主要环境污染物的检测讲解

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1、主要环境污染物的检测 1概述 环境污染物，特别是那些化学污染物大多是有 害物质，对人和生物会产生即时的或潜在的危险 ，表现为毒性、致癌性、致畸性、致突变性、腐 蚀性等。为采取防治措施、制定法规、了解污染 情况、预报污染趋势、评价治理效果，有必要对 环境污染物进行监测。 根据环境监测的对象，环境监测内容分为水质 污染物监测、大气污染物监测、固体废物监测、 生物监测、生态监测、物理污染监测等。 (1)水污染监测。水污染监测可分为两类：一类是 反映水质污染的综合指标，如温度、色度、浊度 、pH值、电导率、悬浮物、溶解氧(DO)、化学需 氧量(COD)和生化需氧量(BOD)等；另一类是一 些有毒害性的

2、物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉 、汞、镍、有机农药等。 (2)大气污染物监测。大气污染物以分子状和粒子 状两种形态存在于大气中。常见的分子状污染物 主要有SO2、NOx、CO、HCN、NH3、Hg、碳 氢化合物、卤化氢、氧化剂、甲醛、挥发酚等； 常见的粒子状污染物有总悬浮微粒(TSP)、灰尘自 然沉降量、尘粒的化学组成(铬、铅、砷化物等) 。 (3)固体废物监测。固体废物主要包括工业固体废 物和城市垃圾。固体废物的污染主要是指固体废 物的有害性质和有害成分对土壤、水体、空气和 动植物的危害，如固体废物中的铬、铅、镉、汞 等重金属在自然条件下浸出，有机农药残留农作 物中等。 (4)生物监测。污染

3、物通过大气、水体和土壤进入 动植物体内，从而抑制、损害其生长和繁殖，甚 至导致死亡。对污染物导致动植物这种变化的监 测即为生物监测。如水生生物监测、植物对大气 污染物反应及指示作用的监测、生物体内有害物 的监测、环境致突变物的监测等，具体监测项目 依据需要而定，如砷、镉、汞、有机农药等。 (5)生态监测。就是观测与评价生态系统对 自然变化及人为变化所做出的反应，着重 于生物群落和种群的变化。 (6)物理污染监测。是指对造成环境污染的 噪声、振动、电磁辐射、放射性等物理能 量进行监测。 按污染物的形态，可分为气体污染物、 液体污染物和固体污染物。本章主要介绍 常见气体污染物和液体污染物的检测。

4、2污染物的检测方法 21化学分析法 化学分析法是以特定的化学反应为基础的分析 方法，分为重量分析法和容量分析法。 重量分析法是将待测物质以沉淀的形式析出， 经过过滤、烘干，用天平称其质量，通过计算得 出待测物质的含量。由于重量分析法的手续繁琐 、费时费力，因而在环境监测中的应用较少。但 是重量分析法准确度比较高，环境监测中的硫酸 盐、二氧化硅、残渣、悬浮物油脂、可吸入颗粒 物和降尘等的标准分析方法仍建立在重量分析法 基础上。 容量分析法的特点是操作简便、迅速、结果准 确、费用低，在环境监测中得到较多的应用。如 测定水中的酸碱度、化学需氧量、溶解氧、挥发 性酚、总氮、硫化物和氰化物等。滴定分析是

5、容 量分析的一种，它是用一种已知准确浓度的溶液( 标准溶液)，滴加到含有被测物质的溶液中，根据 反应完全时消耗标准溶液的体积和浓度，计算出 被测物质的含量。滴定分析方法简便，测定结果 的准确度也较高，不需贵重的仪器设备，是一种 重要的分析方法。根据化学反应类型的不同，滴 定分析分为酸碱滴定、配位滴定、沉淀滴定和氧 化还原滴定四种方法。 211酸碱滴定法 酸碱滴定法是将酸或碱滴定剂加到被测 碱或酸试液中，用指示剂指示终点的到达 ，然后由所用滴定剂的浓度和用量计算被 测物的含量，此法是应用十分广泛的一种 方法，许多化工产品如烧碱、纯碱主成分 的含量和钢铁及某些原材料中C、S、P、 Si和N等元素，

6、常用酸碱滴定法测定。 212配位滴定法 配位滴定法是以配合反应为基础的一种滴定分析 方法。如用AgNO3溶液来滴定CN-时，其反应如 下。 当Ag+过量时，则 沉淀析出，表明终点到达。配合物的稳定性以配 合物稳定常数k酸表示，如上例中的稳定常数为 从各配合物稳定常数的大小可以判断配合反应完 成的程度和它是否可用于滴定分析。目前，应用 最广泛的一类配合物是乙二胺四乙酸(EDTA)。 213沉淀漓定法 沉淀滴定法是以沉淀反应 为基础的一种滴定分析方法。虽然能形成沉淀的 反应很多，但并不是所有的沉淀反应都能用于滴 定分析，因为很多沉淀的组成不恒定，或溶解度 较大，或容易形成过饱和溶液，或达到平衡的速

7、 度缓慢，或共沉淀现象严重，或缺少合适的指示 剂。目前应用较广的是生成微溶性银盐的反应， 如 以这类反应为基础的沉淀滴定法称为银量法，用银 量法可以测定Cl-、Br-、I-、Ag+、CN-、SCN-等 离子。银量法可分为直接法和间接法：直接法是 用AgNO3标准溶液直接滴定被沉淀的物质；间接 法是先于待测试液中加入一定过量的AgNO3标准 溶液，再用NH4SCN标准溶液来滴定剩余的 AgNO3溶液。 214氧化还原滴定法 氧化还原滴定法是以氧化还原反应为基础的滴 定分析方法。氧化还原反应是基于电子转移的反 应，反应机理较为复杂，有的反应除主反应外， 还常伴有副反应发生，在氧化还原反应中，可以

8、利用指示剂在化学计量点附近时颜色的改变来指 示终点。常用的氧化还原指示剂有本身发生氧化 还原的指示剂(二苯胺磺酸钠)、自身指示剂 (KMnO4)和显色指示剂(淀粉)3种类型。和其他滴 定方法一样，随着滴定剂的加入，被滴定物质的 氧化态和还原态的浓度逐渐改变，电对的电势也 随之改变，并可用滴定曲线表示。氧化还原滴定 法可用于无机物和有机物含量的直接或间接测定 中。 22仪器分析法 仪器分析法是利用被测物质的物理或物理化学 性质来进行分析的方法。仪器分析法具有灵敏度 高、选择性强、简便快速、可以进行多组分分析 、容易实现连续自动分析等优点。根据分析原理 和仪器的不同，环境监测中常用到如下几类。 2

9、21色谱分析法 色谱分析法是一种分离分析方法。包括气相色 谱法、高效液相色谱法、薄层色谱法、离子色谱 法等。 (1)气相色谱法(gas chromatography，GC) 以气 体为流动相的色谱分析法称气相色谱法。由所用 固定相的状态不同，可分为气固色谱(GSC)和气液 色谱(GLC)。在环境监测中，气相色谱法是各类 色谱法中应用最为广泛的，是水、大气、固体废 物和土壤等环境样品中各种有机污染物的主要测 定方法，还可以应用于永久性气体的测定。 (2)高效液相色谱法(high performace liquid chromatography，HPLC) 相对于气相色谱，把 流动相为液体的色谱过

10、程称为液相色谱。高效液 相色谱是在液体柱色谱基础上，引入气相色谱的 理论，采用高压泵、高效固定相和高灵敏度的检 测器，实现了分析快速、分离效率高和操作自动 化。气相色谱法虽然具有分离能力好、灵敏度高 、分析速度快、操作方便等优点，但是受技术条 件的限制，不宜或不能分析沸点太高或热稳定性 差的物质。而高效液相色谱法，只要求样品能制 成溶液，不需要汽化，因此不受样品挥发性的 限制，对于高沸点、热稳定性差、相对分子量大的 有机物(几乎占有机物总数的7580%)，原则 上都可以用高效液相色谱法来进行分离、分析， 非常适用于分离与生物、医学有关的大分子和离 子型化合物、不稳定的天然产物以及很多高分子 化

11、合物。 (3)离子色谱法(ion chromatography，IC) 是20 世纪70年代美国DOW化学试剂分公司Small等化 学家提出并发展的一种新技术，是一种分析离子 的专用仪器，具有以下一些优点： 能同时分析多种阳离子或阴离子，灵敏度高， 检测范围为10-810-9。 样品用量少，实际用量0.51mL左右，且一般 不需要复杂的前处理。 检测线性良好，在3个数量级的浓度范围内呈直 线。 快速、分辨率高。离子色谱法可用于大气、水 、固体废物等多种环境样品的分析。通常，可以 同时测定一个样品中的多种成分，如F-、Cl-、Br -、NO2-、NO3-、SO32-、SO42-、H2PO4-等阴

12、离 子和K+、Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+等阳离子。 (4)薄层色谱法(thin layer chormatography， TLC) 薄层色谱法又称为薄层层析，在环境监测 中主要用于样品的预分离、纯化或制各标准样品 。薄层分离是在薄板上点上试样，和溶剂在溶剂 槽中即可完成展开，展开时间一般1060min， 样品的预处理比较简单，对分离样品的性质没有 限制，灵敏度及分辨率高。薄层色谱图具有直观 性、可比性，但是与其他仪器分析方法相比，薄 层色谱法费时费力，在环境监测中较少采用，但 薄层色谱法可以与其他技术联用。 222光学分析法 光学分析法是根据物质发射、吸收辐射能或物质 与辐射能相互

13、作用建立的分析方法，其种类很多 ，以分子光谱法和原子光谱法应用较多。 (1)分子光谱法(molecule absorption spectrometry，MAS)。分子光谱法包括红外吸 收、可见和紫外吸收、分子荧光等方法。 红外吸收光谱法。红外吸收光谱法也称为红外 分光光度法，其最突出的特点是高度的特征性。 除光学异构体外，每种化合物都有自己的红外吸 收光谱，因此，它是有机物、聚合物和结构复杂 的天然或合成产物定性鉴定和测定分子结构的最 有效的方法之一。 在生物化学中，红外吸收光谱法还可用于快速鉴 定细菌，甚至可对细胞和活体组织的结构进行研 究。红外光谱对于固态、液态和气态样品均可 测定，且分

14、析速度快、样品用量少、分析 时不破坏样品。由于这些优点，红外光谱 已成为常规分析方法。 可见紫外分光光度法。某些物质的分子 吸收了200800nm光谱区的辐射后发生 分子轨道上电子能级间的跃迁，从而产生 分子吸收光谱，据此可以分析测定这些物 质的量，即为可见紫外分光光度法，可测 定多种无机和有机污染物质，是环境监测 中最常用的重要方法之一。 分子荧光分析法。处于基态的分子吸收 适当能量后，其价电子从成键分子轨道或 非成键轨道跃迁到反键分子轨道上去，形 成激发态，激发态很不稳定，将很快返回 基态，并伴随光子辐射，这种现象称为发 光。某些物质(分子)受激后产生特征辐射即 分子荧光，通过测量荧光强度

15、即可对这些 物质进行分析，即为分子荧光分析法。分 子荧光分析法在水和大气污染监测中都有 应用，例如Be、Se、油类、苯并a芘的测 定。 (2)原子光谱法。包括原子发射、原子吸收 和原子荧光光谱法。目前应用最多的是原 子吸收光谱法。 原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry，AAS)。原子吸收光谱法 又称原子吸收分光光度法，简称为原子吸 收法。它是基于蒸汽相中被测元素的基态 原子对其原子共振辐射的吸收强度来测定 样品中被测元素含量的一种方法。在环境 监测方面，原子吸收光谱法被列为测定地 表水、废水、大气、废气、土壤等样品中 有关金属元素的标准分析方法。 原子发

16、射光谱法。气态原子受热或电激发时， 会发射紫外和可见光域内的特征辐射。根据谱线 波长可作元素定性，根据谱线强度可作元素定量 。由于近年来等离子体新光源的应用，促使等离 子体发射光谱法(ICP-AES)快速发展，已用于清 洁水、废水、废质、生物样品很多元素的同时测 定，一次进样可同时测定几十种元素。 原子荧光光谱法。被辐射激发的原子返回基态 的过程中，伴随着发射出来的一种波长相同或不 同的特征辐射即荧光，通过测定荧光发射强度， 可以定量检测待测元素。 223电化学分析法 电化学分析法是依据物质的电学及电化学性质 测定其含量的分析方法，通常是使待分析的样品 试液构成化学电池，根据电池的某些物理量与化 学量之