基于化学分析法的工业产出危废品检测技术研究

张金桂，倪敬禹，王金玉

(山东郯创环保科技发展有限公司，山东 临沂 276100)

随着我国工业化进程的持续推进以及工业化水平的不断提升，工业生产过程中产生与排放的危废品数量与规模也迅速增加。如何快速检测危废品中超标物质，进而制定有效的危废品处置措施对于生态环境保护与人类健康生存环境的创建都具有重要意义[1-3]。因此，有必要对工业产出的危废品进行分析、检测，进而指导工业生产工艺，制定合适的危废品处置措施，降低危废品危害度，甚至将危废品变废为宝[4]。基于危废品中超标物质的化学检测方法，国内外学者已有较多研究，并取得了一定的研究成果。例如，孟庆华[5-6]等将工业产生的危废品、废液分为金属和非金属化合物两类，进而利用化学检测技术分别开展检测研究；纪晓岚[7]将化学检测方法应用到食品安全检测领域，实现了食品安全的高效检测；薛秀园等[8]利用化学发光检测方法，从化学发光检测方法的原理、优势等角度分析了化学分析法在环境监测领域的应用实例；刘爱平[9]将化学分析法应用在医学领域，实现了化学分析法定性检测尿液中红细胞和白细胞，并与镜检法作对比分析，提出了化学分析法在尿检领域的不足并给出了改进措施；等等。国内外学者针对化学分析法的应用研究已取得一定成果，但目前应用在工业上产出的危废品检测领域的总结较少。本文通过具体分析化学分析法中的发光分析法、荧光分析法、离子色谱法、质谱法等检测方法的原理，详细阐述了不同化学检测方法的优势与不足，进而确定应用场景和制定不同危废品超标物质的检测处置方法，可为危废品的化学分析方法的研究应用提供技术参考。

1 化学分析法的原理

目前，国内危废品化学分析法的检测技术主要有发光分析法、荧光分析法、离子色谱法、质谱法等等。不同分析方法的原理不同，且各具优势。

1.1 化学发光法

化学发光(ChemiLuminescence，简称为 CL)法的基本原理是利用待测危废品中各种物质的浓度和发光强度之间的线性关系，因此可通过利用仪器检测危废品中的物质的发光强度，进而确定待测危废品中定量物质的含量。化学发光法在痕量金属离子、各类无机化合物、有机化合物分析及生物等领域都有广泛的应用。化学发光分析法主要分为三类：普通化学发光分析法、生物化学发光分析法、电致化学发光分析法。同理，根据测定方法的不同又分为直接测定、偶合反应测定、时间分辨测定、固气液相测定等分析方法。其检测原理如图1所示。

图1 化学发光法检测原理

1.2 荧光分析法

荧光分析法是由化学发光法进一步发展而来，其检测原理基本与化学发光法相同。荧光分析检测方法又可以细分为同步荧光分析法、三维荧光光谱分析法、时间分辨荧光分析法、导数荧光分析方法四类。荧光分析法的检测仪器主要有荧光分析灯、荧光光度计和荧光分光光度计三种。工作中用到荧光分析法时，通常需要添加荧光试剂，从而实现对不发荧光的无机物与有机物进行定量分析与检测。荧光分析检测方法在有机物及混合物的检测应用中较为广泛。荧光分析法的检测过程如图2所示。

图2 荧光分析法的检测过程图

1.3 离子色谱法

离子色谱法(IC)主要通过对待检危废品中共存的多种阴离子、阳离子进行的分离、定性和定量，进而实现危废品中不同物质含量的检测。离子色谱法在检测有机阴离子、金属离子、重金属、稀土离子和有机酸，以及胺和铵盐等方面具有较好的检测结果。离子色谱法检测分析过程中主要的仪器为分离柱、抑制柱、检测器，其中检测器又分为通用型和专用型。其典型的工作原理如图3所示。

图3 离子色谱法检测原理图

1.4 质谱法

质谱法(Mass Spectrometry,MS)，主要利用带电离子在电磁场中的运动原理，通过将待检危废品中的离子进行质荷比分离，进而测出离子准确质量，从而推断出待检危废品中的化合物组成，最后再进行定量检测。质谱法在纯物质定量分析领域检测最准确，主要包括相对分子质量测定、化学式的确定及结构鉴定等。质谱法检测中用到的仪器种类较多，主要分为无机质谱仪和有机质谱仪，其中有机质谱仪又包括单聚焦、双聚焦和四极矩质谱仪。目前普遍用到的质谱法主要以质谱仪与气相色谱仪、计算机联合使用。质谱法的解析过程如图4所示。

图4 质谱法的样品检测分析过程图

2 不同化学分析法的对比分析

化学发光法、荧光分析法、离子色谱法和质谱法是常用的样品检测方法，每种方法均有各自的优势与不足，应用的方向和领域也有一定区别。虽然不同的化学分析法都有自己独立的分析和实验体系，但每种方法之间又相互联系，互相补充。

化学发光法应用领域广泛，检测的灵敏度、准确度都较高，实验流程简单、操作简便，但每次只能检测单一物质，工作效率较低。荧光分析法是在化学发光法的基础上演变而来，主要优势在于可进行多重检测，并实现了精准定量，检测的准确度、稳定性、灵敏度均较高，选择性强和使用简便；相对于质谱法、光谱法，荧光分析法的应用得更加广泛；荧光分析法的仪器设备较简单，造价更加便宜。离子色谱法操作简单，分离效率高、分析速度快，可实现几十种甚至上百种类似化合物的检测与分析，并且该方法检测灵敏度、检测精度均较高，但是该方法的定性能力较差；在日常检测工作中可与其他具有定性分析能力的分析技术共同检测，以提高数据的可靠度。质谱法具有高特异性、高灵敏度，该方法基本实现了化学检测工作者追求的低功耗、高灵敏度、实时、在线、非破坏、高通量的检测目标，为复杂样品的快速分析检测提供技术保障。

3 应用实例

化学发光法主要应用在金属、化合物分析及生物领域。目前该检测技术应用最为广泛，如在环境监测、医学研究、病毒检测、石油工业成分检测等领域均有应用。后期，危废品的成本检测也将进一步推广应用。

荧光分析法在有机物及混合物的危废品检测中应用广泛。在现有的报道中，荧光分析法应用于食品安全检测、医学研究、土壤物质检测等领域。其中，有机物的荧光分析可测定的有机物达数百种，如酶、农药、毒药、氨基酸、蛋白质等有机物的检测分析。无机元素的荧光分析检测，通常采用有机试剂作为荧光试剂进行无机物的定量检测，采用间接分析法可测定的无机元素达六十多种。

离子色谱法应用也较为广泛，在水质检测、空气检测、土壤检测等领域应用较多，特别适于测定水溶液中低浓度的阴离子。例如，饮用水水质分析，高纯水的离子分析，矿泉水、雨水、各种废水和电厂水的分析，纸浆和漂白液的分析，食品分析，生物体液(尿和血等)中的离子测定，以及钢铁工业、环境保护等方面的应用。

质谱法的应用则分布在各行各业，特别是与色谱仪及计算机联用的方法，已广泛应用在有机、石油、地球、食品、植物化学、生化、药物代谢、临床、毒物学、农药测定、环境保护等领域，基本可实现各类样品的快速检测。

虽然上述四种化学检测方法的应用场景和应用实例较多，但在危废品检测领域的应用却鲜有报道，因此综合分析四类化学检测方法的优势和不足，制定合适的危废品检测方法，可实现危废品的定量检测与合理处置。

4 结语

本文系统分析了化学发光法、荧光分析法、离子色谱法、质谱法等四种应用广泛的化学分析检测方法的工作原理、检测过程、分析依据等，并从工作原理、应用领域、未来发展方向等方面对比分析了四种化学分析法的优势和不足，提出了四种检测方法在危废品检测中的应用前景和实用性，进一步明确了在危废品检测领域可综合利用不同检测方法的优势建立新的检测方法，以弥补每种检测方法的不足，提高检测数据的可靠性。分析表明，化学分析法在危废品检测领域具有操作简单、获取数据准确、检测灵敏度高等特点，可为创建新的危废品检测技术与方法、制定行之有效的危废品处置方法提供技术依据。