环境检测中化学分析方法的运用

张春雷

（略阳县环境保护监测站，陕西 汉中 724300）

引言

在环境检测工作中，化学分析方法具有见效快、结果明显、方法较为成熟等优点[1]。深入分析环境检测中化学分析方法的运用，应该从化学分析方法的分类及基本原理入手，结合不同的环境检测工作进行综合研判。本文首先进行了环境检测中化学分析方法概述分析，在此基础上对各种化学分析方法进行了原理分析，然后根据不同污染类型的环境检测进行了分析，最后阐述了注意事项及新技术的应用，希望能够起到抛砖引玉的作用。

1 化学分析方法概述

利用物质的化学反应为基础的分析，称为化学分析。化学分析历史悠久，是分析化学的基础，又称为经典分析。化学分析是绝对定量的，根据样品的量、反应产物的量或所消耗试剂的量及反应的化学计量关系，通过计算得待测组分的量。而另一重要的分析方法仪器分析法是相对定量的，是根据标准工作曲线估计出来的。化学分析根据其操作方法的不同，可将其分为滴定分析和重量分析。而近年来国内已形成了另一种分析概念，国内称为“微谱分析”技术[2]。分析包括：主成分分析和全成分分析等。

2 环境检测中化学分析方法的种类

在环境检测实际工作中，经常使用的化学分析方法主要有以下几种。

2.1 滴定分析方法

该方法又称容量分析方法，是指使用滴定过的溶液与未滴定过的溶液进行化学反应的容积进行比较的方式。滴定分析方法的原理无外乎以下四个平衡。

第一个是酸碱度的平衡，也叫电离平衡，是指溶液中酸性物质和碱性物质刚好中和，或者正离子与负离子数量相同达到的平衡。第二个是氧化还原平衡，是指氧化还原两种反应基本达到同样的程度，从而实现平衡。第三个是络合平衡，也称配位平衡。第四个是沉淀溶解平衡[3]。

2.2 重量分析方法

重量分析方法是指通过物理或化学反应，通过计算反应前后不同物质重量的方法，是精确分析环境检测质量效果的一种重要方法。重量分析方法中使用的化学反应一般包括氧化、还原、烘干、中和等，称量重量之前必须根据环境检测的目的及当前所使用的主要仪器的精确程度，要确定好待测精度，通俗讲就是测量数据要精确到小数点之后第几位数。

2.3 光谱分析方法

与原子光谱的鉴定方法相同，被测成分是分子的则称为分子光谱。原来提供能量的光经分光后谱线中缺少了一些特征光谱线，因而产生原子吸收光谱。

2.4 质谱分析方法

质谱：每个物质都是由分子组成，每个分子又是由不同的原子组成，原子核与电子是原子的主要组成部分，根据原子核的不同质量区分的物质性质的方法称为质谱法[5]。其基本程序为：真空系统→进样系统→离子源→质量分析器→检测器→记录系统。

2.5 色谱分析方法

色谱分析方法又称层析法，实践中色谱分析方法经常与质谱分析方法一同使用，实践中经常使用的色谱分析方法一般为气相色谱法，具有许多区别于传统液相分析仪的不同特点。

3 环境检测中化学分析方法应用内容分析

环境检测中的化学分析技术可以用来监测环境中的污染物，如大气、水体、土壤、植物等，了解污染物的来源、分布和变化，从而制定有效的环境保护计划。

3.1 仪器仪表分析

环境污染检测中化学分析方法使用的仪器仪表名称、生产厂家、国别、型号等如表1所示。部分仪器规格、型号等已无从考证且对于实验结果没有影响，因此在表中未予以体现。

表1 化学分析使用的仪器一览表

3.2 大气污染检测中化学分析方法的应用内容

大气污染检测对大气中的悬浮颗粒、二氧化硫、一氧化碳、汞等一次污染物和光化学烟雾等二次污染物进行定性和定量测定，其他没有提及的气体成分与此类似。检测的内容包括特定气体的占有率、流动速率等。

3.3 固体废弃物污染检测中化学分析方法的应用内容

分析化学技术可以用来检测固体废弃物中的有害物质含量，如重金属、有机物、放射性物质等，从而评估固体废弃物的危险程度，制定妥善的处理方案。固体废弃物污染检测中化学分析方法主要包括称量重量、计算体积、计算含有率等。

3.4 水污染检测中化学分析方法的应用内容

分析化学技术可以用来检测水中有害物质的浓度，如重金属、有机污染物等，从而评估水的质量，保护水资源和人类健康。化学分析方法应用于水污染检测的关键在于待测样本的选取，一定要具有普遍性和代表性，此外还必须包括特定的误差分析方法，确保误差保持在合理的数值范围内。

3.5 环境修复中化学分析方法的应用内容

分析化学技术可以用来评估受污染环境的治理效果，如监测污染物的浓度变化、植物和动物的恢复情况等，为环境修复提供科学依据。实践中需要注意的是，环境修复标准根据不同的行业及领域有不同的表现形式，突出表现在要符合质量安全管理体系、职业健康安全管理体系和环境管理体系要求。

4 环境检测中化学分析方法应用注意事项分析

在实施环境检测化学分析的过程中，应该在首先保证人员安全的基础上，尽量减少测量误差，提升检测精度。

4.1 避免化学污染物对人体造成伤害

检测工作中应注意：对人体有毒性的元素，如锗、铅、锑、碲、镉、汞、铝、镓、铟、铊、砷等。对人体有腐蚀性的试剂，如硫酸、硝酸、氢氯酸、氢溴酸、氢碘酸、氢氟酸、高氯酸等。在检测过程中应该避免这些有毒有害物质接触到人体皮肤表面，更不可进入眼睛、口腔和鼻腔内。

4.2 尽量提升检测精度

设备精度要满足足够灵敏的要求，以便能够检测到大气环境条件下的痕量气体浓度。虽然大气中某些痕量成分的浓度相当低，但却对大气中的化学过程有着非常重要的影响。实践中受到各种因素的影响，不可能与实验室中的各项条件和结果完全一致，但应尽可能地提升痕量气体浓度检测精度，并使其受到同时存在的其他痕量气体的影响越小越好。在检测方法及设备固定的情况下，通过维持监测环境的稳定性，也对检测精度的提升具有正向促进作用。

4.3 尽量减少测量误差

实践中减少测量误差的方法主要有以下几种。进行专业培训，实施持证上岗，提升测量人员的专业化水平，减少因为人员操作失误或者读取计算失败造成的人为误差；每次读取的数据按照去掉一个最高值去掉一个最低值的方式进行保存；设定一个阈值，当某次读取的数值与之前记录的所有数值的平均值的差值大于该阈值时，则舍去该次读取的数值，当且仅当读取的数值与之前记录的所有数值的平均值的差值小于该阈值时，才保留该次读取的数值；增加实验次数，减少因实验次数不足造成的系统性误差；进行重复性、稳定性实验和线性关系实验。

5 环境检测中化学分析方法与新技术的结合应用

近30年来，随着信息技术的迅猛发展，许多新技术应用于环境检测化学分析之中，常用的有以下几种。

5.1 差分吸收激光雷达技术（DIAL）

差分吸收激光雷达技术（DIAL）的基本概念由美国Schotland教授在激光雷达测量大气中水汽分布时提出[4]，其最早用于测量大气中的NO2。随着激光技术的发展，差分吸收激光雷达技术逐步得到了发展和应用。激光雷达发射出波长相近的两束短脉冲激光，其波长选择在待测气体的强吸收区和弱吸收区（或无吸收），来自大气中分子或粒子的后向散射光被望远镜汇聚接收，后向散射光信号携带着大气散射体和吸收体的存在、距离以及浓度的信息。因此，这项技术可用于气溶胶、烟羽、痕量气体的测量，可实现很高的距离分辨率，测量光程可以达到几十公里，具有大范围、可实时测量的特点。

5.2 差分吸收光谱技术（DOAS）

差分吸收光谱技术（DOAS）是20世纪70年代末由德国Heidelberg大学环境物理研究所的U.Platt和D.Perner共同提出来的[5]。该技术是以大气中的痕量污染气体对紫外和可见波段的特征吸收光谱为基础，通过特征吸收光谱来鉴别大气中污染气体的组分和浓度。如标准污染物NO2、SO2、NO、O3和芳香族有机物苯、甲苯、间二甲苯，邻二甲苯，对-二甲苯和甲醛等。DOAS测量系统除了用于对城市区域大范围的多种污染分子同时监测外，也用于对污染源的监测，如对发电厂、化工厂、水泥厂的生产过程和排放进行监测。DOAS测量技术的另一重要应用领域是对大气对流层和平流层的大气痕量气体进行研究，采用的是地基、机载、星载被动DOAS测量技术。

5.3 可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）

可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）是利用二极管激光器的波长扫描和电流调谐特性来实现痕量气体吸收曲线二次谐波检测的一种新技术，具有高灵敏、高选择性、高精度等特点。由于二极管激光器的高单色性，可以利用待测气体分子的一条孤立的吸收谱线进行测量，避免了不同分子光谱的交叉干扰，从而准确鉴别出待测气体。在大气痕量气体监测中，采用多次反射吸收池或开放光路以增加测量光程，随着光源功率和调制方式的不同，测量光程从几米到几千米。

5.4 傅里叶变换红外光谱技术（FT-IR）

傅立叶变换红外光谱技术（FT-IR）的基本数学物理原理是傅里叶变换，是以法国著名数学家傅里叶的名字命名的。实践中傅里叶变换一般可以分为连续傅里叶变换（FFT）和离散傅里叶变换（DFT）。其中，红外光谱技术采用的是离散傅里叶变换，具备结构简单、具有完全的可逆运算、多种计算机编程语言中内嵌程序中还有该变换及逆变换等特点。使用傅里叶变换红外光谱技术进行环境检测的步骤主要如下。

首先是精确取样，取样过程既要满足普遍性要求，又要满足特定要求；其次是设置好关键仪器的技术参数，确保实际检测效果能够最大程度匹配理论推导数值；最后是使用光谱仪器进行检测，记录并计算数据，得出最后结果。

6 结论

本文在简要介绍环境检测中化学分析方法概述的基础上，对化学分析方法的种类进行了详细论述，区分不同的环境检测项目进行了化学分析方法内容的分析，最后论述了相关注意事项和新技术的应用。综合来看，本文立意新颖，研究方法正确，实验设计合理，紧贴当前最新科技发展，对于在工作中提升化学分析方法在环境检测中的应用效能，具有一定的理论和实践意义。