際使用過程中原子發射光譜法具有同時測定多種元素和更低檢出限的能力卻是檢測人員不能忽視的優點。原子發射光譜法是利用被激發原子發出的輻射線形成的光譜與標準光譜比較，識別物質中含有何種物質的分析方法。特定元素原子只能產生特定波長的譜線，根據光譜圖中是否出現這些特征譜線，可判斷是否存在特定元素。根據特征譜線的強度，可測定特定元素的含量[4]。以前，電感耦合等離子體發射光譜法(ICP)和電感耦合等離子體質譜法(ICP-Ms)在巖石礦物微量元素的測定中有著無可替代的地位，幾十種元素可以一次性的進行定量分析，儀器的靈敏度非常高，ICP的檢出限可以達到μg/L，而ICP-Ms則可以達到ng/L。而且標準曲線的線性十分的寬泛，可以同時測定高、中、低不同含量段不同物質，極大地節約了檢測人員的時間成本，更值得注意的是，發射光譜法的穩定性極好，也能夠設定讀取幾十次的檢測數據的平均值，在精準度上提供了更為可靠的保障。近年來，環境檢測也是利用原子發射光譜法的優點來進行分析，所以說，原子發射光譜法也逐漸會在環境檢測領域有更大的發揮空間。

3.4 氣相色譜/液相色譜的使用分析

前面提及，隨著工業生產的現代化推進，有機材料的興起在一定程度上對環境有著一定的影響，而氣相色譜/液相色譜的誕生則解決了這一檢測難題。氣相色譜/液相色譜都是由流動相和固定相組成的一類分離與分析技術，但因為氣相色譜的流動相為氣體，而液相色譜的流動相為液態，又因為氣體和液體的性質不同，使得兩種檢測方法有著一定的差別。在實際應用中，氣相色譜適用于中低沸點分子結構較為簡單的有機物質的檢測，據文獻顯示，在已知的有機物中大約有20%的物質是能夠用氣相色譜儀來分析檢測的。而液相色譜卻十分適合大分子量、高沸點不易揮發等有機高聚物的分析和分析，而這部分有機物則占到總有機物的80%左右，而且隨著色譜-質譜聯用技術的逐漸成熟，檢出限也在逐步下降，這就為在環境檢測領域檢測有機物質提供了更精準的數據[5]。

4 環境檢測中化學分析法的具體應用分析

4.1 在重金屬的檢測中的應用

在正常的生產生活中，重金屬的使用隨處可見。但是在我們賴以生存的環境中，如果重金屬超標就會造成嚴重的后果。1956年在日本爆發的“水俁病”就是因為水中的甲基汞超標而引起疾病，雖然已經過去了60多年，但是通過的歷史資料記載，水俁病不是天災而是人為，在這場災難中因為甲基汞超標死亡的人數也十分的觸目驚心。而且由于甲基汞在人體的存儲和循環能力十分的可怕，如果有孕婦中毒，甲基汞帶來的可怕后果還會影響到下一代，會直接影響胎兒的發育。在我國，也曾經發生過多起重金屬超標的事件，也引起了相關環境部門的重視。因此，重金屬檢測在環境監測和污染狀況調查中是不可或缺的一部分。而大部分的重金屬檢測的方法就是利用儀器分析進行的化學檢測技術。一般情況下，在環境監測現場作業時，都會使用快檢儀器對現場進行初篩，但是因為快檢儀器的靈敏度和準確度都不高，所以只能是最初步的進行基本判斷，只有金屬含量和揮發性有機物含量較高時，才能顯示初篩結果。因此想要得到準確的檢測數值，還是需要將環境樣品送至檢測實驗室利用化學分析的方法進行進一步的分析和篩查。

4.2 在揮發性有機物和半揮發性有機物檢測中的應用

前面提及，有機物在日常生活中的廣泛應用的同時有一部分會對環境造成一定的危害，而揮發性有機物和半揮發性有機物檢測更是要利用化學分析才能進行檢測。在實際環境檢測過程中，檢測人員會利用不同規格的毛細管柱對待測樣進行分離，搭配使用不同的檢測器(例如：PID檢測器、FID檢測器、ECD檢測器等)，可以有效的對有機污染物進行定性和定量分析。在實際應用中，能夠對微量甚至痕量的有機污染物進行數據分析，空氣、土壤、水環境樣品中的有機污染物都可以通過化學檢測手段進行分析，這些都為治理環境提供了強大的數據支撐[6]。

4.3 檢測儀器和樣品處理儀器的聯合應用

由于科學技術的不斷發展與進步，檢測領域為了更加快速和精準對樣品進行檢測，逐步地對檢測儀器和前處理儀器進行聯用。例如前文提到的連讀流動/流動注射就是非常典型的聯用技術。將液態樣品的蒸餾和添加試劑的前處理過程與樣品比色和數據處理過程有效的結合到一起。既能夠提高檢測的效率和精準度，又節約了人員成本，還能夠及時回收廢液。這種將檢測儀器和樣品處理儀器的聯合應用會是以后儀器發展的必然趨勢。如圖1所示。

圖1 流動注射-分光光度法測定氰化物參考工作流程圖

5 結語

總而言之，化學分析法在環境檢測領域中的應用具有十分重要的意義，它不僅能夠針對性的檢測出污染物質，還能夠為人類社會的生產和建設創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題的分析具有更加精準的數據參考，這對可持續發展理念的全面落實和貫徹能夠起到一定的推動作用，讓人與自然的和諧發展呈現新風貌。