环境监测与分析

环境监测与分析EnvironmentalMonitoringandAnalysis崔兆杰2004.61.现代环境监测技术的现状和发展趋势环境监测技术的历史环境监测技术的现状环境监测技术的发展趋势1.1环境监测技术的历史环境监测工作有半个多世纪的历史大体经历了三个阶段：以典型污染事故调查为主以污染源监督性监测为主以环境质量监测为主1.1环境监测技术的历史五十年代，发达国家环境污染事故不断发生，政府部门不得不有目的地组织技术人员进行调查监测。这个时期地环境监测工作的特点是以污染事故调查为主。1.1环境监测技术的历史六十年代末期始，由于污染事故造成了巨大的经济损失，工业发达国家相继颁布了一些环境保护法律，监控企业的排污，大大促进了污染源监测工作的发展，这一时期监测工作的特点是以对污染源监督性监测为主的发展阶段1.1环境监测技术的历史七十年代中期以来，由于对环境问题的认识不断深化，西方工业发达的国家以把监测工作注意的焦点从对污染源监控转移到对环境质量监控方面来，同时由于自动化监测技术的迅速发展和遥感技术的应用，使得对大区域环境质量系统监控成为现实，这一时期可称其为以环境质量监测为主的发展阶段1.1环境监测技术的历史我国的环境监测工作历史：起步于七十年代中期，各省市相继建立环境监测站在“六五”和“七五”期间，环境监测站有了一个大发展在“七五”和“八五”期间，我国的环境监测工作日趋成熟，制定了监测工作的基本方针，在管理上提出了“五化”目标等，初步形成了以环境监测为核心的监测网络，制定了同意的监测技术规范，建立了数百项分析方法，开展了实验室的质量保证和质量控制工作我国的环境监测工作较发达国家起步晚，但是反站很快，已具备了组织机构网络化和监测反系技术体系化的雏形1.2环境监测分析仪器和技术的现状与发展１.２.１实验室分析仪器和技术１.２.１.１分析仪器的发展目前发达国家环境监测单位所拥有的大型一起主要有气相色谱－质谱（GC-MS)，液相色谱－质谱联用仪(LC/MS)，傅立叶红外光谱仪(FTIR)，气相色谱－傅立叶红外光谱连用仪(GC/FTIR)，电感耦合等离子体－质谱联用仪(ICP/MS)，电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)，x－射线荧光光谱仪(XRF)等这些大型一起中，除GC/MS和ICP－AES在我国应用较多外，其他仪器都没有相应的标准或同意的监测分析方法1.2.1.1分析仪器的发展中型仪器：原子吸收光谱仪（AAS），原子荧光光谱仪（AFS），气相色谱仪(GC),高效液相色谱仪（HPLC），离子色谱仪（IC），紫外－可见分光光度计（UV－Vis）以及极色谱仪（POLAR）这些仪器在国内外的标准环境监测分析仪器的使用中占主导地位1.2.1.2分析技术的应用GC/MS技术的应用较为广泛LC/MSICP/MS1.2.1.2分析技术的应用农牧产品及各类食品中农药残留量的分析:由于农药类的挥发性强，所以通常使用GC包括电子捕获检测器(ECD)、火焰光度检汉6器(FPD)和氮磷检测器(NPD)法。对检测出的农药进行结构鉴定一般使用GC／MS法．而有些热稳定性差的农药须用LC／MS鉴定.有文献报道了共行19种在水果和蔬菜中残留的农药类，它们的不挥发性和热稳定性差，须用热喷雾液相色谱一质诺联用仪(TSP—LC/MS)鉴定1.2.1.2分析技术的应用ICP／MS是以ICP作为离子化源的质谱分析方法，该方法是80年代开始应用于实际样品分析的高灵敏度方法。ICP／MS比ICP—AES灵敏度高2—3个数量级．比AA5高1—2个数量级，并可实现多元素同时分析。另外，质谱图比较简单．干扰峰少，可进行同位素比的测定，在金属元素的分析方面与AAS并行．正在快速发展普及；日本和美国都已把用ICP/MS分析水中Cr(VI）、Cu、N和Pb列为标准方法。用HPLC—ICP／MS和IC—ICP／MS进行尿液中各种形态As的分析，以及ICP／MS在新型材料学、医学和药学等分析领域的应用都有报道。用高分辨率ICP／M5还可直接进行痕量稀土元素定量分析。1.2.2自动监测系统和技术1.2.2.1自动系统的发展在自动监测系统方面，—些发达国家已有成熟的技术和产品，如大气、地面水、企业废气、焚烧炉排气、企业废水以及城市综合污水等方面均有成熟的自动连续监测系统我国虽有少数废水自动监控系统生产．但监测项目较少．在提高自动化程度及降低故障率等方面仍有许多工作要做。因此，结合我国环境监测分析工作的实际情况，有选择地吸收国外先进经验和技术及产品，对于发酸我国的白动监测系统大有稗益。为实施污染构排放的总星监测与控制．须配备水质和大气的自动监测系统1.2.2.1自动系统的发展目前．我国的北京、上海和天津及个别省会城市相继建立广水或气的自动监测系统。这些监测系统日前主要依靠进口。从使用情况来舌，大气监测系统运行良奸．而水质监测系统运行故障率高，尤其是污水或废水的白功监测系统更难正常运行。达除了与管理水平和资金投入等因素有关外，还与我国地面水的实态以及污水和废水的治理程度有关。因此，在引进的同时，还必须进行实地调查研究，以避免盲目引进而造成的资金浪费1.2.2.2自动系统技术的应用在水质等自动监测系统中主要使用流动法的法(FIA)技术。FIA与分光光度法、电化学法、AAs、ICP—AES等结合，可测定CI（－I）NH3Ca、NO3(一I)、Cr(III)、Cr(VI)、Cu、Pb、Zn、In、Bi、Th、U以及稀土类等多种无机成分．巴应用于特种水体水质的监测分析。1.2.3现场简易监测分析仪器和技术1.2.3.1简易仪器的发展突发性环境污染事故的不断发生给环境监测分析人员提出了重要课题.除了实施预防性监测分析外．还必须开发快速简易检测管(气、水．有机、元机)的研制以及便携式现场测试仪器的研制等、用于调查和解决突发性污染事故．以及半定量地解决污染纠纷另外，我国地域辽阔、地形复杂，国有工矿企业和乡镇企业分布很广，这给环境监测人员的工作借来许多不便．尤其是许多县和乡镇还没有监测能力因此．简易便掐式现场监测分析仪器有很大的应用前景。这类仪器的使用不仅可以减少环境试样在传输过程中的沾污，减少固定和保存的繁杂手续．还可以大大减轻监测分折人员的工作量．便于适时掌握环境质量的动态变化趋势1.2.3.1简易仪器的发展从目前的便携式仪器来看．无机污染物的监测分析仪器较多．多开发一些有机污染物的监测分析仪器是该领域的发展方向另外．开发这类仪器也可减少监测分析的消耗。此外．在进行这类仪器设备及监测分析方法研灾时．必须进行实用性检验．即使用同样的污染源样品，用标准方法和现场测定方法同时对污染成分进行测定．检验测定结果的可比性或相关性1.2.3.1简易仪器的发展在使携式现场速测仪中、目前以可测定DO、pH、水温、浊度、电导和总盐度的仪器最为成熟、我国已应用于污染事故调查(死鱼等）和长江同步监测中。便携式COD测定仪可测定有机污染物的综合指标，而可测定水和气多种有机成分的使携式光离子化检测器气相色谱仪(GC—PID）将会在应急监测中起到重要的作用1.2.3.2现场速测技术的应用概括地说、现场快速测定技术有以下几类：试纸法水质速测管法一显色反应助气体速测管法一填充管型；化学测试组件法；使携式分析I义器测定法。在便携式速测仪中、使携式GC与一般的GC相比、在性能方面已无明显差别；而体积小、轻便、适用：产现场监Gg是其主要特征。这类仪器主要使用HD。PID可检测离子电位不大于12eV的任何化合物，如烷烃(除甲烷外)、芳香族、多环芳烃、醛类、酮类、酯类、胺类、有机磷、有机硫化合物以及一些有机金属化合物，还可检测02、NH3、H2S、Cl2、I2和NO等无机化合物。用PID测定烷烃、芳香族和多环芳烃等HC化合物的灵敏度比火焰离子化检测器(FID)高5—10倍，测定含P、S农药类比FPD低10倍左右还可检测02、NH：、H2S、AsHJ、PH2、C12、12和XO等无机化合物c用HD测定烷烃、芳香族和多环芳烃等HC化合物的灵敏度比火焰离子化检测器(FID)高5—10倍，测定含P、S农药类比FPD低10倍左右。此外、1.2.3.2现场速测技术的应用此外，PID对无机物的检测限达到或超过其他任何检测器，如对NH3的检测限达200pg，比热导池检测器(TCD)低2—3个数量级；对无机硫化合物比F、PD的检测限低30倍；对PH3的检测限比FPD低5倍；此外、ECD对电负性高的卤化物等响应的高灵敏度和高选择件、必将会使其成为便携式GC的常用检测器之一1.2.4遥感技术的应用全球《21世纪议程》中指出,评价可持续发展的进度的方法是利用各种指标体系衡量经济、社会与环境的改变。为此,必须依靠全球环境监测系统、全球气象观测系统(包括全球大气监测网)等,这些大型系统的数据源主要来自卫星遥感资料。无论是宏观大尺度的全球环境、大气监测(包括全球气候变化、臭氧层与温室气体监测等),还是局域和小范围的环境监测(如森林火灾、洪水、火山喷发、沿海赤潮、海水、城市热岛效应、煤层自燃等等)均广泛地应用了遥感技术1.2.4遥感技术的应用例如彩红外遥感影像可监测固体废弃物引起的生态环境变化,用热红外遥感调查工业热流(污水、废气等)对水体和周围环境的污染,可监测城市、工矿的“三废”排出状况;利用卫星遥感技术开展对环境污染、环境灾害的监测也取得了很好的效果,如通过对水体表面油膜的分布变化可监测由于排污和船舶漏油对水体的污染。其中较典型的实例是1991年2月16日(海湾战争期间)美国陆地卫星影像揭示了波斯湾海岸及水面遭受排放原油污染的区域和程度(科威特约600口油井着火、燃烧,受到严重破坏的情况也一览无余)近年来在与国民经济密切相关的环境领域,如重大工程的环境调查、防灾减灾的过程中遥感技术发挥了重要作用,社会和经济效益显著。目前,遥感技术在环境监测中的应用,已从早期的遥感数据分析转向多种数据综合分析,从静态到动态,从定性到定量,从目视解译到计算机自动识别,研究方法趋向系统化,相关技术也在不断发展和完善之中。1.2.4遥感技术的应用发展趋势：(1)随着新型传感器的研制开发水平的提高以及资源环境遥感对高精度遥感数据要求的增加,高空间和高光谱分辨率将是卫星遥感总的发展趋势,未来10年的卫星对地观测计划中,大部分传感器都具有10m以上的空间分辨率,少数达到1～3m。高分辨率的遥感资料对地质勘探和陆地、海洋生物资源调查十分有效。(2)雷达遥感技术将会得到更广泛的应用。干涉雷达技术、被动微波合成孔径成像以及三维成像技术,植被穿透性宽波段雷达将会在经过一系列实验、研究和发展之后成为下一世纪的重要遥感技术,成为实现全天候对地观测的主要技术手段,从而大大提高资源环境动态监测的能力。(3)热红外遥感技术也将得到广泛应用,开发和完善陆地表面温度和发射率分离技术,定量估算和监测陆地表面的能量交换和平衡过程,从而在全球变化的研究中发挥更大的作用。1.2.4遥感技术的应用(4)由遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)作为主体构成的空间信息集成技术系统(或称为3S一体化信息技术系统),将完成其从理论、方法、技术框架到实施步骤的研究和应用,形成具有多维信息获取与实时处理特点的新的综合技术领域。(5)“数字地球”概念和构想的提出,为解决21世纪全球和国家的可持续发展问题提供了新的思路,使各国的资源环境问题与全球变化、人类社会可持续发展更紧密地联系起来,将会带动和促进卫星遥感技术及其相关产业产生新的突破并得到更大的发展。1.2.5微核试验方法及在环境监测中的应用及发展趋势随着现代化工农业生产的迅速发展,大量化学物质进入环境中,所造成的环境污染及其对人类健康的影响日益受到人们的关注。致突变试验具有快速、简便、经济等优点,且致癌性与致突变性之间有密切的相关性,在检测遗传毒物方面得到广泛的应用。目前致突变试验已不下200多种。其中微核试验具有较高的灵敏性和快速简便的优点1.2.5微