环境有机污染物检测技术及应用研究

梁 梁，薛朝阳

（济宁中山公用水务有限公司，山东 济宁 272000）

二十世纪末，我国对有机污染物的研究和检测还不足，但随着技术的发展和资金的投入，中国在这一领域取得了前所未有的成就。为了加强对环境污染的有效控制，必须进行有机污染物检测。由于科学技术的飞速发展而产生的持久性有机污染物检测技术能够为环境治理项目提供有效的数据，这对更好地进行环境治理工作至关重要。因此，随着环境污染越来越严重，有必要尽快对环境污染物的检测方法进行深入研究，结合实际有机污染物，引进和掌握先进的设备和技术，采用目标确定方法，从根本上控制与有机污染物有关的某些不利影响。

1 检测的重要性

随着经济的快速发展，环境污染问题也越来越严重。目前，大多数国家越来越重视有机污染物对环境污染的研究，并不断开发新的检测技术。在我国，由于对有机污染物缺乏关注，有机污染物检测技术发展缓慢。近年来，在经济快速发展的新形势下，环境污染问题日益严重，我国也开始意识到有机污染物检测技术的重要性，并开始积极引进先进设备，从成功的检测中汲取经验。我国目前正在扩大其对持久性有机污染物探测技术研究的贡献，但关于持久性有机污染物检测技术的研究基础很薄弱，工作进展较慢。此外，由于有机物分析程序相对复杂，我国的有机污染物检测技术以及检测系统与先进国家相比，还有一定的距离。

有机污染物对环境的污染是持久性的。有机污染物很容易与环境中的其他物质相互作用，其成分很复杂，通常以混合物的形式存在，很难辨认。持久性有机污染物的检测和应用方法能够准确地确定目标地区物质的组成和含量，并能快速有效地确定其是否受到污染。制定和执行有针对性的环境保护方案是很重要的，例如在相当大的范围内进行监测，对改善环境和公共卫生的贡献微乎其微[1]。

2 检测样品的选择与处理

有机污染物的环境状况主要由气体、液体和固体组成，对于大气中的有机污染物和废气，采用了集中取样和直接采集两种方法。浓度较低的样品在气态条件下的比例很小，并且在直接抽取全部气体时，样品中有机污染物含量太低无法进行后续检测。因此，溶剂和填料通常用于吸附，使样品浓度增高，需要采用注射器、罐体和保护瓶对浓度较高的样品进行筛选。

处理有机样品不能直接提取检测，必须进行处理。要从溶液中分离其他物质并用漏斗将其提取。液体样品也可能受到固相吸附剂的选择性吸附，然后用选择性溶剂冲洗得到各种组分，这样可以获得更成熟的加工工艺，以及高分散、高纯度的精炼材料。较常见的固体有机污染物样品处理方法是索比特萃取法，将固体有机污染物样品长时间浸泡在萃取液中。当然，此方法加工工艺步骤多、操作复杂，很容易将杂质输入到最终样品中进行分离。为了避免这些误差导致检测结果失真，高空自动进入技术得到了广泛的应用。然而，此技术不够灵活，因为操作步骤相对来说比较复杂，需要进一步对自动采样方法进行补充，加入二次吸附和解吸，提高了相应的灵敏度[2-3]。

3 有机污染物的种类及成因

空气污染可直接导致人们感染呼吸道疾病，影响我们的正常生活和工作。当废水中的有机物被微生物分解时，水中的氧气就会耗尽，这对水生生物的生存有很大影响。例如，含有有机氯仿和有机磷的农药通过喷洒经地表径流排入水中。许多地方政府过分关注经济效益，只注重经济发展而忽视了环境保护问题。从地方政府的思想出发，并不会对这类违法企业采取严厉措施，即使他们的活动已对环境构成威胁。有机污染物造成的污染状况比以往任何时候都更令人担忧。随着工业发展水平和经济发展水平的提高，合成有机化合物的数量以及有毒有机污染物的数量不断增加。有毒有机污染物被列为对地球生态和人类健康最严重的威胁之一，由于有毒有机污染物的危害性极大，对有毒有机污染物的治理已成为当务之急[4]。

二十世纪初，随着全球经济的发展，环境污染问题日益严重，许多国家已经开始研究有机污染物对环境的污染，有机污染物检测技术发展迅速。但我国却尚未开始关注有机污染物，因此检测有机污染物的技术发展相对缓慢。随着经济的迅速发展和可持续政策的深入，我国引进了国外先进的有机污染物分析方法，借鉴国外先进的检测经验，在很大程度上弥补了我国有机污染物检测技术的空白，并开始重视对持久性有机污染物检测方法的研究，但由于技术研究起步较晚，关于持久性有机污染物检测方法的研究基础仍然不足。此外，由于有机物分析过程的复杂性，我国改进了有机污染物检测方法，但与其他发达国家相比大规模调查能力差距仍然很大，在有机污染物的检测技术方面仍有相当大的空白，无法为有机污染物检测方法提供可靠的检测系统。

4 有机污染物检测技术的通用方法分析

4.1 有机质谱法

有机质谱法主要是基于样品分解成离子状态，例如通过电子撞击，并对不同离子间不同质点的特性进行测定。利用电磁原理，可以通过比较靶体材料的质量来分离出靶体不同部位的离子状态，然后测量另一部位的离子状态，得到离子强度，最后得到具体结构，并对样品的分子含量进行检测。最常见的仪器是有机质谱仪，它测试材料的结构、分子质量、有机材料靶样的功能结构和元素类型，准确地获得被测有机材料的质量和含量。一般按工作原理可分为磁质谱仪、飞行时间质谱仪和离子阱质谱仪。不同分辨率下，仪器检测精度不同，最大精度可达小数点后4位。有机质谱仪的组成部分主要由采样系统、离子源、离子探测器和质谱仪组成。采用有机质谱法进行检测，可将检测水平降低到物质分子水平，目标样品的分子组成和分子比非常准确，其他方法无法比拟。而且有机质谱检测进行得非常快，可以在几分钟或几秒钟内得到结果。此外，通用性特别高，可以用各种方法检测所有的物质。

4.2 色谱法

色谱法也是检测有机污染物比较常用的方法，主要是根据不同物质的相变特性对其进行选择性分布，并通过物质色谱法对目标混合物进行分离和单独分析。通常，混合物在液相中被去除，混合物中的各种物质以不同的速度在固定相中移动，最终分离出不同的物质。色谱法对分离复杂混合物非常有效，通常需要几分钟甚至几十分钟，从数百个相关化合物中分离出几十个。其他物质的性质和含量由其他物质的不同色谱性质决定，因此，可以概括化合物中所含物质的种类和比例。此外，色谱在检测精度方面有很大优势，即使在线外也能检测到10 g左右。进行典型的测试只需要几纳米到几微升，可能会发生样本丢失，多探测器能够在小样本丢失的情况下快速同时完成分组分析和多单元检测。由于在一定条件下固定相中各种物质的运动速度是固定的，所以色谱检查样品组分的筛选性非常好，自动化操作很容易实现。但是，物质样品的质量检测结果具有一定的变异性和低精度，这需要与其他高质量技术合作进行二次测试。一般的二次质量检查方法包括紫外、红外和磁性。色谱法检测的目的一般分为两大类，它们是质谱法的初级色谱检测和分析。色谱分析的制备主要用于制备靶向测定和分离物质的样品。分离混合物用于产生一定数量的纯成分，如制备去离子水、净化和制备天然混合物以及清洗和制备混合物。质谱测量分析是对目标混合物中各种物质的性质、含量和比例进行定性或定量分析，检测对象主要针对净化后的每一种不同物质进行检测。

4.3 色谱-质谱联合用法

由于色谱法和质谱法在检测有机混合物方面具有不同的优点，因此通常是结合使用的。其基本原理是用色谱法分离出目标有机化合物，之后用质谱法将分离物质处理成离子态，然后用质谱仪进行质量分离。该方法主要应用于靶向有机化合物的复合材料组分，这时简单的色谱控制方法只能得到物质的近似成分，分离后对单一物质的分析有较大的偏差，特别是目标检测仍处于分子水平，非常容易出错。然而，当测试仅通过质谱方法进行时，复杂的有机混合物会直接分解成离子状态，而原有机材料中所含的许多其他物质有许多重叠的离子，并处于离子状态，很难将这些离子与任何物质区分开来。在确定离子反转物质的组成时容易出错。因此，可以先通过色谱法分离材料，获得材料成分和组成的准确信息，然后通过质谱方法对单材料离子进行分离分析[5]。

5 持久性有机污染物检测技术的应用分析

5.1 空气中挥发性有机物的检测

持久性有机污染物检测技术可用于检测空气中的挥发性有机物，在检测到挥发性有机物之前，工作人员将适用气体进行浓缩，最大限度地降低检测极限，确保检测灵敏度。在大气中对挥发性有机物进行物理检测时，工作人员可以采用光离子化或比色检测方法。应用光离子化控制方法时，工作人员应将要测量的样品输入离子室，待测样品在紫外线能量下被激活，收集电极以额外的离子。在提高离子收集过程中电流值、混合物浓度的基础上，工作人员可以进一步测定有机污染物浓度电流值匹配。此外，室内空气中持久性有机污染物的含量也不容忽视，为了证实检测的有效性，在进行检测前工作人员必须把精力集中在气体上，使其浓度低于检测水平。常用的气态有机污染物检测方法可分为色谱法和光电离法。使用光电测试方法时，人们必须将要测量的样品放入离子室暴露在紫外线下，离子被电极吸附[6]。

5.2 水中有机污染物浓度的检测

水体中有机污染物的浓度可以用紫外光谱法检测，因为其具有很高的吸收紫外线的能力。紫外光谱传感过程的特殊用途在数据处理和回归模拟方面都有很好的安排。此外，紫外光谱的结果通常取决于一系列因素，如背景、状态、散射等，大大影响检测结果的准确性。该模型有两种主要类型：主分量回归和向量支持。为了降低光谱中的维数，排除冗余信息，需要将其转换成矩形光谱进行多维线性回归，通过选择有用的组件避免错误模型。当使用支持向量时，它们的主要功能是找到最优超曲面，通过数据集的高维空间映射，利用C类样本的最优超曲面求解一组线性方程组。在特定的数据处理过程中，应根据相关衍生数据计算衍生光谱。通过解决测试过程中的基本位移和光谱背景干扰问题，可以提高总光谱分辨率。为了有效地减少整个推导过程中由频谱引起的声学干扰，可以将导数分为一阶导数和二阶导数。在平滑过程中，必须将原始光谱划分为大小相对应的多个点，对这些点进行调解并整合到平滑框架中，以保证平滑效果。

5.3 土壤中持久性有机污染物的检测

在测试过程中，工作人员必须确保等待分离的物质分子在位移相和固定相之间处于平衡状态。选择针对具体检测物质的色谱法，具体检测操作可根据被检测物质的状态确定收集方法。例如，当测试溶液报告大量有机物且液体颜色较深时，固体土壤废物可以通过倒置和水平搅拌的形式获得满足此要求的样品。然后将加热样品加入白烟杯（整个过程必须加热），如果白烟杯中含有氯酸可以判断有机物对氮和氢化合物的降解，那么可以观察到杯内样品的结晶、蒸馏水的溶解、净化以及溶液中有机污染物的过滤和异型化。

5.4 土壤固体废物中有机污染物的检测

将持久性有机污染物检测方法应用于土壤中的固体有机废物检测中，可使工作人员正确理解毒性和污染程度。在检测有色液体有机污染物时，工作人员可以采用水平振动和旋转方法收集土壤固体废物。收集到的土壤固体废物用作控制溶液，将其放入玻璃杯中，对溶液中的有机物进行热分解，得到氮和氢的化合物。然后，加热器冷却，在加热杯中加入HCLO4。在加热过程中，HCLO4转化为铅白色，从而在杯内液体含量不高的情况下判断有机物的降解完成，冷却后液体形成晶体。然后溶解、加热不溶于纸张的过滤器，并通过持久性有机污染物检测方法检测过滤器中的有机污染物。

6 持久性有机污染物检测技术的发展趋势

6.1 自动检测仪器的应用

在目前有机污染物排放量大的情况下，人工测量的方法需要大量的人力物力，效率较低，因此自动检测方法是检测发展的必然趋势。目前微波萃取、超声波萃取、溶剂加速萃取等方法广泛应用于环境固体样品检测工作中，大大提高了检测效率。同时，在实际检测工作中，通过硫酸与柱的浓缩层压，有效提高了检测效率，提高了凝胶柱的净化层压和渗透性。自动测试仪器广泛应用于液体介质中的样品测试。在实际试验中，液体中的有机物可以在试验设备中完全蒸发，样品始终处于封闭的环境中，不会造成二次污染。此外，一些浓缩装置还用于检测液态有机物，如固相萃取、固相微萃取、半透膜等，这有效地降低了测试成本，大大提高了测试效率[7]。

6.2 检测设备组合应用

检测仪器组合是指将色谱仪与特定接口技术相结合，能够提高检测仪器的精度，降低误差。多组设备的组合可以有效地填补单个设备的空白，在进行紧急的有机污染物含量测试时，使用复杂的设备可以在最短的时间内获得结果，大大提高了检测效率。此外，这套仪器可用于自动检测有机污染物，并将结果实时传输到检测设备。

7 结语

现阶段，我国持久性有机污染物检测技术取得了一定的研究成果，在实际应用中发挥了一定的作用，但总体上还不发达，还有一定的改进空间。改善环境污染现状，必须向西方发达国家学习并掌握相关技术，促进有机污染物检测技术研究的经验扩展。POP检测技术是我国经济可持续发展的一个组成部分，为了提高我国有机污染物检测技术水平，有必要引进国外先进的科研成果和检测设备，才能进行科技攻关，确保效率高、污染低。基于持久性有机污染物科学技术试验的有机污染物分析方法的开发、更新和改进，进一步确定持久性有机污染物检测技术对加强环境保护具有重要意义。在环境问题日益严重的情况下，我国相关主管部门应加强对持久性有机污染物检测技术的深入研究，进一步提高测试水平，保证其结果的准确性。