分析儀器和環(huán)境監(jiān)測儀器的發(fā)展
2016-02-27
分析測試儀器與環(huán)境監(jiān)測有著密切的關(guān)系，分析儀器的技術(shù)水平和質(zhì)量直接影響著環(huán)境監(jiān)測工作。只有把握國內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測儀器的現(xiàn)狀和發(fā)展方向，加快開發(fā)研制適合我國國情的監(jiān)測儀器，才能更好地滿足我國日益增長的環(huán)境監(jiān)測工作的需要。
環(huán)境監(jiān)測儀器大體可分為三類：即大、中型精密分析儀器，現(xiàn)場在線自動監(jiān)測儀器，便攜式現(xiàn)場快速監(jiān)測儀器。
一 大中型精密分析儀器
這類儀器主要用于監(jiān)測科研和比較精密的實驗室分析。
目前國內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測站所擁有的大型儀器主要有氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)、液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀(HPLC-MS)、富里葉紅外光譜儀(FTIR)及其與氣相色譜聯(lián)用儀(GC-FTIR)、等離子體光譜—質(zhì)譜儀(ICP-MS或MIP-MS)、等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)、X-射線熒光光譜儀(XRF)等。在這些大型儀器中，除GC-MD和ICP-AES已在我國用于環(huán)境監(jiān)測外，其他儀器還沒有相應的標準或統(tǒng)一的監(jiān)測分析方法。而在發(fā)達國家，這類儀器的研究開發(fā)以及在環(huán)境分析中的應用發(fā)展較快。由于此類儀器尚不能國產(chǎn)化，所以在我國環(huán)境監(jiān)測中的普及和應用尚待時日。
原子吸收光譜儀(包括火焰FLASS和石墨爐GFAAS)、氣相色譜儀(GC)、高效液相色譜儀(HPLC)、離子色譜儀(IC)、紫外——可見分光光度計(UV-Vis)以及極譜儀(POLAR)等屬于中型分析儀器。目前國內(nèi)外使用這類儀器的標準環(huán)境監(jiān)測方法仍占主導地位。其中，F(xiàn)LAAS、UV-Vis和極譜儀已經(jīng)國產(chǎn)化，儀器的性能指標已達到或接近國際先進水平。就價格性能比來看，國產(chǎn)儀器占絕對優(yōu)勢。GC和GFAAS在國內(nèi)發(fā)展較快，研制和生產(chǎn)技術(shù)也日趨成熟，產(chǎn)品已基本能滿足我國環(huán)境監(jiān)測的需要。
我國自行研制生產(chǎn)的原子熒光光譜儀的技術(shù)水平居世界領(lǐng)先水平，并已批量向國外出口。原子熒光光譜儀對Hg、As、Sb、Bi等環(huán)境污染元素和Se的測定有很高的靈敏度，可以滿足我國監(jiān)測的需要。
也應看到，有的儀器雖引進了國外生產(chǎn)線，但價格偏高，而且性能與進口儀器相比尚有一些差距。HPLC和IC，尤其是IC已經(jīng)國產(chǎn)化，但與國外同類先進儀器相比，不僅在功能上有差距，而且由于泵體差距較大，影響了儀器的整體分析性能。從相關(guān)領(lǐng)域(如精密機械加工水平、理論研究能力和技術(shù)水平等)來看，我國已具備研制和生產(chǎn)此類儀器的能力。所以國家應該從政策上扶持有關(guān)企業(yè)，使這類儀器能盡快滿足我國環(huán)境保護事業(yè)的需求。
分析測試儀器與環(huán)境監(jiān)測有著密切的關(guān)系，分析儀器的技術(shù)水平和質(zhì)量直接影響著環(huán)境監(jiān)測工作。只有把握國內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測儀器的現(xiàn)狀和發(fā)展方向，加快開發(fā)研制適合我國國情的監(jiān)測儀器，才能更好地滿足我國日益增長的環(huán)境監(jiān)測工作的需要。
環(huán)境監(jiān)測儀器大體可分為三類：即大、中型精密分析儀器，現(xiàn)場在線自動監(jiān)測儀器，便攜式現(xiàn)場快速監(jiān)測儀器。
二 自動監(jiān)測系統(tǒng)
為了實施污染物排放的總量監(jiān)測與控制，就必須配備水質(zhì)和大氣的自動監(jiān)測系統(tǒng)。鑒于污染物排放總量監(jiān)測與監(jiān)督管理的重要性，環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的應用也愈加重要。
目前，我國的北京、上海、天津及個別省會城市相繼建立了水或氣的自動監(jiān)測系統(tǒng)。這些監(jiān)測系統(tǒng)目前主要依靠進口。從使用情況來看，大氣監(jiān)測系統(tǒng)運行良好，而水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)故障率高，尤其是污水或廢水的自動監(jiān)測系統(tǒng)更難正常運行。這除了與管理水平和資金投入等因素有關(guān)外，還與我國地面水的實態(tài)以及污水、廢水的治理程度有關(guān)。因此在引進前，必須進行實地調(diào)查研究以避免盲目引進而造成資金浪費。
在自動監(jiān)測系統(tǒng)方面，一些發(fā)達國家已有成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，如大氣、地面水、企業(yè)廢氣、焚燒爐排氣、企業(yè)廢水以及城市綜合污水等方面均有成熟的自動連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。我國雖能生產(chǎn)少數(shù)廢水自動監(jiān)控系統(tǒng)，但監(jiān)測項目較少，在提高自動化程度及降低故障率等方面仍有許多工作要做。結(jié)合我國環(huán)境保護工作的實際情況，有選擇地吸收國外先進經(jīng)驗和技術(shù)，對于發(fā)展我國的自動監(jiān)測系統(tǒng)大有裨益。
值得提出的是，我國廢水和廢氣的治理力度尚不夠大，引進國外的廢水和廢氣自動監(jiān)測系統(tǒng)時必須做充分的技術(shù)調(diào)研。空氣和地面水的環(huán)境質(zhì)量也急待改善，尤其是水土流失導致了地面水自動監(jiān)測系統(tǒng)運轉(zhuǎn)中的故障率增加。大氣中污染物的自動檢測儀主要采用的方法見表1。對水中的無機污染物和部分有機污染物的自動監(jiān)測主要使用流動注射法(FIA)，流動注射在環(huán)境監(jiān)測中的應用
三 現(xiàn)場簡易監(jiān)測分析儀器
突發(fā)性環(huán)境污染事故的不斷發(fā)生給環(huán)境監(jiān)測分析人員提出了重要課題。除了實施預防性監(jiān)測分析外，還必須開展快速簡易檢測管的研制和便攜式現(xiàn)場測試儀器的研制等，以便用于調(diào)查和解決突發(fā)性污染事故，以及半定量地解決污染糾紛。
我國地域遼闊，地形復雜，國有工礦企業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)分布很廣。這給環(huán)境監(jiān)測人員的工作帶來許多不便，尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)已興起，但許多縣和鄉(xiāng)鎮(zhèn)還沒有監(jiān)測能力。因此，簡易便攜式現(xiàn)場監(jiān)測儀器有很大的應用前景。這類儀器的使用不僅可以減少環(huán)境試樣在傳輸過程中的沾污，減少固定和保存的繁雜手續(xù)，而且可以大大減輕監(jiān)測人員的工作量，還可以適時掌握環(huán)境質(zhì)量的動態(tài)變化趨勢。但從目前的便攜式儀器來看，無機污染物的監(jiān)測儀器較多，多開發(fā)一些有機污染物的監(jiān)測分析儀器是該領(lǐng)域的發(fā)展方向。研究這類儀器設(shè)備及監(jiān)測方法時，必須進行實用性檢驗，即使用同樣的污染源樣品，用標準方法和現(xiàn)場測定方法同時對污染成分進行測定，檢驗測定結(jié)果的可比性或相關(guān)性。
隨著我國應急監(jiān)測工作的開展，對便攜式現(xiàn)場監(jiān)測儀器的需求量會急劇增加。便攜式氣體相色譜儀、便攜式有機氣體檢測儀、便攜式離子色譜儀、便攜式X-射線熒光光譜儀、便攜式分光光度計和多功能檢測儀等目前主要依靠進口，這些儀器的生產(chǎn)具有技術(shù)要求高和資金投入大的特點，我國宜采取與國外廠家合作生產(chǎn)的方式，通過降低成本來滿足國內(nèi)的需求。
在便攜式現(xiàn)場速測儀中，目前以可測定溶解氧(DO)、酸度(pH)、化學需氧量(COD)、水溫、濁度、電導和總鹽度的儀器最為成熟，我國已應用于污染事故調(diào)查(如死魚等)和長江同步監(jiān)測中。此外根據(jù)流域監(jiān)測的的需要，開發(fā)水中TP、TN的便攜式檢測儀也勢在必行。用于氣體監(jiān)測的SO2檢測儀、CO和O2檢測儀、煙塵測定儀和汽車尾氣檢測儀等在國內(nèi)外應用都十分廣泛。概括地說，現(xiàn)場快速測定技術(shù)有以下幾類：試紙法；水質(zhì)速測管—顯色反應型；氣體速測管—填充管型；化學測試組件法；便攜式分析儀器測定法等。
在便攜式速測儀中，便攜式GC與一般的GC相比，在性能方面已無明顯差別，而體積小、輕便、適用于現(xiàn)場監(jiān)測是其主要特征。這類儀器一般使用PID。PID可檢測離子電位不大于12eV的任何化合物，如烷烴(除甲烷外)、芳香烴、多環(huán)芳烴、醛類、酮類、酯類、胺類、有機磷、有機硫化合物以及一些有機金屬化合物。還可檢測O2、NH3、H2S、AsH3、PH3、Cl2、I2和NO等無機化合物。用PID測定烷烴、芳香族和多環(huán)芳烴等HC化合物的靈敏度比火焰離子化檢測器(FID)高5～10倍；測定含P、S農(nóng)藥類比FPD低10倍左右。此外，PID對無機物的檢測限達到或超過其他任何檢測器。如對NH3的檢測限達200pg，比熱導檢測器(TCD)低2～3個數(shù)量級；對無機硫化合物比FPD的檢測限低30倍；對PH3的檢測限比FPD低5倍。此外，ECD對電負性高的鹵化物等響應的高靈敏度和高選擇性，必將使其成為便攜式GC的常用檢測器之一。
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