我是唐伯虎

环境分析化学发展趋势

上一篇 / 下一篇 2010-06-19 15:33:19

　　一、引言

　　各类资源的过分开发、能源的浪费、由之而来的气候变化、无序的城市化、有害化学物质的无控排放…导致全国生态环境的恶化已超过—般想象。十大环境祸患严重威胁人类。面对这种现实，保护环境必然成为当代环境工作者刻不容缓的职责，这也是国民经济持续发展的要求。

　　许多环境问题直接或间接与化学物质有关，所以环境化学工作者就首当其冲：环境中有什么潜在有毒物质?它们来自何方?进入环境后有什么变化?可能造成什么危害?我们应当采取什么措施?新化学产品在进入环境前能采取什么办法防止或减少对环境的冲击?在这里环境分析责无旁贷，应起首要的作用。环境分析工作者就要利用各种分析手段提供合适的分析方法、阐明污染物质的组成、结构、状态以及含量，弄清问题的渊源，进而对紧迫情况及早提出预报与警告，促进新的安全流程或更替产品，以改善对环境及人类的冲击，并可联系其它学科，例如环境生物学、毒理学等的工作者共同努力，进行危险性评价、指出安全范围、建管理标准和控制防治措施等。

　　环境分析化学是环境化学的一个重要组成部分，是开展环境科学研究不可缺少的基础。它是研究环境污染物质的组成、结构、状态以及含量的分析化学一个新分支。在某种意义上讲，环境科学的发展依赖于环境分析化学的发展。环境分析化学具有以下特点：(1)涉及范围广。涉及大气、溪流、湖泊、江河、海洋、土壤陆地系统、乃至生物圈等;(2)对象复杂。CA登录的化学品数目已逾1800万种，估计进入环境的已有10万种、要求对这些物质进行价态，形态分析，结构分析，系统分析，同类物、异构体分析。微区、薄层、表面分析等;(3)变异性。对环境系多层次、多介质、多元动态系统，要求分析研究对象的迁移变化等;(4)定量分析。除要求常规指标，如化学耗氧量(COD)、生物耗氧量(BOD)、溶解氧(DO)等例行测定项目外，还要求具体物种的痕量甚至超痕量分析，而后两者又显得越来越重要;(5)普遍性、实用性强。包括化工、钢铁、信息、交通、能源等各行各业均有关，有时要求十分迫切。由于以上原因，环境分析化学实际上动用丁现代分析化学的几乎所有的测试技术和手段。

　　二、环境分析样品前处理

　　(sample pretreatment methodologies in environmental analysis)

　　由于环境样品具有被测物浓度低、组分复杂、干扰物质多、同种元素以多相形式存在、易受环境影响而变化等特点，通常都要经过复杂的前处理后才能进行分析测定。经典的前处理方法，如沉淀、络合、衍生、吸附、萃取、蒸馏、干燥、过滤、透析、离心、升华等，靠人工操作，重现性差，工作强度大，处理周期长，又要使用大量有机溶剂等。因此样品前处理预分离是环境分析中最薄弱的环节，而也是目前环境分析化学，乃至分析化学中一个重要的关键环节、前沿研究课题。它包括了各种前处理新方法与新技术的研究及这些技术与分析方法在线联用设备的研究两个方面。

　　新方法与新技术中较为成熟的有：

　　1、固相萃取法(solid-phase extraction,SPE)

　　其原理是根据样品中不同组分在固相填料上的作用力强弱不同，被测组分与其它组分分离。主要用于处理环境水样及可溶的固体环境样品，也可用于捕集气体中的痕量有机物及气溶胶。改变洗脱剂组成、填料的种类及其它参数以达到不同分离的目的。早期以柱状固相填料为主，近年来出现了厚度为1mm左右新型薄膜填料，它们截而积大、流量高，特别适合于野外现场处理样品。

　　2、超临界流体萃取法(supported liquid memberane,SLM)

　　该法利用超临界流体既有与液体相仿的高密度，具有较大的溶解能力，又有与气体相近的高扩散率，因此能有效地从固体内部将被测的溶质萃取出来。它特别适合于处理各种固体的环境样品。改变超临界流体的组成、温度、压力，可以有选择地把不同的组分从样品中先后连续萃取进行分离。既用于样品的前处理，也用于固体废弃物的治理。

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

　　它用装在注射器针头内的熔融石英光导纤维作载体，表面用有机固定液作涂渍处理。当它浸在样品溶剂中时，被测物通过扩散吸附在它表面，然后转移至气相色谱仪的进样口进样，通过加热脱附，被测物随载气进入色谱校进行分离和测定。该法可用于处理各种气体和液体的环境样品，也可用于处理固体样品中的挥发性物质、通过改变固定液的类型与液层的厚度，可以改变方法的选择性，提高吸附量，易于自动化，可直接处理低于10-9级的水样，也便于和其它分析方法(例HPLC等)联用。表-1列出几种代表性的无、少溶剂样品前处理方法的比较。

　　表-1几种主要的无、少溶剂样品前处理方法

　　前处理方法原理分析方法分析对象萃取相缺点

　　顶空法(静态顶空法，捕吹法)利用待测物的挥发性直接抽取样品顶空气体进行色谱分析;利用载气尽量吹出样品中待测物冷冻捕集或吸附集的方法收集被测物挥发性有机物气体静态顶空法不能浓缩样品，定量需要校正，吹捕法易形成泡沫，仪器超裁

　　超临界流体萃取利用超临界流体密度高、粘度小对压力变化敏感的特征在超临界状态下萃取待测样品，通过减压、降温或吸附收集后分析烃类及非极性化合物，以及部分中等极性化合物CO2、氨、乙烷、乙烯、丙烯、水等萃取装置昂贵，不适于分析水样

　　膜萃取膜对待测物质的吸附作用由高分子膜萃取样品中的待测物，然后再用气体或液体萃取出膜中的待测物挥发、半挥发性物质，支载液膜萃取在不同pH值下能离子化的化合物高分子膜、中空纤维膜岁待测物浓度变化有滞后性，待测物受膜限制大

　　固相萃取固相吸附剂对待测物的吸附作用先用吸附剂吸附在用溶剂洗脱待测物各种气体液体及可溶的固体盘状膜、过滤片、固相萃取伎回收率低、固体吸附剂容易被堵塞

　　固微相萃取待测物在样品及萃取涂层之间的分配平衡将萃取纤维暴露在用品或其顶空中萃取挥发，半挥发性有机物具有选择吸附性的涂层萃取涂层易磨损，使用寿命有限

　　4、加速溶剂萃取法(简称ASE)

　　这是一种全新的萃取方法，它可以显著提高样品前处理的速度。溶剂被泵入盛有样品的萃取池后，加温加压，数分钟后，萃取物从加热的萃取他中输送到收集瓶中供分析中。萃取步骤全程自动化，并且可以多次萃取，快速省时，溶剂消耗量少。以分析土壤中有机氯农药为例，首先要用大量有机溶剂将其从基体中提取出来。新近颁布和即将出台的环保法规对实验室使用溶剂在许多方面作出了严格的限制。为适应这种变化，加速溶剂萃取作为减少溶剂消耗量的固体样品前处理技术应运而生。与传统方法相比较，加速溶剂萃取更方便、快速、溶剂用量少，其重现性与超声萃取相当。并且避免了使用超声萃取所带来的多次清洗的问题。

　　表-2示出水中优先检测有机污染物600系列标准分析方法，经过适当的前处理步骤，便可发展为相应污染物在饮用水(500系列)和固体废弃物(8000系列)中的标准分析方法，这些方法与各自前处理的操作步骤实际上是相应的。

　　表-2USEPA 500，600和8000系列方法编号对照表

　　污染物名称500系列

　　(饮用水)600系列

　　(废水)8000系列

　　(固体废弃物)主要分析方法

　　挥发性卤代烃502.16018010GC/OHD,ECD

　　挥发性有机物502.2 8015

　　挥发性芳烃类503.16018020GC/PID

　　丙烯醛、丙烯腈 6038030GC/FID

　　二溴乙烯，二氯氮丙烷504

　　酚类 6048040GC/FID’,EC