简述环境监测分析中常用仪器设备

朱艳华 陈永秀 王 珊

包头市环境监测站

简述环境监测分析中常用仪器设备

朱艳华 陈永秀 王 珊

包头市环境监测站

本文以采样、前处理、分析这一过程为主线，介绍了环境监测中常用的仪器设备，展望了仪器设备发展的趋势。

环境监测；监测设备；分析仪器

1 引言

随着我国监测工作的不断深入与拓展，监测形式的多样化，监测中使用的采样设备和分析中用的仪器也越来越多样化。从传统的化学分析中所使用的玻璃器皿到仪器分析中所使用的各类仪器，都得到了更新和发展。近年来仪器的联用技术、遥感遥测技术等也在环境监测中得到广泛应用。便携仪器的发展则为应急监测提供了有力手段。自动监测设备的发展则满足了对环境状况的实时监测[1-3]。本文以环境样品从采样到分析这一过程为主线，在整个过程中涉及的仪器设备分类介绍，以便能对其有一系统的了解。

2 采样仪器设备

按环境要素分为采集固体、液体、气体和噪声四大类样品。

固体样品主要为土壤、底泥（或污泥）和固体废弃物，可采用土壤采样器、底泥采样器，根据需要和样品类型可配备钢铲、刮刀和不同钻头（如黏土钻、壤土钻、沙土钻、筒型泥炭钻等）。

水样采样器材主要是水质采样器、采样桶、装水样的器皿，根据分析项目的不同可选用玻璃或聚四氟乙烯材质器皿。

气体样品所用工具较多，主要有降尘缸、颗粒物采样器、大气采样器、烟尘采样器、烟尘烟气采样器。根据测定项目，选择不同材质的滤膜或滤筒测定大气中的重金属或有机污染物。

噪声为现场测定，用噪声仪测定。

除此以外，用于采样现场的还有风速仪、温度计、气压表，以记录采样时的现场情况。

3 前处理仪器设备

样品采集后，往往要经过消解、浸提、纯化、浓缩等过程，才能满足样品特定项目的分析。样品中有机污染物和无机污染物提取过程不同，所用仪器设备不同，分类介绍如下：

3.1 无机污染物的前处理仪器设备

无机污染物主要是铜、锌、铅、镉、铬等重金属。土壤样品要经过风干、研磨、消解的提取过程；清洁水样可不经过消解直接分析，污水水样要经过消解；气体中的重金属污染物被富集在滤膜或滤筒上，需经过消解后分析。在此过程中，用到的仪器有土壤干燥箱、球磨机、匀浆机、粉碎机、消解仪（可选电热板、热消解仪、自动消解仪、微波消解仪、石墨消解仪等）。

3.2 有机污染物的前处理仪器设备

有机污染物主要为农药类、苯系物类、硝基苯类、氯代苯类、多环芳烃类等污染物。环境样品要经过浸提、纯化、富集浓缩过程。浸提仪器有射流萃取仪、索氏提取器、快速溶剂萃取、固相微萃取、固相萃取等；纯化仪器有亚沸蒸馏器、离心机、冷冻干燥机、凝胶净化仪等；富集浓缩的仪器有氮吹仪、旋转蒸发仪、定量浓缩仪等。

除此外，实验室常备的设备还有加热设备：电热干燥箱、马弗炉、恒温油浴、恒温水浴、电炉、电热套、搅拌器、超声波清洗器、纯水机、冰箱、高压灭菌锅等。

4 分析仪器设备

分析方法原理不同，所用仪器设备不同。以分析方法介绍相应仪器设备。

4.1 化学分析法

是以特定的化学反应为基础的分析方法，分重量分析法和容量分析法两类。所用仪器主要是天平和自动滴定仪。

4.2 电化学分析法

通常将被测物质溶液构成一个化学电池，然后通过测量电池的电动势或测量通过电池的电流、电量等物理量的变化来确定被测物的组成和含量。所用仪器为pH计、电导率仪。

4.3 光学分析法

朗伯-比尔定律：即当一束单色光通过含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。仪器主要为（紫外）分光光度计。

红外吸收光谱法：当红外光照射到样品时被样品分子吸收，引起分子振动能级和转动能级的跃迁，产生的连续吸收光谱称为红外吸收光谱。根据每一种官能团和化合物所具有的特异吸收光谱而对其定性。仪器主要是红外分光测油仪，总氮测定仪等。

原子吸收光谱法：从仪器光源辐射出具有待测元素特征谱线的光，通过试样蒸气时被蒸气中待测元素基态原子所吸收，通过辐射特征谱线光被减弱的程度来测定试样中待测元素的含量。仪器为原子吸收分光光度仪。

冷原子吸收测汞仪是由低压汞灯发出波长为253.7nm特征谱线照射在吸收池内的汞蒸气上，被汞原子吸收后谱线强度减弱，根据减弱的强度计算汞的浓度。

原子荧光光谱法是通过测量待测元素的原子蒸气在特定频率辐射能激发下所产生的荧光发射强度，来测定待测元素含量的方法。原子荧光光度计是测定砷、汞、硒等元素的稳定仪器。

发射光谱法：每一种元素的原子在火焰、电弧放电等激发光源下受激发时，便发出特有的原子光谱，检查试样光谱中是否出现该元素的特征谱线，便可以确定该元素的存在，这就是发射光谱的定性。定量分析基础是沙义伯-洛马金公式：I=aCb。电感耦合等离子发射光谱是目前测定金属元素的重要仪器。

4.4 色谱分析法

其原理是使混合物中各组分在两相（固定相和流动相）间进行分配，当流动相中所含混合物经过固定相时，就会与固定相发生相互作用，由于各组分在性质和结构上的差异，不同组分在固定相中滞留时间有长有短，从而按先后不同的次序从固定相中流出。

按两相状态可非为气相色谱和液相色谱。

按固定相性质和操作方式分柱色谱、纸色谱、薄层色谱。

按分离过程的物理化学原理分吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱，凝胶色谱。

4.5 质谱分析法

质谱是按照原子（分子）质量的顺序排列的图谱。质谱仪是基于电磁学原理设计而成的仪器。仪器中质量分析器只能对带电粒子起分离作用，因此要求将被研究的原子（分子）转变成离子，仪器获取的信息是离子的质量m与电荷e之比即m/e，荷质比用于定性，其强度用于定量。质谱与气相色谱、液相色谱、ICP等仪器联用，应用越来越广泛。

5 结语

除上述方法外，还有气质、液质、ICP-MS等联用设备，在环境监测中应用的越来越广泛。分析仪器也向多功能、自动化、智能化、专用型、小型化以及多维分离和联用分析方向发展。在具体选择环境污染分析方法时，应根据被测物的含量和存在形式、需要与可能、实验室设备条件等因素综合考虑，并尽可能选用实用的仪器设备。

[1]齐文启,孙宗光,边归国.环境监测新技术[M].北京:化学工业出版社,2004.

[2]中国环境监测总站.环境监测方法标准实用手册[M].北京:中国环境科学出版社,2013.

[3]朱良漪,孙亦粱,陈耕燕.分析仪器手册[M].北京:化学工业出版社,1997.

朱艳华（1982-）女，工程师，毕业于内蒙古大学环境科学专业，主要从事环境保护及环境监测工作。