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环境分析化学

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    环境科学和环境保护的重要基础,环境化学的一个分支,简称环境分析。人们为了认识、评价、改造和控制环境,必须了解引起环境质量变化的原因,这就要对环境(包括原生环境和次生环境)的各组成部分,特别是对某些危害大的污染物的性质、来源、含量及其分布状态,进行细致的监测和分析。环境分析化学就是研究环境中污染物的种类、成分以及如何对环境中化学污染物进行定性分析和定量分析的一个学科。例如某一区域环境受到化学物质污染,首先要查明危害是由何种化学污染物引起的。为此就须要鉴别污染物,也就是进行定性分析。其次,为了说明污染的程度,还须要测定污染物的含量,即进行定量分析。
  环境分析化学研究的领域非常宽广,对象相当复杂,包括大气、水体、土壤、底泥、矿物、废渣,以及植物、动物、食品、人体组织等。环境分析化学所测定的污染元素或化合物的含量很低,特别是在环境、野生动、植物和人体组织中的含量极微,其绝对含量往往在10-6~10-12克水平。
  基本要求 环境分析化学因为研究对象广,污染物含量低,所以分析手段必须灵敏而准确,选择性好,速度快,自动化程度高。环境分析化学已由元素和组分的定性定量分析,发展到对复杂对象的组分进行价态、状态和结构分析,系统分析,微区和薄层分析。环境分析化学为了解决面临的任务,动用了现代分析化学的几乎所有的测试技术和手段(见环境分析方法)。
  环境分析化学中常用分析方法的最佳检测极限列表如下:环境分析化学分析方法最佳检测极限
  基本任务 环境分析化学已渗透到整个环境科学的各个领域,起着侦察兵的作用。例如20世纪50年代日本发生的公害病──痛痛病和水俣病,曾惊动了全世界。为了寻找痛痛病的病因,经历了11年之久。后来环境分析化学工作者用光谱检查出病区的河水中含有铅、镉、砷等有害元素,继而用元素追踪的手段,分析病区的土壤和粮食,发现铅、镉等含量偏高,以后又进一步对痛痛病患者的尸骨进行光谱定量分析。骨灰中的锌、铅、镉含量高得惊人。为了确定致病因子,又以锌、铅、镉分别掺入饲料喂养动物,在动物身上进行元素追踪分析,配合病理解剖,证实了镉对骨质的严重危害性,揭开了痛痛病的病因之谜。与此类似,日本渔民的水俣病是汞污染引起的这一事实,也是通过对元素的追踪分析确定的。如今,已知癌症发病率同环境污染有关,但其病因有待环境分析工作者与其他科学工作者密切协作,共同解决。
  环境分析化学的发展,不但要应用现代分析化学中的各项新成就(新理论、新方法、新技术),而且要引进近代化学、物理、数学、电子学、生物学和其他技术科学的最新成就来解决环境污染分析问题。主要是研究发展适用于环境污染分析的新型仪器,特别是自动化仪器;研究新型的分析方法,特别是发展准确、可靠、灵敏、选择性强、快速、简便的环境污染分析技术和新型污染物的分析测试方法;研究制订环境污染的标准分析方法,特别是分析方法的标准化和研制环境标准物质。
  发展趋势 环境分析化学发展的趋势是:
  ① 分析方法标准化。这是环境分析的基础和中心环节。环境质量评价和环境保护规划的制定和执行,都要以环境分析数据作为依据,因而须要研究制订一整套的标准分析方法,以保证分析数据的可靠性和准确性。
  ② 分析技术连续自动化。环境分析化学逐渐由经典的化学分析过渡到仪器分析,由手工操作过渡到连续自动化的操作。70年代以来,已出现每小时可连续测定数十个试样的自动分析仪器,并已正式定为标准分析方法。目前已采用的有:比色分析、离子选择性电极、X射线荧光光谱、原子吸收光谱、极谱、气相色谱、液相色谱、流动注射分析等自动分析方法及相应的仪器。特别是流动注射分析法,分析速度可达每小时 200多个试样,试剂和试样的消耗量少,仪器的结构简单,比较容易普及,是近年来发展较快的方法之一。
  ③ 电子计算机的应用。在环境分析化学中应用电子计算机,极大地提高了分析能力和研究水平。在现代化的分析实验室中,很多分析仪器已采用电子计算机控制操作程序、处理数据和显示分析结果,并对各种图形进行解释。应用电子计算机,可实现分析仪器自动化和样品的连续测定。如配备有电子计算机的γ-能谱仪可同时测定几百个样品中多种元素,利用傅里叶变换在计算机上进行计算,既可提高分析的灵敏度和准确度,又可使核磁共振仪能测得13C讯号,使有机骨架结构的测定有了可能,为从分子水平研究环境污染物引起的生态学和生理机制的有关问题开拓了前景。
  ④ 多种方法和仪器的联合使用。这可以有效地发挥各种技术的特长,解决一些复杂的难题,再配用电子计算机,更可大大提高分析效果,并能及时给出分析结果。例如,色谱-质谱-计算机联用,能快速测定各种挥发性有机物。这种方法已应用于废水的分析,可检测200种以上的污染物。在环境污染分析中还常采用火花源质谱-电子计算机联用、气相色谱-微波等离子体发射光谱联用、色谱-红外光谱联用、色谱-原子吸收光谱联用、发射光谱和等离子体源联用,以及质谱-离子显微镜组合而成的直接成象离子分析仪。
  ⑤ 激光技术的应用。利用激光作为分析化学的光源已发展了吸收光谱、拉曼光谱、原子和分子荧光光谱、激光光声光谱、高分辨率光谱以及其他激光光谱技术和分析方法。激光分析的特点是高分辨率、高灵敏度、长距离、短时间。随着激光基础理论研究的进一步发展,激光技术必将进一步改变环境分析化学的面貌。
  ⑥ 痕量和超痕量分析的研究。环境科学研究向纵深发展,对环境分析提出的新要求之一就是常须检测含量低达 10-6~10-9克(痕量级)和10-9~10-12克(超痕量级)的污染物,以及研究制订出一套能适用于测定存在于大气、水体、土壤、生物体和食品中的痕量和超痕量的污染物的分析方法。例如已测定太平洋中心上空空气中铅的含量为1ppb,南北极则低于0.5ppb。南极洲冰块中的DDT含量为0.04ppb;雨水中汞的平均含量为0.2ppb;人体中铀的平均含量为1ppb。这些成果是依靠痕量或超痕量分析技术取得的。加强对新的灵敏度高、选择性好而又快速的痕量和超痕量分析方法的研究,成为今后环境分析化学的发展方向之一。
 
 

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