我是唐伯虎

環境分析化學發展趨勢

上一篇 / 下一篇 2010-06-19 15:33:19

　　一、引言

　　各類資源的過分開發、能源的浪費、由之而來的氣候變化、無序的城市化、有害化學物質的無控排放…導致全國生態環境的惡化已超過—般想象。十大環境禍患嚴重威脅人類。面對這種現實，保護環境必然成為當代環境工作者刻不容緩的職責，這也是國民經濟持續發展的要求。

　　許多環境問題直接或間接與化學物質有關，所以環境化學工作者就首當其沖：環境中有什么潛在有毒物質?它們來自何方?進入環境后有什么變化?可能造成什么危害?我們應當采取什么措施?新化學產品在進入環境前能采取什么辦法防止或減少對環境的沖擊?在這里環境分析責無旁貸，應起首要的作用。環境分析工作者就要利用各種分析手段提供合適的分析方法、闡明污染物質的組成、結構、狀態以及含量，弄清問題的淵源，進而對緊迫情況及早提出預報與警告，促進新的安全流程或更替產品，以改善對環境及人類的沖擊，并可聯系其它學科，例如環境生物學、毒理學等的工作者共同努力，進行危險性評價、指出安全范圍、建管理標準和控制防治措施等。

　　環境分析化學是環境化學的一個重要組成部分，是開展環境科學研究不可缺少的基礎。它是研究環境污染物質的組成、結構、狀態以及含量的分析化學一個新分支。在某種意義上講，環境科學的發展依賴于環境分析化學的發展。環境分析化學具有以下特點：(1)涉及范圍廣。涉及大氣、溪流、湖泊、江河、海洋、土壤陸地系統、乃至生物圈等;(2)對象復雜。CA登錄的化學品數目已逾1800萬種，估計進入環境的已有10萬種、要求對這些物質進行價態，形態分析，結構分析，系統分析，同類物、異構體分析。微區、薄層、表面分析等;(3)變異性。對環境系多層次、多介質、多元動態系統，要求分析研究對象的遷移變化等;(4)定量分析。除要求常規指標，如化學耗氧量(COD)、生物耗氧量(BOD)、溶解氧(DO)等例行測定項目外，還要求具體物種的痕量甚至超痕量分析，而后兩者又顯得越來越重要;(5)普遍性、實用性強。包括化工、鋼鐵、信息、交通、能源等各行各業均有關，有時要求十分迫切。由于以上原因，環境分析化學實際上動用丁現代分析化學的幾乎所有的測試技術和手段。

　　二、環境分析樣品前處理

　　(sample pretreatment methodologies in environmental analysis)

　　由于環境樣品具有被測物濃度低、組分復雜、干擾物質多、同種元素以多相形式存在、易受環境影響而變化等特點，通常都要經過復雜的前處理后才能進行分析測定。經典的前處理方法，如沉淀、絡合、衍生、吸附、萃取、蒸餾、干燥、過濾、透析、離心、升華等，靠人工操作，重現性差，工作強度大，處理周期長，又要使用大量有機溶劑等。因此樣品前處理預分離是環境分析中最薄弱的環節，而也是目前環境分析化學，乃至分析化學中一個重要的關鍵環節、前沿研究課題。它包括了各種前處理新方法與新技術的研究及這些技術與分析方法在線聯用設備的研究兩個方面。

　　新方法與新技術中較為成熟的有：

　　1、固相萃取法(solid-phase extraction,SPE)

　　其原理是根據樣品中不同組分在固相填料上的作用力強弱不同，被測組分與其它組分分離。主要用于處理環境水樣及可溶的固體環境樣品，也可用于捕集氣體中的痕量有機物及氣溶膠。改變洗脫劑組成、填料的種類及其它參數以達到不同分離的目的。早期以柱狀固相填料為主，近年來出現了厚度為1mm左右新型薄膜填料，它們截而積大、流量高，特別適合于野外現場處理樣品。

　　2、超臨界流體萃取法(supported liquid memberane,SLM)

　　該法利用超臨界流體既有與液體相仿的高密度，具有較大的溶解能力，又有與氣體相近的高擴散率，因此能有效地從固體內部將被測的溶質萃取出來。它特別適合于處理各種固體的環境樣品。改變超臨界流體的組成、溫度、壓力，可以有選擇地把不同的組分從樣品中先后連續萃取進行分離。既用于樣品的前處理，也用于固體廢棄物的治理。

　　3、固相微萃取法(solid-phase microsextraction,SPME)

　　它用裝在注射器針頭內的熔融石英光導纖維作載體，表面用有機固定液作涂漬處理。當它浸在樣品溶劑中時，被測物通過擴散吸附在它表面，然后轉移至氣相色譜儀的進樣口進樣，通過加熱脫附，被測物隨載氣進入色譜校進行分離和測定。該法可用于處理各種氣體和液體的環境樣品，也可用于處理固體樣品中的揮發性物質、通過改變固定液的類型與液層的厚度，可以改變方法的選擇性，提高吸附量，易于自動化，可直接處理低于10-9級的水樣，也便于和其它分析方法(例HPLC等)聯用。表-1列出幾種代表性的無、少溶劑樣品前處理方法的比較。

　　表-1幾種主要的無、少溶劑樣品前處理方法

　　前處理方法原理分析方法分析對象萃取相缺點

　　頂空法(靜態頂空法，捕吹法)利用待測物的揮發性直接抽取樣品頂空氣體進行色譜分析;利用載氣盡量吹出樣品中待測物冷凍捕集或吸附集的方法收集被測物揮發性有機物氣體靜態頂空法不能濃縮樣品，定量需要校正，吹捕法易形成泡沫，儀器超裁

　　超臨界流體萃取利用超臨界流體密度高、粘度小對壓力變化敏感的特征在超臨界狀態下萃取待測樣品，通過減壓、降溫或吸附收集后分析烴類及非極性化合物，以及部分中等極性化合物CO2、氨、乙烷、乙烯、丙烯、水等萃取裝置昂貴，不適于分析水樣

　　膜萃取膜對待測物質的吸附作用由高分子膜萃取樣品中的待測物，然后再用氣體或液體萃取出膜中的待測物揮發、半揮發性物質，支載液膜萃取在不同pH值下能離子化的化合物高分子膜、中空纖維膜歲待測物濃度變化有滯后性，待測物受膜限制大

　　固相萃取固相吸附劑對待測物的吸附作用先用吸附劑吸附在用溶劑洗脫待測物各種氣體液體及可溶的固體盤狀膜、過濾片、固相萃取伎回收率低、固體吸附劑容易被堵塞

　　固微相萃取待測物在樣品及萃取涂層之間的分配平衡將萃取纖維暴露在用品或其頂空中萃取揮發，半揮發性有機物具有選擇吸附性的涂層萃取涂層易磨損，使用壽命有限

　　4、加速溶劑萃取法(簡稱ASE)

　　這是一種全新的萃取方法，它可以顯著提高樣品前處理的速度。溶劑被泵入盛有樣品的萃取池后，加溫加壓，數分鐘后，萃取物從加熱的萃取他中輸送到收集瓶中供分析中。萃取步驟全程自動化，并且可以多次萃取，快速省時，溶劑消耗量少。以分析土壤中有機氯農藥為例，首先要用大量有機溶劑將其從基體中提取出來。新近頒布和即將出臺的環保法規對實驗室使用溶劑在許多方面作出了嚴格的限制。為適應這種變化，加速溶劑萃取作為減少溶劑消耗量的固體樣品前處理技術應運而生。與傳統方法相比較，加速溶劑萃取更方便、快速、溶劑用量少，其重現性與超聲萃取相當。并且避免了使用超聲萃取所帶來的多次清洗的問題。

　　表-2示出水中優先檢測有機污染物600系列標準分析方法，經過適當的前處理步驟，便可發展為相應污染物在飲用水(500系列)和固體廢棄物(8000系列)中的標準分析方法，這些方法與各自前處理的操作步驟實際上是相應的。

　　表-2USEPA 500，600和8000系列方法編號對照表

　　污染物名稱500系列

　　(飲用水)600系列

　　(廢水)8000系列

　　(固體廢棄物)主要分析方法

　　揮發性鹵代烴502.16018010GC/OHD,ECD

　　揮發性有機物502.2 8015

　　揮發性芳烴類503.16018020GC/PID

　　丙烯醛、丙烯腈 6038030GC/FID

　　二溴乙烯，二氯氮丙烷504

　　酚類 6048040GC/FID’,EC